Elektrikli araç şarj sistemlerinde iletişim protokolleri ve örnek bir uygulama
Communication protocols in electric vehicles and a case study
Yazar: MEHMET BURAK ARSLAN
Danışman: PROF. DR. ŞABAN ÖZDEMİR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Günümüzde küresel ısınma ve iklim değişikliği gibi etkenler çevresel farkındalığı artırmıştır. Buna istinaden çevresel, ekonomik ve kaynak kıtlığı gibi sebeplere bağlı olarak elektrikli araçlara olan talep her geçen gün artmaktadır. Bu doğrultuda dünya genelinde 2030'a kadar 125 milyon elektrikli aracın yollarda olacağı tahmin edilmektedir. Ancak tüm elektrikli araçlar tarafından kullanılan ortak bir şarj ve haberleşme protokolü henüz kabul görmemiştir. Dahası orta gerilime doğrudan bağlanabilen megawatt sınıfındaki şarj cihazları konusunda henüz bir standart dahi bulunmamaktadır. Bu doğrultuda batarya ve şarj sistemleri devamlı gelişmektedir. Bu çalışmada elektrikli araçların şarj sistemleri için CHAdeMO, GB/T, US -COMBO CSS1, EURO-COMBO CSS2, TESLA ve ChaoJi  gibi güncel kablolu şarj standartları incelenmiştir. Bu standartların genel özellikleri, elektriksel kabiliyetleri, bağlantı tipleri ile elektrikli araç şarj sistemi haberleşmesinde kullandıkları CAN-Bus ve Power Line Communication (PLC) protokolleri ayrıntılı bir şekilde incelenmiştir. Bu haberleşme yapılarının temel aldığı uluslararası standartlar incelenip listelenmiştir. Ayrıca, elektrikli araç şarj sistemi haberleşme protokolüne yönelik PLC haberleşme altyapısı kullanan ve bu alt yapıda SAE J1939 CAN protokolü standardına uygun mesaj paketleri ile iletişim sağlayan  örnek bir durum çalışması yapılmıştır. Bu doğrultuda elektrikli araç tarafını temsil eden STM32F407 mikrodenetleyicisi kullanan bir sistem ile şarj istasyonu tarafını temsil eden STM32F051 mikrodenetleyicisi kullanan bir sistem haberleştirilmiştir. Her iki sistemde PLC altyapısını sağlamak maksadıyla KQ330 PLC alıcı-verici modülü kullanılmıştır. Bu çalışmanın kontrolü ve haberleşme altyapısını oluşturmak için her iki mikrodenetleyiciye entegre edilmek üzere gömülü yazılım geliştirilmiştir. Ayrıca örnek çalışmadaki haberleşme sisteminin kontrolünü sağlamak ve sistem parametrelerini izlemek maksadı ile bilgisayar arayüz yazılımı geliştirilmiştir.

Abstract:
Today, factors such as global warming and climate change have increased environmental awareness. Accordingly, the demand for electric vehicles is increasing day by day due to reasons such as environmental, economic problems and resource scarcity. It is estimated that 125 million electric vehicles will be on the roads worldwide by 2030. In addition, a common charging and communication protocol used by all electric vehicles has not yet been adopted. Moreover, there is no standard yet for direct medium voltage connected megawatt class charging. In this direction, batteries and charging systems are constantly developing. In this study, current wired charging standards for charging systems of electric vehicles such as CHAdeMO, GB/T, US -COMBO CSS1, EURO-COMBO CSS2, TESLA and ChaoJi were examined. The general features of these standards, their electrical capabilities, connection types, the CAN-Bus and Power Line Communication (PLC) protocols used in electric vehicle charging system communication are examined in detail. The international standards using these communication protocols are examined and listed. Additionally, a case study has been conducted on an electric vehicle charging system communication protocol that uses a PLC communication infrastructure and communicates with message packets conforming to the SAE J1939 CAN protocol standard. In this context, a system representing the electric vehicle side, using the STM32F407 microcontroller, has been communicated with a system representing the charging station side, using the STM32F051 microcontroller. To provide the PLC infrastructure in both systems, the KQ330 PLC transceiver module is used. For the validation of this study, embedded software is integrated into the microcontrollers in both systems. In addition, a computer interface software is developed to control and monitoring the communication in the case study.