Elektrikli araçlarda yerleşik şarj cihazı sistemlerinin simülasyon ortamında analizi

Abstract

Son yıllarda gelişen teknoloji ile birlikte ülkemizde ve dünyada elektrikli araç üretiminin ve kullanımının hızla arttığı görülmektedir. Fosil yakıt kaynaklarının sınırlı olması, doğaya zarar vermesi ve kullanıcı için maliyetinin yüksek olması gibi etkenler elektrikli araçlara olan ilginin artmasına yol açmıştır. Artan ilgi ile birlikte elektrikli araç teknolojisinde kritik öneme sahip menzil, batarya ömrü ve şarj süresi gibi problemler zamanla çözülmeye başlanmıştır. Bu problemlerin çözülmesi, diğer araç üreticilerinin de elektrikli araç teknolojisi üzerine çalışma yapmasının yolunu açmıştır. Bu kapsamda elektrikli araç bataryaları, yerleşik şarj cihazları, hızlı şarj teknolojisi ve otonom araç teknolojisi gibi konular üzerinde birçok çalışma yapılmış ve iyi seviyede ilerleme kaydedilmiştir. Bu tez çalışmasında, elektrikli araçlarda yaygın olarak kullanılan yerleşik şarj cihazı topolojilerinden üç tanesi seçilerek simülasyon ortamında analiz edilmiş olup alınan çıktılar ışığında topolojilerin verimlilikleri, güvenilirlik durumları, maliyetleri ve kontrol algoritmaları karşılaştırılmıştır. İlerleyen yıllarda elektrikli araç kullanımının daha fazla artacağı düşünüldüğünde, şebekelerden araçlara enerji aktarımı sırasında kayıp olarak ortaya çıkan enerji miktarının, yüksek seviyelere çıkacağı söylenebilir. Bu kapsamda yerleşik şarj cihazı için seçilecek güç elektroniği topolojilerinin öncelikli olarak verim esaslı karşılaştırılması uygundur. Topoloji seçiminde karşılaştırma konusu olacak diğer önemli etkenler ise sistem güvenilirliği, maliyet ve kontrol algoritmalarıdır. Sistem güvenilirliği, topoloji kaynaklı meydana gelebilecek arızalardan aracın diğer bileşenlerinin etkilenmemesi veya az etkilenmesi yönünden oldukça önem arz etmektedir. Öte yandan düşük maliyet ve kolay kontrol edilebilirliği bakımından topolojilerin kontrol algoritmalarının mümkün olduğunca basit yapıda olması beklenmektedir. Son olarak, elektrikli araçların ticari birer ürün olduğu düşünüldüğünde, yerleşik şarj cihazlarında kullanılacak güç elektroniği topolojilerinin, diğer tüm ticari ürünler gibi uygun maliyetli olması gerekmektedir. Tez çalışmasında, incelenen tasarımlar ve alınan sonuçlar doğrultusunda, topolojiler bu dört ana başlık altında karşılaştırılmıştır.In recent years, with the advancement of technology, there has been a rapid increase in the production and use of electric vehicles in our country and around the world. Factors such as limited fossil fuel resources, environmental damage, and high costs for users have contributed to the growing interest in electric vehicles. Along with this increasing interest, critical issues in electric vehicle technology such as range, battery life, and charging time have gradually started to be addressed. The resolution of these issues has paved the way for other automotive manufacturers to engage in research and development in electric vehicle technology. In this context, extensive work has been carried out on electric vehicle batteries, built-in charging devices, fast charging technology, and autonomous vehicle technology, leading to significant progress. In this thesis, three of the commonly utilized built-in charging device topologies in electric vehicles were selected and analyzed in a simulation environment. The outputs obtained from this analysis were used to compare the efficiencies, reliability statuses, costs and control algorithms of these topologies. Considering the anticipated further increase in electric vehicle usage in the coming years, it can be asserted that the amount of energy loss during energy transfer from the grids to vehicles may reach high levels. In this context, a primary consideration is the efficiency-based comparison of power electronics topologies selected for built-in charging devices. In the selection of topology, other significant factors that will be subject to comparison include system reliability, cost, and control algorithms. The reliability of the system is of paramount importance in terms of minimizing or completely eliminating the impact of faults originating from the topology on the other components of the vehicle. On the other hand, for the sake of low cost and ease of controllability, it is expected that the control algorithms of topologies should be as simple as possible. Finally, considering electric vehicles as commercial products, power electronics topologies used in built-in charging devices need to be cost-effective, similar to all other commercial products. In the thesis study, based on the examined designs and obtained results, topologies have been compared under these four main headings.