Investigation of a wireless battery charging system for electric vehicles

Abstract

Elektrikli araçlar, sürücülere konforlu ve ekonomik bir sürüş sağlamanın yanı sıra sıfır emisyon özelliğiyle çevreyi kirletmezler. Halihazırda, elektrikli araçlar iletken şarj teknolojisi ile şarj olmaktadırlar. Nufüsun yoğun olduğu bölgelerde ise batarya değiştirme yöntemine başvurulmaktadır. Ancak bu yöntemlerin hiçbiri literatürde menzil kaygısı olarak adlandırılan sorunu çözmemektedir. Bu noktada, kablosuz güç transferi yöntemi menzil sorununa çözüm önermektedir. Elektrikli araçlar bu yöntemle park veya hareket halindeyken fiziksel temasa gerek kalmadan şarj edilebilmektedir. Bu sayede pillere ve şarj hızına olan bağımlılık da azalır. Kablosuz şarj teknolojisi gelişen bir teknolojidir. Yüksek verimlilik ve güvenlik bu yöntemin kabul edilmesi için vazgeçilmez faktörlerdir. Bu tezde kablosuz şarj verimliliğini artırmak için bir dizi deney yapılmıştır. Deneylerde verimlilik ve maliyet ilişkisi ortaya çıkarılmıştır. Hava aralığı, kablo tipi, soğutma, görev döngüsü, transfer ortamı ve bobin yapısı gibi birçok parametrenin verimliliğe etkisi kapsamlı bir şekilde analiz edilmiştir. Bunlara ek olarak kablosuz güç transferi medyumunda (ortamında) değişikliğe gidilmiştir. Elektrikli araçların kablosuz şarj uygulamalarında transfer ortamı havadır. Bu tezde, transfer ortamı farklı malzemeler ile doldurularak kablosuz güç transferi uygulaması mekanik bakış açısıyla değerlendirilmiş ve bir kavram kanıtlama çalışması yapılmıştır. Bir lityum-iyon batarya pakedi farklı C oranlarında kablosuz olarak şarj edilmiştir.

Electric vehicles do not pollute the environment with zero emissions, as well as providing comfortable and economical driving to drivers. Currently, electric vehicles are charged with conductive charging technology. In densely populated areas, the battery replacement method is used. However, none of these methods can solve the problem called 'range anxiety' in the literature. At this point, the wireless power transfer method proposes a solution to this problem. Electric vehicles can be charged while parked or in motion without physical contact with this method. In this way, dependence on batteries and charging speed also decreases. Wireless charging technology is a developing technology. High efficiency and safety are indispensable factors for the adoption of this method. In this thesis, a series of experiments were performed to increase wireless charging efficiency. The efficiency and cost relationship was revealed in experiments. The effects of many parameters, such as air gap, cable type, cooling, duty cycle, transfer environment, and coil structure, on efficiency have been comprehensively investigated. In addition, the wireless power transfer medium (environment) was changed. The transfer medium is air in wireless charging applications of electric vehicles. In this thesis, the transfer medium was filled with different materials. The wireless power transfer application was evaluated from a mechanical perspective, and a proof of concept was performed. A lithium-ion battery pack was charged wirelessly in different C-rates.