Elektrikli araçlar için kablosuz şarj cihazı tasarımı

Bu projedeki temel amaç, küçük bir elektrikli aracın bataryasını manyetik kuplaj yöntemiyle kablosuz olarak şarj edebilecek, adaptif şarj verimi kontrollü, bir kablosuz enerji transferi sistemi tasarlamak ve geliştirmektir. Bağlantı standartları sayısının her geçen gün arttığı ve kullanımının karmaşıklaştığı günümüzde, kablolu şarj cihazları sebebiyle ortaya çıkabilecek tehlikeleri önleyecek, verimli, araçların mobilitesini arttıracak ve kullanıcılar açısından önemli kolaylıklar sağlayacak bir kablosuz şarj cihazı üretimi hedeflenmiştir. Seri rezonans çevirici devresi ile enerji transferi gerçekleştirilmiştir. Literatürde önerilen eş değer devre incelenmiş, hiç bir eleman ideal kabul edilmeyerek çok detaylı olarak analizi yapılmıştır ve verim ifadesi elde edilmiştir. Bu önerilen model daha sonra deneysel sonuçlarla karşılaştırılarak test edilmiştir, üstünlükleri ve eksiklikleri belirlenmiştir. Eksiklikleri aşmak için de, öneriler sunulmuştur. Bunlara ek olarak, kablosuz enerji transferi (KET) sistemlerinin durum uzay modeli çıkartılmıştır. Tam köprü seri rezonans devresi yapılarak; manyetik akı yoğunluğu arttırılmıştır, reaktans sıfırlanmış dolayısıyla iletilen enerji arttırılmıştır ve MOSFET üzerindeki anahtarlama kayıpları azaltılmıştır. Bu rezonans evirici için 500 V 50 A dayanımlı MOSFET yarıiletkenler kullanılmış, TMS320F28335 ezDSP geliştirme kartı ile de kontrol sağlanmıştır. Projede sistemin uygun çalışması açısından çok önemli olan bobin tasarımı konusuna detaylı olarak yoğunlaşılmıştır. Deri etkisi ve proximity etkisi de hesaba katılarak sistemin yüksek verimde çalışmasını sağlayacak özel yapısal özelliklere sahip hava çekirdekli bobin tasarımı yapılmıştır. Bu bobin 35 cm yarıçapında ve 3.5 cm yüksekliğinde solenoid biçimindedir. Tasarlanan bu bobinle karşılaştırmak üzere aynı çapta aynı endüktans değerine sahip bir spiral bobin tasarlanmıştir. En iyi bobin tasarımı için ANSYS MAXWELL programı kullanılmıştır ve bu program sayesinde sonlu elemanlar modeli ile sistemin elektromanyetik benzetimi elde edilmiştir. Maxwell'in yanısıra bobin tasarımı için gerekli değerleri hesaplayan birçok nümerik metod incelenmiştir ve Matlab kodu hazırlanmıştır. Birinci ve ikinci bobin arasındaki ortak endüktansa bağlı olarak, sistem rezonans frekansı değişmektedir. Bu nedenle aracın park ediliş biçimine göre, sistem rezonans frekansı değişkenlik göstermektedir. Tasarlanan kontrolör, park ediliş kalitesine göre verimi maksimize etmektedir. Buradaki yaklaşım, ikinci taraf akım ve geriliminin ölçülerek bluetooth teknolojisi ile birinci taraftaki kontrolöre vermesidir. HC05 Bluetooth modülü yardımıyla Ardunio ile hesaplanan ikinci taraf gücü bilgisi, birinci tarafa iletilmiştir. Daha sonra ezDSP kitinin seri haberleşme pini kullanılarak bilgi alınmıştır.Bunlara ek olarak; verim bir sınır değerinden küçük olduğu zaman, güç transferi durmaktadır. Böylelikle enerji tasarrufu sağlanmıştır. Elde edilen maksimum verim 4 santimetre mesafede % 30 civarında olmuştur.