Elektrikli bisikletin kablosuz şarjının denetimi için ileri dönüştürücü uygulaması
The application of forward converter for wireless charging control of electric bicycle
Yazar: MURAT BAYRAKTAR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ EMİN YILDIRIZ
Düzce Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Günümüzde otomotiv teknolojisi elektrikli araçlar üzerine yoğunlaşmaktadır. Elektrikli araçların kullanımını daha da yaygınlaştıracak teknoloji  bu araçların hızlı ve kolayca şarj olmasına bağlıdır. Bireysel kullanım açısından elektrikli bisikletler günümüzde yaygın şekilde kullanılmaktadır. Bu tez, elektrikli bisikletlerin kablosuz şarjı ile ilgilidir. Bunun için 36 V'luk batarya grubuna sahip 250 W'lık bir elektrikli bisikletin kablosuz şarjı için endüktif güç aktarım sistemi tasarlanmış ve deneysel olarak gerçekleştirilmiştir.  Endüktif güç aktarımında Seri-Seri rezonans topolojisi kullanılmış ve tasarımda kablosuz güç aktarım standartları dikkate alınmıştır.  Elektrikli araçların kablosuz şarjında genelde alıcı ve verici tarafta 400 V doğru akım barası kullanılmaktadır. Ancak düşük güçlü ve 36 V gerilime sahip bir batarya grubu için tasarlanacak endüktif güç aktarımı için 400 V yerine 60 V doğru akım barası daha uygundur. Bu durumda eviriciyi beslemek için birincil tarafta düşürücü bir doğru akım- doğru akım dönüştürücü gerekmektedir. Bu tezde 230 V alternatif akım şebeke doğrultulduktan sonra eviriciyi beslemek için ileri dönüştürücü tasarlanmıştır. Batarya şarj sırasında eşdeğer empedans değeri  değiştiği için, rezonansta çalışan güç aktarım sisteminin sekonder akım ve gerilimi değişmektedir. İkincil tarafın yüksüz kalması veya hizalama hatalarında evirici akımının aşırı artmasını engellemek ve şarj seviyesine göre alıcı tarafın uygun akım ve gerilim seviyesinde kalmasını sağlamak için, gerekli denetim algoritması da ileri dönüştürücü üzerinde tasarlanmıştır. İleri dönüştürücünün çıkışındaki akım ve gerilim bilgisi dikkate alınarak, analog olarak kablosuz şarjın denetimi sağlanmıştır. Bunun için tepe akım kipinde çalışan dönüştürücü için iki adet sezici direnç kullanılarak iki ayrı akım seviyesi kullanılmıştır. İlk akım seviyesi sabit akım bölgesi, ikinci akım seviyesi ise sabit gerilim bölgesi için kullanılmıştır. Tepe akım kipinde çalışan ileri dönüştürücünün ve geliştirilen denetim algoritmasının başarımı, hem benzetim programı ile hem de deneysel olarak değişken yüklerde test edilmiştir. Buna göre tasarlanan endüktif güç aktarımı %94 verim ile ve ileri dönüştürücü %92 verim ile çalışmaktadır.

Abstract:
The rapid development of technology has also been very effective on electric vehicles. However, one of the most studied subjects today is the management of the energy of these vehicles. When electric vehicles are examined, we see that most of them have battery groups. A battery-borne vehicle definitely needs charging, and wireless charging technology is also very necessary for this need. This study, which deals with the requirements of the wireless charging system, mentions the control system and algorithms of the design required for the proper value control of energy. The wireless transmission of energy is based on the principle of inducing energy in the secondary winding by the magnetic flux formed by passing a sinusoidal current through the analyzed primary winding structure under specified conditions. In order for the current to take the sinus form, a resonance structure must be determined and control systems must be developed for the responses of this resonance structure to the system. The control systems in this study designed according to series - series resonance; DC power obtained from the mains to be used in a high frequency inverter includes the high frequency inverter required for the transfer of energy and the battery management required for the use of this energy. The control system of this DC power obtained was managed with the peak current method over a forward converter, which is also very high in terms of efficiency. DC power obtained by forward converter is used in H-Bridge inverter. In order to prevent energy losses in the standby position, a communication algorithm is established in which the peak value of the current at a certain voltage is controlled, based on the response of the series-series resonance structure. When communication takes place according to this algorithm, the forward converter increases the output voltage. The energy induced in the secondary winding by the primary winding approached to a sinus form on the inverter side was rectified and the batteries were charged with a battery management system.