RFID as an addition of wireless charging systems for electric vehicles

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Aim: The aim of this study is to review existing methods for wireless charging of electric vehicles and propose the most optimal option for implementing vehicle identification using RFID. This will ensure automated, secure, and convenient authorization and payment of electric vehicle owners during the charging process.

Materials and Methods. To determine the most optimal wireless charging system, we conducted an analysis of modern research in this field. Based on this analysis, we selected inductive charging as the preferred method and proposed enhancing its standard functionality by integrating RFID and other sensors using the STWBC Qi series controller.

Results. There are four main types of wireless charging systems: inductive energy transfer, capacitive energy transfer, rotating permanent magnet charging, and microwave and radio wave energy transfer methods. Among these, the induction method is the most effective. Additionally, wireless chargers can be equipped with a special RFID system to automate the payment process.

Conclusion. Wireless charging offers a superior alternative to traditional wired charging systems in urban environments as it eliminates the need for additional infrastructure that occupies parking spaces. Inductive charging stations are the most preferable option when considering parameters such as price, performance, and quality. The “STWBC Qi” series controller not only facilitates RFID integration but also serves as a key component for controlling the inductive wireless charging system.

About the authors

Andrey A. Lisov

South Ural State University

Author for correspondence.
Email: lisov.andrey2013@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7282-8470
SPIN-code: 1956-3662

postgraduate student

Russian Federation, Chelyabinsk

Sergei A. Panishev

South Ural State University

Email: panishef.serega@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2753-2341
SPIN-code: 2676-5207

postgraduate student

Russian Federation, Chelyabinsk

References

  1. Vozmilov AG, Panishev SA, Lisov AA. Study and mathematical modeling of a lithium-ion battery. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Power Engineering. 2022;22(2):30–36. (In Russ.) EDN: OJAEVM doi: 10.14529/power220203
  2. Heubaum H, Biermann F. Integrating global energy and climate governance: The changing role of the International Energy Agency. Energy Policy. 2015;87:229–239. doi: 10.1016/j.enpol.2015.09.009
  3. Sachan S, Adnan N. Stochastic charging of electric vehicles in smart power distribution grids. Sustainable cities and society. 201;40:91–100. doi: 10.1016/j.scs.2018.03.031
  4. Tesla N. Experiments with alternate currents of very high frequency and their application to methods of artificial illumination. Trans. Am. Inst. Electr. Eng. 1891;8(1):266–319.
  5. Patent U.S.A. 1119732. 1914. Tesla N. Apparatus for transmitting electrical energy. Accessed: 23.07.2023. Available from: https://patentimages.storage.googleapis.com/8a/95/f3/1b1780c6941fb9/US1119732.pdf
  6. Brown WC. The history of power transmission by radio waves. IEEE Transactions on microwave theory and techniques. 1984;32(9):1230–42. doi: 10.1109/TMTT.1984.1132833
  7. Dai J, Ludois DC. A survey of wireless power transfer and a critical comparison of inductive and capacitive coupling for small gap applications. IEEE Transactions on Power Electronics. 2015;30(11):6017–29. doi: 10.1109/TPEL.2015.2415253
  8. Wang Y, Dongye Z, Zhang H, et al. A domino-type load-independent inductive power transfer system with hybrid constant-current and constant-voltage outputs. IEEE Transactions on Power Electronics. 2021;36(8):8824–34. doi: 10.1109/TPEL.2021.3055363
  9. Mahesh A, Chokkalingam B, Mihet-Popa L. Inductive wireless power transfer charging for electric vehicles–a review. IEEE access. 2021;9:137667–713. doi: 10.1109/ACCESS.2021.3116678
  10. Mostafa TM, Muharam A, Patrick Hu A, Hattori R. Improved CPT system with less voltage stress and sensitivity using a step‐down transformer on receiving side. IET Power Electronics. 201;12(10):2634–41. doi: 10.1049/iet-pel.2018.6206
  11. Luo B, Mai R, Guo L, Wu D, He Z. LC–CLC compensation topology for capacitive power transfer system to improve misalignment performance. IET Power Electronics. 2019;12(10):2626–33. doi: 10.1049/iet-pel.2018.5606
  12. Pardo-Bosch F, Pujadas P, Morton C, Cervera C. Sustainable deployment of an electric vehicle public charging infrastructure network from a city business model perspective. Sustainable Cities and Society. 2021;71:102957. doi: 10.1016/j.scs.2021.102957
  13. Vu VB, Dahidah M, Pickert V, Phan VT. An improved LCL-L compensation topology for capacitive power transfer in electric vehicle charging. IEEE Access. 2020;8:27757–68. doi: 10.1109/ACCESS.2020.2971961
  14. Li W. High efficiency wireless power transmission at low frequency using permanent magnet coupling [dissertation] University of British Columbia; 2009. doi: 10.14288/1.0067661
  15. Dickinson RM. Performance of a high-power, 2.388-GHz receiving array in wireless power transmission over 1.54 km. In: IEEE-MTT-S International Microwave Symposium. 1976:139–141. doi: 10.1109/MWSYM.1976.1123672
  16. Matsumoto H. Research on solar power satellites and microwave power transmission in Japan. IEEE microwave magazine. 2002;3(4):36–45. doi: 10.1109/MMW.2002.1145674
  17. Shinohara N. Wireless power transmission progress for electric vehicle in Japan. In: IEEE Radio and Wireless Symposium. 2013:109–111. doi: 10.1109/RWS.2013.6486657
  18. Shinohara N. Beam efficiency of wireless power transmission via radio waves from short range to long range. Journal of the Korean Institute of Electromagnetic and Science. 2010;10(4):224–30.
  19. Lisov AA. Obzor sposobov peredachi energii dlya besprovodnoj zaryadki elektromobilej. In: Energo- i resursosberezhenie v teploenergetike i social’noj sfere: materialy Mezhdunarodnoj nauchno-tekhnicheskoj konferencii studentov, aspirantov, uchenyh. 2023;11(1):33–35. EDN: LBCMAA
  20. Sakamoto H, Harada K, Washimiya S, et al. Large air-gap coupler for inductive charger [for electric vehicles]. IEEE Transactions on Magnetics. 1999;35(5):3526–8. doi: 10.1109/20.800578
  21. Hui SY. Planar wireless charging technology for portable electronic products and Qi. Proceedings of the IEEE. 2013;101(6):1290–301. doi: 10.1109/JPROC.2013.2246531
  22. El-Shahat A, Ayisire E, Wu Y, Rahman M, Nelms D. Electric vehicles wireless power transfer state-of-the-art. Energy Procedia. 2019;62(1):24–37. doi: 10.1016/j.egypro.2019.04.004
  23. Gönül Ö, Duman AC, Güler Ö. Electric vehicles and charging infrastructure in Turkey: An overview. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2021;143:110913. doi: 10.1016/j.rser.2021.110913
  24. Abdelhalim EA, Ei-Khayat GA. A survey on analytical approaches used in RFID based applications. In: International Conference on Computer Applications Technology (ICCAT). 2013:1–6. doi: 10.1109/ICCAT.2013.6521960
  25. Mou X, Gladwin DT, Zhao R, Sun H. Survey on magnetic resonant coupling wireless power transfer technology for electric vehicle charging. IET Power Electronics. 2019;12(12):3005-20. doi: 10.1049/iet-pel.2019.0529
  26. Baros D, Rigogiannis N, Drougas P, et al. Transmitter side control of a wireless EV charger employing IoT. IEEE Access. 2020;8:227834–46. doi: 10.1109/ACCESS.2020.3045803
  27. Landt J. The history of RFID. IEEE potentials. 2005;24(4):8–11. doi: 10.1109/MP.2005.1549751

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Magnetic gear orientation for the WPT system (a) Power flow; (b) Axially magnetized rotors; (c) Radially magnetized rotors; (d) Parallel axes of rotation (dotted lines) with radially magnetized rotors [14]

Download (386KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Induction charger circuit

Download (148KB)
Indexing metadata
4. Fig 3. Equivalent circuit of induction charger

Download (64KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Functional diagram of induction charging based on STWBC Qi

Download (182KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Lisov A.A., Panishev S.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

link to the archive of the previous title

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».