Elektrikli Araçların Kablosuz Güç Transferi Sistemi için Dairesel Bobinli Bir Transformatörün Tasarımı ve Veriminin Analizi

Kablosuz Güç Transferi (KGT), elektrik enerjisinin iletkenlere ihtiyaç duyulmadan aktarılmasıdır. KGT zamanla değişen elektrik, manyetik veya elektromanyetik alanlar kullanan teknolojilere dayanır. Bu teknolojilerde güç, kısa mesafelerde, manyetik alan ve bobinler arasındaki endüktif kuplaj yoluyla veya elektrik alan ile metal elektrotlar arasındaki kapasitif kuplaj yoluyla aktarılabilmektedir. Diğer bir ifade ile bu sistemin temel çalışma prensibi manyetik rezonansa (MR) dayanmaktadır. Endüktif kuplaja dayalı KGT sistemi, kısa mesafelerdeki elektrikli cihazların şarj edilmesi için kullanılmaktadır. Bu teknolojinin gelişmesi, endüktif kuplajlı güç aktarım sistemini elektrikli araçların şarj uygulamaları için vazgeçilmez hale getirmiştir. Bu çalışmada, elektrikli araçlardaki şarj uygulaması için KGT sisteminin verimliliğini etkileyen faktörler analiz edilmiştir. KGT sisteminde kullanılan transformatörlerin karmaşıklığı nedeniyle, karşılıklı endüktans ve kuplaj katsayısının hesaplanmasını kolaylaştırmak için Sonlu Elemanlar Yöntemi (SEY) kullanılmıştır. Bunun için bir elektrik devresini doğrusal olmayan bir eleman modeliyle birleştiren bir simülasyon modeli ANSYS yazılım paketi kullanılmıştır. Dairesel bobinli bir KGT transformatör modeli, Ansys-Maxwell yazılımında modellenmiş ve farklı koşullar altında simüle edilmiştir. Ayrıca tasarlanan KGT sisteminin performansı analiz edilmiştir.

Design and Efficiency Analysis of a Circular Coil Transformer for Wireless Power Transfer System of Electric Vehicles

Wireless Power Transfer (WPT) is the transfer of electrical energy without the need for conductors. WPT relies on technologies that use time-varying electric, magnetic or electromagnetic fields. In these technologies, power can be transferred over short distances by inductive coupling between the magnetic field and coils or by capacitive coupling between the electric field and metal electrodes. In other words, the basic working principle of this system is based on magnetic resonance (MR). WPT system based on inductive coupling is used for charging electrical devices over short distances. The development of this technology has made the inductive coupling power transmission system indispensable for charging applications of electric vehicles. In this paper, the factors affecting the efficiency of the WPT system for the charging application in electric vehicles are analyzed. Due to the complexity of the transformers used in the WPT system, the Finite Element Method (FEM) is used to facilitate the calculation of mutual inductance and coupling coefficient. For this, a simulation model ANSYS software package is used, which combines an electrical circuit with a nonlinear element model. A circular coil WPT transformer model was modeled in Ansys-Maxwell software and simulated under different conditions. In addition, the performance of the designed WPT system has been analyzed.

___

  • 1. Kurs, A., Karalis, A., Moffatt, R.J., Joannopoulos, D.P., Soljacic, M., 2007. Wireless Power Transfer Via Strongly Coupled Magnetic Resonances. Science, 317(5834), 83–86.
  • 2. Cederlöf, M., 2012. Inductive Charging of Electrical Vehicles, Stockholm: KTH, School of Electrical Engineering (EES), Electromagnetic Engineering. Master Thesis.
  • 3. Karalis, A., Joannopoulos, D.P., Soljacic, M., 2008. Efficient Wireless Non-radiative Midrange Energy Transfer. Annals of Physics, 323(1), 34–48.
  • 4. Ağçal, A., Bekiroğlu, N., Özçıra, S., 2018. Manyetik Rezonanslı Kuplaj ile Kablosuz Enerji Transferinde Hizalanmış ve Hizalanmamış Durumların Limitlerinin İncelenmesi. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 30(3), 67-73.
  • 5. Zhang, R., Ho, C.K., 2013. MIMO Broadcasting for Simultaneous Wireless Information and Power Transfer. IEEE Transactions on Wireless Communications, 12(5), 1989-2001.
  • 6. Miller, J.M., Onar, O.C., Chinthavali, M., 2014. Primary-side Power Flow Control of Wireless Power Transfer for Electric Vehicle Charging. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 3(1), 147-162.
  • 7. Aditya, K., Williamson, S.S., 2018. Design Guidelines to Avoid Bifurcation in a Series– series Compensated Inductive Power Transfer System. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 66(5), 3973-3982.
  • 8. Li, S., Mi, C.C., 2015. Wireless Power Transfer for Electric Vehicle Applications. In IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 3(1), 4-17.
  • 9. Lassioui, A., Fadil, H.E., Belhaj F.Z., Rachid, A., 2018. Battery Charger for Electric Vehicles Based ICPT and CPT-A State of the Art, Renewable Energies. Power Systems & Green Inclusive Economy (REPS-GIE), Casablanca, 1-6.
  • 10. Ahn, S., Hwang, C., Park, H.H. 2014. Optimized Shield Design for Reduction of EMF from Wireless Power Transfer Systems. IEICE Electronics Express, 11(2), 20130930–20130930.
  • 11. Dolara, A., Leva, Longo, Castelli-Dezza S.M.F., Mauri, M., 2017. Coil Design and Magnetic Shielding of a Resonant Wireless Power Transfer System for Electric Vehicle Battery Charging. IEEE 6th International Conference on Renewable Energy Research and Applications (ICRERA), San Diego, CA, 200-205.
  • 12. Kim, S., Park, H., Kim, J., Ahn, S., 2014.Design and Analysis of a Resonant Reactive Shield for a Wireless Power Electric Vehicle. in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 62(4), 1057-1066.
  • 13.Ongayo, D., Hanif, M., 2015. Comparison of Circular and Rectangular Coil Transformer Parameters for Wireless Power Transfer Based on Finite Element Analysis. IEEE 13th Brazilian Power Electronics Conference and 1st Southern Power Electronics Conference (COBEP/SPEC), Fortaleza, 1-6.
  • 14. Patil, D., McDonough, M.K., Miller, J.M., Fahimi, B., Balsara, P.T., 2018 Wireless Power Transfer for Vehicular Applications: Overview and Challenges. in IEEE Transactions on Transportation Electrification, 4(1), 3-37.
  • 15. Mude, K.N., 2015. Wireless Power Transfer for Electric Vehicle. Ph.D Theisis, University of Padova, Italy, March.
  • 16. Lassioui, A., Fadil, H.E., Rachid, A., Belhaj, F.Z., Tarkany, O., Bajit, A., 2018. Characterestics Analysis of Wireless Power Transfer System for Electric Vehicle Charging Applications. International Symposium on Advanced Electrical and Communication Technologies (ISAECT), Rabat, Morocco, 1-6.
  • 17. Duarte, R.M., Felic, G.K., 2014. Analysis of the Coupling Coefficient İninductive Energy Transfer Systems. Active Passive Electron Compon, 2014, 1-6.
  • 18.Mohammad, M., Choi, S., Islam, Z., Kwak S., Baek, J., 2017. Core Design and Optimization for Better Misalignment Tolerance and Higher Range of Wireless Charging of PHEV. In IEEE Transactions on Transportation Electrification, 3(2), 445-453.
Çukurova Üniversitesi Mühendislik Fakültesi dergisi-Cover
  • ISSN: 2757-9255
  • Yayın Aralığı: Yılda 4 Sayı
  • Başlangıç: 2009
  • Yayıncı: ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
Sayıdaki Diğer Makaleler

Farklı Atkı Sıklıklarına Sahip Denim Kumaşların Aşınma Sonucunda Değişen Optik Özelliklerinin İncelenmesi

Sabiha SEZGİN BOZOK, R. Tuğrul OĞULATA

Taş Mastik Asfalt Karışımlarda Mermer Tozu Kullanımının Dayanıma Etkisinin Araştırılması

Ali SARIIŞIK, Elif İZOL

Türkiye’de Pamuk Saplarının Biyogaz ve Sentez Gazı Potansiyelinin Değerlendirilmesi

Nazife Işık HAYKIR

Statik ve Dinamik Yükleme Koşulları Altında Şev-Yüzeysel Temel Etkileşiminin Karşılaştırmalı Güvenlik Analizi

Zülal AKBAY ARAMA, İlknur DALYAN, Muhammed Selahaddin AKIN

Farklı Atkı Sıklıklarına Sahip Denim KumaĢların AĢınma Sonucunda DeğiĢen Optik Özelliklerinin Ġncelenmesi

R. Tuğrul OĞULATA, Sabiha SEZGİN BOZOK

Yüzeysel Su Kaynağından İçme Suyu Eldesinde Alkali Koagülasyon Metodununun Uygulanması ve Kalsiyum Sertliğinden İleri Gelen Kireç Taşı Oluşumu

Turan YILMAZ, Hasan Kıvanç YEŞİLTAŞ

Elektrikli Araçların Kablosuz Güç Transferi Sistemi için Dairesel Bobinli Bir Transformatörün Tasarımı ve Veriminin Analizi

Yıldırım ÖZÜPAK

Çadır Kamplar İçerisinde Su Dağıtım Sisteminin Optimizasyonu

Abdullah ALHAMAD, Ayşe Yeter GÜNAL

SCR Uygulamaları için Oksalik Asit İşlemi ile Kordiyerit Yapının Yüzey Alanının İyileştirilmesi

Himmet ÖZARSLAN, Ali KESKİN

İki Bağımsız Log-Normal Dağıtılmış Rastgele Değişkenin Toplamının Logaritması Olan Rastgele Değişkenin Parametrelerinin Hızlı Hesaplanması

Zekeriya TÜFEKÇİ, Gökay DİŞKEN