Batarya şarj sistemleri için faz kaydırmalı tam köprü dc-dc dönüştürücü analizi, tasarımı ve uygulaması
Analysis design and implementation of phase shifted full bridge dc-dc converter for battery charger systems
- Tez No: 1014117
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ERDEM AKBOY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Makinaları ve Güç Elektroniği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Tez çalışmasında, elektrikli araçlarda yüksek gerilimli bataryadan düşük gerilimli bataryaya enerji aktarımı sağlayan Faz Kaydırmalı Tam Köprü DC-DC dönüştürücü tasarımı, analizi ve uygulaması gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın temel amacı, batarya şarj süreçlerinde anahtarlama kayıplarını minimize eden yumuşak anahtarlama koşullarını sağlamak ve farklı şarj stratejilerinin sistemin termal performansı üzerindeki etkilerini incelemektir. Çalışmanın ilk aşamasında, elektrikli araç teknolojileri ve batarya şarj teknikleri detaylı olarak ele alınmış; literatürde yer alan farklı şarj yöntemleri karşılaştırmalı biçimde değerlendirilmiştir. Ayrıca, izoleli DC-DC dönüştürücü topolojileri incelenmiş ve batarya şarj uygulamalarına uygunlukları analiz edilmiştir. Yapılan değerlendirmeler sonucunda, sabit frekansta çalışma imkânı, kontrol kolaylığı ve yumuşak anahtarlama koşullarını sağlayabilmesi gibi avantajları nedeniyle Faz Kaydırmalı Tam Köprü dönüştürücü topolojisinin tercih edilmesine karar verilmiştir. Tez kapsamında tasarlanan Faz Kaydırmalı Tam Köprü DC-DC dönüştürücü için gerekli olan temel tasarım parametreleri belirlenmiş ve sistemin simülasyon ortamında modeli oluşturulmuştur. Ayrıca, lityum-iyon bataryaların dinamik davranışını temsil edebilmek amacıyla uygun bir batarya modeli geliştirilerek sistem ile simülasyon ortamında entegrasyonu yapılmıştır. Dönüştürücü kontrolü, faz kaydırmalı PWM yöntemi ile gerçekleştirilmiş ve sistemin güvenli çalışmasını sağlamak amacıyla gerekli koruma mekanizmaları simülasyona dahil edilmiştir. Çalışmanın önemli bir bölümünü farklı şarj tekniklerinin dönüştürücü üzerindeki termal etkilerinin incelenmesi oluşturmaktadır. Bu kapsamda, Sabit Akım ve Darbeli Akım şarj yöntemleri altında yarı iletken güç elemanlarının termal davranışları karşılaştırılmıştır. Özellikle Darbeli Akım şarj yönteminde frekans değişiminin anahtarlama elemanları üzerindeki termal salınımları detaylı olarak analiz edilmiştir. Bu analizler sonucunda, şarj frekansının hem akım dalga şekli hem de termal performans üzerinde belirleyici bir rol oynadığı ortaya konmuştur. Tezin son aşamasında, tasarlanan sistemin doğrulanması amacıyla deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, Faz Kaydırmalı Tam Köprü DC-DC dönüştürücünün simülasyona uygun şekilde çalıştığını göstermiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, the design, analysis, and implementation of a Phase Shifted Full Bridge DC-DC converter, which enables energy transfer from the high-voltage battery to the low-voltage battery in electric vehicles, are presented. The main objective of the study is to achieve soft-switching conditions that minimize switching losses during battery charging processes and to investigate the effects of different charging strategies on the thermal performance of the system. In the first stage of the study, electric vehicle technologies and battery charging techniques are examined in detail, and various charging methods available in the literature are comparatively evaluated. In addition, isolated DC-DC converter topologies are reviewed and their suitability for battery charging applications is analyzed. Based on these evaluations, the Phase Shifted Full Bridge converter topology is selected due to its advantages such as constant frequency operation, ease of control, and capability of achieving soft-switching conditions. Within the scope of the thesis, the fundamental design parameters of the proposed PSFB DC-DC converter are determined, and a system model is developed in the simulation environment. Furthermore, an appropriate battery model is developed to represent the dynamic behavior of lithium-ion batteries and integrated into the simulation. The converter is controlled using the phase-shifted PWM technique, and necessary protection mechanisms are incorporated into the simulation to ensure safe operation. A significant part of the study focuses on the investigation of the thermal effects of different charging techniques on the converter. In this context, the thermal behaviors of semiconductor power devices under Constant Current and Pulse Charging methods are compared. In particular, the effect of frequency variation in the pulse charging method on the thermal oscillations of the switching devices is analyzed in detail. The results demonstrate that the charging frequency has a significant impact on both the current waveform and the thermal performance of the system. In the final stage of the thesis, experimental studies are conducted to validate the proposed system. The obtained results confirm that the Phase Shifted Full Bridge DC-DC converter operates in good agreement with the simulation results.
Benzer Tezler
- Design and implementation of phase-shifted full-bridge converter with a current doubler for HV to LV battery charger in electric vehicles
Elektrikli araçlarda YG bataryadan AG bataryayı şarj eden akım katlayıcılı faz kaymalı tam köprü dönüştürücünün tasarımı ve gerçeklemesi
TEVHİDE DAYIOĞLU YURDAKONAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT YILMAZ
- Design and analysis of topologies and control algorithms used in ev fast charging systems
Elektrikli araç hızlı şarj sistemlerinde kullanılan topolojiler ve kontrol algoritmalırının analizi ve tasarımı
ÖZGÜR CAN MİLLETSEVER
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT YILMAZ
- Batarya şarj sistemleri için güç dönüştürücüsü analizi, tasarımı ve simülasyonu
Power converter analysis, design and simulation for battery charging systems
ŞEYMA KÜÇÜK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ERDEM AKBOY
- İnsansız hava araçları için batarya-yakıt hücresi hibrit enerji yönetim sisteminin geliştirilmesi
Development of a battery-fuel cell hybrid energy management system for unmanned aerial vehicles
BARAN KUL
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET ONUR GÜLBAHÇE
- Yüksek verimli bir kablosuz şarj sisteminin tasarımı
Design of a high efficiency wireless charging system
VELİ YENİL
Doktora
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiPamukkale ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEVİLAY ÇETİN