Fv tabanlı elektrikli araç kablosuz şarj ve dinamik enerji yönetim sistemi geliştirilmesi

Abstract

Elektrikli araç artışına bağlı olarak elektrikli araç şarj sistemlerine olan talep her geçen gün artmaktadır. Kablosuz şarj sistemleri (KŞS) güvenlik ve pratiklik açısından öne çıkan teknolojiler arasındadır. Burada en önemli hususlardan biri şebekenin elektrikli araç şarjı boyunca aşırı yüklenmesini engellemek adına yenilenebilir enerji kaynakları çözüm olarak karşımıza çıkmasıdır. Projede 10 kW güçte şebeke bağlı fotovoltaik (FV) tabanlı elektrikli araç KŞS geliştirilecektir. Sistemde dinamik enerji yönetim algoritması kullanılarak bataryanın kesintisiz ve kaliteli şekilde şarj edilmesinin sağlanmasıdır. Proje kapsamında fotovoltaik sistem, uygun doğru akım (DA) dönüştürücüleri üzerinden doğrudan yüksek frekans eviriciyi besleyen DA baraya bağlanarak daha az kayıpla ve düşük maliyetle şarj sisteminin beslenmesi sağlanmıştır. Fotovoltaik sistemin yetersiz olduğu durumlarda şarj sistemini şebekeden besleyen ve yine araç şarj olduğunda fotovoltaik tarafından üretilen enerjiyi şebekeye aktaran dinamik bir enerji yönetim sistemi kullanılmıştır. Kablosuz enerji transferinin (KET) sisteminde verici ve alıcı kısımlardaki bobinler arasındaki temassız güç aktarım performansı, verici bobin tarafından üretilen manyetik alanın şiddeti ve dağılımına ve bu manyetik alanın alıcı bobinde ne seviyede akım indüklediğine oldukça bağlıdır. Proje süresince optimal bobin boyutları ve sarım sayıları elektromanyetik simülasyon programlarıyla tasarlanmıştır. Alıcı ve verici bobinlerin bağlı olduğu H tipi eviricilerde değişken doluluk oranı kullanılarak aktarılan güç maksimize edilmiştir. Sistemde enerji akışı sağlayan şebeke ve FV sistem 400V DA barasında birleştirilmiştir. FV sistem DA baraya maksimum güç takip devresi üzerinden tek yönlü enerji akışı sağlanmıştır. Şebeke ise bir H tipi evirici ve iki yönlü düşürücü yükseltici devre üzerinden DA bara ile iki yönlü enerji alışverişi yapılmıştır. Bataryadan DA baraya H tipi devreler ve çift yönlü düşürücü yükseltici devreler üzerinden iki yönlü enerji alışverişi yapılmıştır. Geliştirilen deneysel sistem ve dinamik enerji yönetim algoritmasıyla literatüre katkı yapılması amaçlanmıştır. Sonuç olarak simülasyon ve deneysel çalışma sonuçları elde edilerek, yayımlanan makale, bildiri ve hazırlanan tez çalışmaları ile akademiye ve teknolojiye katkılar sağlanmıştır.

Due to the increase in electric vehicles, the demand for electric vehicle charging systems is increasing daily. Wireless power transfer (WPT) stands out among technologies for their safety and convenience. One of the most important aspects here is the emergence of renewable energy sources to prevent the grid from overloading during electric vehicle charging. In the project, a grid-connected photovoltaic (PV) based electric vehicle WPT with a power of 10 kW will be developed. A dynamic energy management algorithm will be used in the system to ensure uninterrupted and high-quality charging of the battery. In the project scope, the photovoltaic system is connected to the DC bus via suitable DC converters, feeding the high-frequency inverter directly, thus providing power to the charging system with less loss and at a lower cost. In cases where the photovoltaic system is insufficient, a dynamic energy management system is used to feed the charging system from the grid and to transfer the energy generated by the PV system back to the grid when the vehicle is being charged. The WPT system performance between the coils in the transmitter and receiver parts depends heavily on the intensity and distribution of the magnetic field produced by the transmitter coil and the level of current induced in the receiver coil by this magnetic field. Optimal coil dimensions and winding numbers have been designed using electromagnetic simulation programs throughout the project. A variable duty cycle is used in the H-bridge inverters connected to the receiver and transmitter coils to maximize the transferred power. The grid and PV system providing energy flow are combined at a 400V DC bus. Unidirectional energy flow is provided from the PV system to the DC bus via the maximum power tracking circuit. Conversely, the grid exchanges energy bi-directionally with the DC bus via an H-bridge inverter and two bidirectional buck-boost converter circuits. Bidirectional energy exchange is also performed from the battery to the DC bus via H-bridge circuits and bidirectional buck-boost converter circuits. The aim is to contribute to the literature with the developed experimental system and intelligent energy management algorithm. As a result, simulation and experimental study results have been obtained, contributing to science and technology through published articles, papers, and thesis studies.