Elektrikli araçlar için güneş enerjili kablosuz şarj istasyonu tasarımı ve gerçekleştirilmesi
Design and implementation of a solar-powered wireless charging station for electric vehicles
- Tez No: 991151
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HARUN ÖZBAY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bandırma Onyedi Eylül Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, fotovoltaik (Photovoltaic – PV) enerji kaynaklarının çevresel koşullara bağlı olarak değişken karakteristiği ile elektrikli araçlar (Electric Vehicles – EV) gibi bataryalı sistemlerin kablosuz şarj gereksinimlerini bir araya getiren, güneş enerjili bir kablosuz şarj istasyonu tasarlanmış ve deneysel olarak gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın temel amacı, sistemin değişken atmosferik koşullarda dahi Maksimum Güç Noktasını (Maximum Power Point – MPP) kararlı bir şekilde takip etmesini sağlarken, aynı zamanda rezonans tankı üzerindeki anahtarlama kayıplarını minimize edecek en uygun modülasyon stratejisini belirlemektir. Bu kapsamda, güç kontrolü ve Maksimum Güç Noktası İzleme (Maximum Powwer Point Tracking – MPPT) algoritması için Darbe Yoğunluk Modülasyonu (Pulse Density Modulation – PDM) ile literatürde dönüştürücü verimliliğini artırdığı bilinen Geliştirilmiş Darbe Yoğunluk Modülasyonu (Enhanced Pulse Density Modulation – EPDM) ve İyileştirilmiş Darbe Yoğunluk Modülasyonu (Improved Pulse Density Modulation – IPDM) yöntemleri karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir. Sistemin elektromanyetik ve devre düzeyindeki tasarımı Ansys Maxwell 3D ve PSIM ortamlarında gerçekleştirilmiş; deneysel doğrulamalar ise 85 kHz rezonans frekansında çalışan, STM32 tabanlı sayısal kontrol birimi ile sürülen ve 1 kW güç seviyesine ölçeklenmiş bir laboratuvar prototipi üzerinde yapılmıştır. Deneysel çalışmalarda, farklı güneş ışınım koşullarını temsil etmek üzere programlanabilir bir PV simülatörü kullanılmış ve elektrikli araç batarya şarj davranışını temsil edebilmek amacıyla RC tabanlı bir yük modeli uygulanmıştır. Elde edilen deneysel sonuçlar, düşük ve orta ışınım seviyelerinde (250 W/m²–500 W/m²) IPDM yönteminin, rezonans akım zarfını daha kararlı tutarak PDM ve EPDM yöntemlerine kıyasla daha yüksek ortalama güç aktarımı ve sistem verimi sağladığını göstermektedir. Işınım seviyesinin artması ve sistemin yüksek güç bölgesinde çalışması durumunda (750 W/m²–1000W/m²) ise, darbe yoğunluğunun yükselmesiyle birlikte tüm modülasyon yöntemlerinin anahtarlama davranışlarının fiziksel olarak birbirine yakınsadığı ve toplam sistem veriminin yaklaşık %92 seviyesinde benzer değerler aldığı gözlemlenmiştir. Bu bulgular, IPDM yaklaşımının özellikle değişken çevresel koşullar altında MPPT kararlılığı ve enerji aktarım sürekliliği açısından avantaj sağladığını, buna karşın yüksek güç seviyelerinde modülasyon yöntemleri arasındaki performans farklarının doğal olarak azaldığını ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, a solar-powered wireless charging station is designed and experimentally implemented by integrating the environmentally dependent, time-varying characteristics of photovoltaic (PV) energy sources with the wireless charging requirements of battery-based systems such as electric vehicles (EVs). The primary objective of the study is to ensure stable tracking of the maximum power point (MPP) under variable atmospheric conditions, while simultaneously identifying an optimal modulation strategy capable of minimizing switching losses in the resonant tank. Within this scope, Pulse Density Modulation (PDM) is comparatively analyzed alongside Enhanced Pulse Density Modulation (EPDM) and Improved Pulse Density Modulation (IPDM), which have been reported in the literature to improve converter efficiency, for use in power control and Maximum Power Point Tracking (MPPT) algorithms. The electromagnetic and circuit-level design of the system is carried out using Ansys Maxwell 3D and PSIM simulation environments, while experimental validation is performed on a laboratory-scale prototype operating at an 85 kHz resonant frequency, controlled by an STM32-based digital control unit, and scaled to a power level of 1 kW. In the experimental studies, a programmable PV simulator is employed to represent different solar irradiance conditions, and an RC-based load model is implemented to emulate the charging behavior of an electric vehicle battery. The experimental results demonstrate that, under low and medium irradiance levels (250 W/m²–500 W/m²), the IPDM method provides higher average power transfer and system efficiency compared to PDM and EPDM by maintaining a more stable resonant current envelope. As the irradiance level increases and the system operates in the high-power region (750 W/m²–1000 W/m²), the switching behaviors of all modulation methods are observed to physically converge due to the increased pulse density, resulting in similar overall system efficiencies of approximately 92%. These findings indicate that the IPDM approach offers advantages in terms of MPPT stability and energy transfer continuity under variable environmental conditions, while performance differences among modulation methods naturally diminish at high power levels.
Benzer Tezler
- Investıgatıon of artıfıcıal ıntellıgence controlled supercapacıtor usabılıty ın PV- based electrıc vehıcles chargıng system
PV tabanlı araç şarj sisteminde yapay zeka kontrollü süper kapasitör kullanılığının incelenmesi
MUHAMMED İKBAL KAKECİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiOptik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ALİ ÖZÇELİK
DR. ÖĞR. ÜYESİ ZÜLFİKAR ASLAN
- Elektrikli araçlar, elektrikli araç şarj istasyonları ve Türkiye için gelecek dönem elektrikli araç miktarı tahmini
Electric vehicles, electric charging stations and electric vehicle quantity future forecast for Turkey
BATUHAN İPEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖNDER GÜLER
- Elektrikli araçların kablosuz şarjı için mikro şebeke istasyonunun performans değerlendirmesi
Performance evaluation of microgrid station for wireless charging of electric vehicles
ABUBAKER MILAD ABDALLA SHABAAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiÇankırı Karatekin ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATİH KORKMAZ
- Wireless power transfer for electric vehicles with ANFIS base MPPT for solar PV system
Güneş enerjisi sistemi için ANFIS tabanlı MPPT ile elektrikli araçlar için kablosuz güç aktarımı
CLOVIS CHUO KUM
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Aydın ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ABBAS UĞURENVER
- Power beaming with C-Si photovoltaic cells
C-Si fotovoltaik hücreler ile optik güç aktarımı
ŞAFAK VACİT AÇIKGÖZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
EnerjiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ IHOR PAVLOV