Elektrikli araç şarj cihazlarında kullanılan tek fazlı aktif doğrultucuların şebekeye etkilerinin karşılaştırılması

Artan çevre kirliliği problemleri ulaşım sektöründe temiz enerji kullanımını gerektirmiş ve bu şekilde elektrikli araçlar son yılların önemli bir çalışma konusu olmuştur. Elektrikli araç teknolojisinde en kritik çalışma alanlarından biri ise elektrik enerjisinin depo edildiği bataryaların tasarımı ve şarj işlemidir. Herhangi bir e-bisiklet, e-scooter, elektrikli engelli aracı ya da elektrikli otomobil gibi bir elektrikli taşıt bataryasının şarj işlemi en kısa sürede ve en sağlıklı şekilde gerçekleştirilmelidir. Ancak çeşitli güç dönüştürücüleri içeren batarya şarj modülü, şarj işlemi esnasında nonlinear bir yük gibi davranarak şebekede bazı bozucu etkiler oluşturur. Bu bozucu etkilerin başında düşük güç faktörü ve şebeke akımında meydana gelen yüksek harmonik bozulmalar gelir. Güç dönüştürücü devrelerinin sebep olduğu bu bozucu etkiler, yine güç dönüştürücü devreleri üzerinde yapılan değişiklerle çözüme kavuşturulur. Aktif PFC'li (Power Factor Correction) doğrultucu devrelerinin kullanılması bu çözümlerden biridir. Bu çalışmada elektrikli araç bataryalarının şarj işlemi esnasında bağlı olduğu şebeke tarafında oluşturduğu problemlere değinilmiştir. Şebekeden alınan gerilimin doğrultulması ve regülasyonu olmak üzere iki aşamadan oluşan şarj işleminin doğrultma aşaması için, tek fazlı aktif güç faktörü düzeltmeli doğrultucu yapıları tanıtılmıştır. Klasik Boost PFC, İnterleaved Boost PFC, Köprüsüz PFC aktif doğrultucu devreleri 220 V etkin şebeke gerilimi, 1kW çıkış gücü, 400 V çıkış gerilimi değerlerinde PSIM programında simüle edilmiştir. Bu üç dönüştürücü güç faktörü değeri, giriş akımı harmonik içeriği ve verim bakımından birbirleriyle kıyaslanmıştır. Üç dönüştürücü de güç faktörü bakımından ideale yakın sonuçlar vermiştir. En yüksek güç faktörü değeri ve en düşük harmonik içerik İnterleaved Boost PFC devresi ile elde edilmiştir. Beklenildiği üzere en verimli dönüştürücü, diğer dönüştürücülere göre verimi yaklaşık %1 oranında artıran Köprüsüz PFC olmuştur. Bu sonuçlar ışığında devre topolojisi tercihinin çalışılacak güç seviyesine göre maliyet ve kontrol zorluğu konuları dikkate alınarak belirlenmesi gerektiği görülmüştür.