Optimization of wireless power transfer by for electrical vehicles by using CPT and IPT composite equipments
Elektrikli araçlarda CPT ve IPT bileşik sisteminin kullanımı ile kablosuz enerji aktarımı optimizasyonu
- Tez No: 993870
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MUHAMMET TAHİR GÜNEŞER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Kablosuz güç iletim (WPT) sistemleri, herhangi bir kablo bağlantısı olmadan elektrik enerjisinin bir kaynaktan bir yüke aktarılmasını sağlamaktadır. Bu sistemler, açıkta kalan kabloların olmaması, şarj kolaylığı ve zorlu çevre koşullarında bile verimli güç iletimi gibi kablolu sistemlere göre avantajları nedeniyle birçok endüstriyel uygulama için tercih edilmektedir. Elektrikli araç bataryalarının şarj edilmesi için WPT sistemlerinin kullanımı, bazı firmaların dikkatini çekmiş ve bir çok tasarım geliştirilmesi ve iyileştirilmesi için önemli çalışmalar yürütülmektedir. Bu sistemlerde enerji, verici ve alıcı plakaları olarak bilinen iki bobin ve iki kapasitör arasında maliyet etkin bir endüktif-kapasitif kuplaj yoluyla kablosuz olarak iletilmektedir. Kompozit kablosuz güç iletim (COMPT) sistemi olarak adlandırılan sistemde, verici plakaları yol yüzeyine gömülürken, alıcı plakaları elektrikli araçtaki şarj altyapısı üzerine yerleştirilmektedir. COMPT sistemlerinin zorlukları arasında verimli güç iletim yüksek güç yoğunluğuna ve güvenilir ve ölçeklenebilir sistemlere duyulan ihtiyaç yer almaktadır. Hem rezonanslı hem de kapasitif COMP sistemleri, yüksek verimlilikleri nedeniyle elektrikli araç şarjı gibi orta ve yüksek güç iletim uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tez, bir şehiriçi elektrikli aracın bataryalarını şarj etmek için kablosuz bir enerji iletim sisteminin tasarımını ve performans analizini ele almaktadır ve bu araç bir örnek olay incelemesi olarak kullanılmıştır. Bu araç, her biri 12 V gerilim ve 100 A akıma sahip dört seri batarya kullanmaktadır. Elektrikli araç şarj uygulamaları için, endüktans ve kapasitansa dayalı, LCLC kompanzasyon mimarisine sahip entegre bir COMPT sistemi önerilmiştir. Devre mimarisi, bir LCLC kompanzasyonlu endüktif güç iletim sistemi (IPT) ve bir LCLC kompanzasyonlu kapasitif güç iletim sisteminin (CPT) entegrasyonundan oluşmaktadır. Tez içeriğinde entegre devre mimarisinin çalışma prensibi ayrıntılı olarak analiz edilmiş ve devre parametreleri ile sistem gücü arasındaki ilişki gösterilmiştir. Endüktif-kapasitif kuplaj, sonlu eleman analizi kullanılarak tasarlanmış ve kuplaj plakaları için eşdeğer bir devre modeli türetilmiştir. Entegre endüktif-kapasitif kuplajın bir örneği olarak 3 kW'lık bir COMPT sistemi tasarlanmış ve uygulanmıştır. Hem endüktif hem de kapasitif iletkenlerin boyutları 500 mm × 500 mm olarak belirlenmiştir. Ölçümler sırasında ve performans karşılaştırması yapılması sürecinde iletkenler arasındaki mesafe aralığı 150 mm ile 75 cm arasında değişmekte olup, aralarında birden fazla hava boşluğu kullanılmaktadır. Entegre sistemin çıkış gücü, endüktif ve kapasitif güç iletim sistemlerinden elde edilen çıkış güçlerinin toplamını temsil etmektedir. Prototip, 1 MHz anahtarlama frekansında %95,7 verimlilikle 95,46 kW çıkış gücü elde edecek şekilde tasarlanmıştır. Bu, entegre endüktif-kapasitif güç iletim sisteminin elektrikli araç şarj uygulamaları için umut vadeden bir çözüm olduğunu göstermektedir. Çalışma üç ana aşamada gerçekleştirilmiştir. Birinci aşamada, kablolu elektrikli araç batarya şarj cihazları ve şarj yöntemlerine genel bir bakış sunulmuştur. Daha sonra, çeşitli kablosuz güç iletim teknolojilerinin arka planı tartışılmış ve dirençli yük değişimlerine ve kuplaj katsayılarına dayalı rezonanslı kablosuz güç iletim sistemlerini karakterize etmek için kullanılacak performans parametreleri seti (FOM) tanımlanmıştır. İkinci aşamada, vaka çalışması için bir kablosuz güç iletim sistemi (WPT) tasarlanmıştır. Üçüncü aşamada, kablosuz güç iletim sisteminin bir prototipi geliştirilmiş ve test edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Wireless power transmission (WPT) systems enable the transfer of electrical energy from a source to a load without any wire connections. These systems are attractive for many industrial applications due to their advantages over wired systems, such as the absence of exposed wires, ease of charging, and efficient power transmission even in harsh environmental conditions. The use of WPT systems for charging electric vehicle batteries has attracted the attention of some companies, and significant efforts are underway to develop and improve various related designs. With these systems, the Energy is transmitted wirelessly through a cost-effective inductive-capacitive coupling between two coils and two capacitors, known as the transmitter and receiver plates. The system, called composite wireless power transmission (COMPT) system, consist of the transmitter plates are buried in the roadway, while the receiver plates are placed in the electric vehicle charging applications. The challenges of COMPT systems include the need for efficient power transmission mechanisms, the need for high power density, and the need for reliable and scalable systems. COMPT systems, both resonant and capacitive, are widely used in medium- to high-power transmission applications, such as electric vehicle charging, due to their high efficiency. This thesis addresses designing and analysis of a wireless power transmission system for charging the batteries of an urban electric vehicle, which serves as a case study. This vehicle uses four series batteries, each with a voltage of 12 V and a current of 100 A. We propose an integrated COMPT system based on inductance and capacitance, with an LCLC compensating architecture, for electric vehicle charging applications. The circuit architecture consists of integrating an LCLC compensating inductive power transmission system (IPT) and an LCLC compensating capacitive power transmission system (CPT). The operating principle of the integrated circuit architecture is analyzed in detail, illustrating the relationship between the circuit parameters and the system power in the thesis. The inductive-capacitive coupling is designed using finite element analysis, and an equivalent circuit model for the coupling plates is derived. A 3 kW COMPT system is designed and implemented as an example of the integrated inductive-capacitive coupling. Both the inductive and capacitive conductors measure 500 mm × 500 mm. During measurements and performance comparisons, the distance between conductors varies between 150 mm and 75 cm, and multiple air gaps are used between them. The output power of the integrated system represents the sum of the output power from the inductive and capacitive power transmission systems. The prototype was designed to achieve an output power of 95.46 kW with an efficiency of 95.7% at a switching frequency of 1 MHz. This demonstrates that the integrated inductive-capacitive power transmission system is a promising solution for electric vehicle charging applications. The work was carried out in three main phases. In the first phase, an overview of wired electric vehicle battery chargers and charging methodologies was presented. Subsequently, the background of various wireless power transmission technologies was discussed, and a complete set of performance parameters (FOMs) was defined for use in characterizing resonant wireless power transmission systems based on resistive load variations and coupling coefficients. In the second phase, a wireless power transmission system (WPT) was designed for the case study. In the third phase, a prototype of the wireless power transmission system was developed and tested.
Benzer Tezler
- Elektrikli araçlar için kablosuz şarj sistemi tasarımı ve optimizasyonu
Design and optimization of a wireless charging system for electric vehicles
BAGER ÖZBEY
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT YILMAZ
- Design and analysis of optical wireless communication systems under energy constraints
Optik kablosuz iletişim sistemlerinin enerji kısıtları altında tasarım ve analizi
KHADIJEH ALI MAHMOODI
Doktora
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT UYSAL
- Akıllı yansıtıcı yüzey destekli telsiz haberleşme sistemi ve insansız hava aracı konumlandırma
Reconfigurable intelligent surface-assisted wireless communication system and unmanned aerial vehicles positioning
EMİR ASLANDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİletişim Sistemleri Ana Bilim Dalı
DR. MEHMET AKİF YAZICI
- Hafif elektrikli araçlarda kablosuz şarj sistemleri için ekranlama tasarımı ve optimizasyonu
The shielding design and optimization for wireless charging systems in light weight electric vehicles
EMİN YAYLA
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiDüzce ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EMİN YILDIRIZ
- Design, analysis and implementation of a 50 W wireless charger of a charging vest battery
Sarj yeleği aküsünün 50 W gücündeki kablosuz şarj cihazının tasarımı, analizi ve uygulaması
MERİH EREN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EMİNE BOSTANCI