Hafif elektrikli araçlarda kablosuz şarj sistemleri için ekranlama tasarımı ve optimizasyonu
The shielding design and optimization for wireless charging systems in light weight electric vehicles
Yazar: EMİN YAYLA
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ EMİN YILDIRIZ
Düzce Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Ekranlama = Shielding ; Elektrikli araçlar = Electric vehicles ; Güç aktarımı = Power transfer ; Taguchi yöntemi = Taguchi method

Özet:
Otomotiv endüstrisine odaklanan elektrikli araç (EA) teknolojileri hızlı bir ilerleme içerisindedir. Bunlardan biri de şarj teknolojileridir. EA'ların şarj teknolojilerini temaslı ve temassız olarak iki alt başlıkta toplayabiliriz. Temassız şarj sistemleri genellikle elektrik alan (kapasitif) veya manyetik alan (endüktif) prensiplerine dayalı yöntemlerle çalışır. Bu yöntemle belirli bir mesafeden (100-300 mm) %80'in üzerinde verimle EA'ların akü şarj gereksinimlerine uygun temassız güç aktarımı yaparlar. İndüktif güç aktarımı (İGA), diğer yöntemlere kıyasla daha düşük frekanslarda (20-250 Khz) gerçekleştirilebilir. Bu nedenle günümüzde araştırmacılar ve ticari üreticiler tarafından en çok tercih edilen güç aktarım yöntemidir. Ancak bu yöntemde güç aktarımı sırasında oluşan elektromanyetik saçılımlar canlılar için tehlikeli olabilir. ICNIRP standartlarına göre 0,8-150 Khz çalışma frekansında insan vücudunun maruz kaldığı manyetik akı miktarının 27,30 µT'yi aşmaması gerekir. Bunun için de İGA sisteminde aktif ve/veya pasif ekranlama yöntemi yapılmalıdır. Bu çalışma kapsamında, bir İGA sisteminin araç şasesine monte edilen sekonder taraf için ekranlama yöntemlerinin etkinliği ve alüminyum ekranlama ile birlikte ferit nüve kullanımı incelenmiştir.  Aynı güç aktarım performansında; bisiklet şasesinde oluşabilecek demir kayıplarını azaltan ve ICNIRP standartlarına uygun ekranlama tasarımında etkili parametrelerin tespiti Sonlu Elemanlar Yöntemi (SEY) ile yapılmıştır. Taguchi L9 ortogonal dizisi ile tasarımda ki parametreler optimize edilmiştir.   
Anahtar sözcükler: Aktif ve pasif ekranlama, İndüktif güç aktarımı, Taguchi optimizasyon yöntemi, Temassız şarj sistemleri

Abstract:
Electric vehicle (EV) technologies focused on the automotive industry are in rapid progress. One of them is charging technologies. We can collect the charging technologies of EV's under two sub-titles as contact and contactless. Contactless charging systems generally work with methods based on electric field (capacitive) or magnetic field (inductive) principles. With this method, they make contactless power transfer in accordance with the battery charging requirements of EV's with an efficiency of more than 80% from a certain distance (100-300 mm). Inductive power transfer (IPT) can be performed at lower frequencies (20-250 Khz) compared to other methods. For this reason, it is the most preferred power transmission method by researchers and commercial manufacturers today. However, electromagnetic scattering that occurs during power transfer in this method can be dangerous for living things. According to ICNIRP standards, the amount of magnetic flux that the human body is exposed to at an operating frequency of 0.8-150 Khz should not exceed 27.30 µT. For this, active and/or passive shielding method should be applied in the IPT system. Within the scope of this study, the effectiveness of shielding methods for the secondary side mounted on the vehicle chassis of an IPT system and the use of ferrite core together with aluminum shielding were investigated. At the same power transfer performance; The determination of the effective parameters in the shielding design in accordance with ICNIRP standards and reducing the iron losses that may occur in the bicycle frame was made with the Finite Element Method (FEM). The parameters in the design are optimized with the Taguchi L9 orthogonal array.
Keywords: Active and passive shielding, Contactless charging systems, İnductive power transfer, Taguchi optimization method