"Ολοκληρωμένη διάταξη ασύρματης φόρτισης συσσωρευτών", Παναγιώτης Κ. Δρούγας, ΔΠΘ, Ξάνθη, 2019

Την τελευταία δεκαετία η ευαισθητοποίηση των ανθρώπων πάνω σε οικολογικά ζητήματα έχει προωθήσει την έρευνα στον τομέα της ηλεκτροκίνησης, καθώς και την αγορά ηλεκτρικών οχημάτων, παγκοσμίως. Έτσι, μεγάλο ποσοστό των ηλεκτρονικών ισχύος, τόσο σε ακαδημαϊκό όσο και σε βιομηχανικό επίπεδο, έχει στραφεί στο πεδίο της φόρτισης των ηλεκτρικών οχημάτων, έτσι ώστε αυτή να γίνεται γρήγορα και αποδοτικά. Το υψηλό κόστος των συσσωρευτών, σε συνδυασμό με την περιορισμένη αυτονομία και την απαίτηση για συχνή φόρτιση των οχημάτων, αποτελούν τα κύρια εμπόδια για την ολοκληρωτική υιοθέτηση της ηλεκτροκίνησης. Τα μειονεκτήματα αυτά των ηλεκτρικών οχημάτων μπορούν να περιοριστούν με την εισαγωγή της ασύρματης φόρτισης. Στη βιβλιογραφία καταγράφονται πολλά πλεονεκτήματα της ασύρματης φόρτισης έναντι της ενσύρματης, ωστόσο όλα περιστρέφονται γύρω από την άνεση που παρέχει στους χρήστες η μη απαίτηση ύπαρξης καλωδίου για τη μεταφορά της ισχύος. Αυτό κάνει τη φόρτιση των οχημάτων περισσότερο βολική και σε συχνότερα διαστήματα εντός της ημέρας, περιορίζοντας την ανάγκη για μεγάλης χωρητικότητας συσσωρευτές. Το γεγονός όμως, που κάνει την ασύρματη φόρτιση ακόμα πιο ελκυστική είναι η ιδέα της δυναμικής ασύρματης φόρτισης, η οποία βρίσκεται ακόμα κυρίως σε ερευνητικό επίπεδο και θα επιτρέπει τη φόρτιση των οχημάτων κατά τη διάρκεια κίνησης τους. Αυτά καθώς και πολλά άλλα πλεονεκτήματα που παρέχονται από την ασύρματη φόρτιση την καθιστούν ως ένα από τα πιο ενδιαφέροντα αντικείμενα μελέτης των ηλεκτρονικών ισχύος και όχι μόνο.
Προκειμένου να επιτευχθεί η μεταφορά ισχύος μεταξύ δύο γαλβανικά αποζευγμένων κυκλωμάτων απαιτείται η ύπαρξη δύο μαγνητικών συζευκτών, οι οποίοι εκμεταλλεύονται το φαινόμενο της επαγωγής και επιτυγχάνεται έτσι η ασύρματη μεταφορά της ισχύος. Όταν μάλιστα, η απόσταση μεταφοράς της ισχύος είναι μεγάλη, όπως για παράδειγμα κατά τη φόρτιση συσσωρευτών ηλεκτρικών οχημάτων, οι μαγνητικοί συζεύκτες συμπληρώνονται με διατάξεις χωρητικής αντιστάθμισης για να επιτευχθεί συντονισμός και να είναι δυνατή η μεταφορά μεγαλύτερων ποσοτήτων ισχύος. Επίσης, η φόρτιση των συσσωρευτών απαιτεί ΣΤ, ενώ η παρεχόμενη ισχύς δίνεται από το δίκτυο ΕΤ. Γίνεται επομένως αντιληπτή η ανάγκη για ηλεκτρονικούς μετατροπείς ισχύος, οι οποίοι ταυτόχρονα θα επιτελούν τον έλεγχο της διαδικασίας φόρτισης.
Στην προτεινόμενη διάταξη ασύρματης φόρτισης συσσωρευτών χρησιμοποιούνται δύο μετατροπείς ΣΤ/ΣΤ, ένας μετατροπέας ΕΤ/ΣΤ και ένας μετατροπέας ΣΤ/ΕΤ. Καθένας επιτελεί μια σημαντική λειτουργία, απαραίτητη για να επιτευχθεί η πλήρης φόρτιση ενός συσσωρευτή. Εκτός από το κομμάτι της κατασκευής, εξίσου σημαντικός είναι και ο έλεγχος του συνολικού συστήματος. Ο προτεινόμενος έλεγχος του συστήματος γίνεται από το πρωτεύον κύκλωμα (primary-side control), επιτυγχάνοντας ελαχιστοποίηση των απαραίτητων ηλεκτρονικών τμημάτων στο δευτερεύον κύκλωμα, δηλαδή στο όχημα. Προκειμένου να υπάρξει ένας αποδοτικός έλεγχος, που θα εξασφαλίζει μεταφορά ισχύος με το μέγιστο βαθμό απόδοσης σε κάθε κατάσταση φόρτισης, απαιτείται μια μορφή επικοινωνίας, με την οποία θα παρέχεται ως ανάδραση στο μετατροπέα του πρωτεύοντος, που ελέγχει τη ροή της ισχύος στη διάταξη, η πληροφορία του ρεύματος φόρτισης. Ως μέσο επικοινωνίας προτείνεται το Internet of Things (IoT).
Όλα τα παραπάνω γίνονται αντιληπτά με τη βοήθεια των προσομοιώσεων που εκτελούνται και των αντίστοιχων αποτελεσμάτων τους, καθώς επίσης και μέσα από τις πειραματικές δοκιμές που ακολουθούν με την ολοκληρωμένη προτεινόμενη διάταξη ασύρματης φόρτισης συσσωρευτών.
Τέλος, μετά την παρουσίαση των αποτελεσμάτων παρατίθενται τα συμπεράσματα της παρούσας μελέτης, καθώς επίσης και ορισμένες προτάσεις για περαιτέρω έρευνα στο μέλλον.