Yüksek verimli bir kablosuz şarj sisteminin tasarımı

Günümüzde artan enerji talebi, enerjinin verimli kullanılmasını zaruri hale getirmiştir. Bu sebeple yüksek verimli batarya şarj devrelerinin tasarımı, son yıllarda önemli bir araştırma konusu olmuştur. Kablosuz şarj sistemleri, çevresel koşullardan etkilenmemeleri, kullanıcıya esneklik sunmaları ve güvenilir olmaları gibi özellikleri doğrultusunda, son zamanlarda popüler hale gelmiştir. Bu sistemlerde gerek yüksek verim sağlaması gerekse batarya şarj karakteristiğine uygun olması sebebiyle sıklıkla sabit akım (SA) ve sabit gerilim (SG) şarj kontrolü tercih edilir. Tüm şarj süresince batarya yükünün geniş bir aralıkta değişim göstermesi bataryanın SA ve SG durumlarında şarj edilmesini zorlaştırmaktadır. Bu durumda uygun kompanzasyon topolojisinin seçilmesi ve kontrolü önemli hale gelmektedir. Elektrikli araç batarya şarj sistemlerinde çeşitli kompanzasyon devreleri kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında hem SA hem de SG şarj durumunda yüksek verimde güç aktarımı yapabilecek LC-S kompanzasyon devresine dayalı bir kablosuz elektrikli araç batarya şarj sisteminin tasarımı amaçlanmıştır. SA çıkış karakteristiğine sahip topolojinin özellikle SG şarj durumunda görülen performans düşmesinin önüne geçilerek, tüm şarj süresince yüksek verimli bir kablosuz güç transfer (KGT) sisteminin tasarımı gerçekleştirilmiştir. Tez kapsamında, LC-S topolojisi yarı köprüsüz aktif doğrultucu (S-BAR) yapısında çalıştırılarak kablosuz güç aktarım ve SA-SG batarya şarj işlemi tek bir dönüştürücü çatısı altında yapılmıştır. SG şarj durumunda, darbe yoğunluk modülasyonu (PDM) yöntemi LC-S kompanzasyon topolojisine S-BAR devre yapısı üzerinden uygulanmıştır. Bu sayede hedeflenen KGT sistemi hem SA hem SG şarj durumunda rezonans frekansında kontrol edilebilir hale gelmiştir. Ayrıca her iki şarj durumunda geniş bir yük aralığında yumuşak anahtarlama sağlanmıştır. Bu tez çalışmasında hedeflenen KGT sisteminin; 1,05 kW gücünde, 85 kHz anahtarlama frekansında, giriş gerilimi 200 V, çıkış geriliminin ise SA ve SG batarya şarj durumları için 150 V- 210 V aralığında olacak şekilde tasarımı yapılmıştır. Tasarımı yapılan sistemin simülasyon çalışmaları yapılmış, ardından prototip devre üzerinde 15 cm kablosuz güç aktarım mesafesinde deneysel çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Deneysel çalışmalarda, PDM kontrolü ile faz kaydırma (PS) kontrolünün performans karşılaştırması yapılmış, PDM ile %25 yük durumunda %6,4 verim artışı sağlanmıştır.