Yakıt hücreli elektrikli araçlar için yüksek verimli DA-DA yükseltici tip dönüştürücü devrelerin araştırılması ve uygun dönüştürücünün geliştirilmesi
Research of high-efficiency DC-DC boost type converter circuits for fuel cell electric vehicles and development of a suitable converter
- Tez No: 959638
- Danışmanlar: DOÇ. DR. GÖKAY BAYRAK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bursa Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Yakıt Hücreli Elektrikli Araçlarda (YHEA) bulunan yakıt hücresinin çıkışından elde edilen gerilim sürekli değişmekte olup, bu değişken çıkış geriliminin YHEA'da güç aktarımı için uygun gerilime dönüştürülmesi gerekmektedir. Bu çalışmada, 1kW'lık bir yakıt hücresi çıkışındaki 25-48V aralığında değişen gerilimi, YHEA'da güç aktarımı için gerekli olan 96V seviyesine yükseltebilecek yeni çift bobinli bir DA-DA yükseltici tip dönüştürücü önerilmiştir. Önerilen yapının temel özelliği, iki adet bobin barındırması ve buna kıyasla 1 adet anahtarın olmasıdır. Bu yapı sayesinde, devrenin girişi ile çıkışı arasında görev süresinin karesi ile doğru orantılı olacak şekilde çevrim yapılabilmektedir. Bu çevrim oranı, geleneksel tek bobinli yükseltici tip DA-DA dönüştürücü devre topolojisi ile elde edilmek istenseydi iki adet dönüştürücünün art arda bağlanması gerekmekteydi. Bu yapı kullanılarak hem düşük görev süreleri ile daha yüksek gerilim dönüşüm kazancı hem de geleneksel yükseltici tip DA-DA dönüştürücü ile benzer seviyede verim elde edilmiştir. Önerilen çift bobinli DA-DA yükseltici tip dönüştürücünün öncelikle simülasyon modelinin tasarımı ve sanal ortamda analizleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan analizlerden elde edilen sonuçlarda giriş gerilimi 25V iken verimlilik %92, giriş gerilimi 48V iken verimlilik %96 olarak elde edilmiştir. Daha sonra, tasarımı yapılan dönüştürücü deneysel olarak ta gerçeklenmiştir. Gerçeklenen tasarım üzerinden alınan ölçümler ile simülasyon ortamından elde edilen analiz sonuçları karşılaştırılmıştır. Deneysel olarak gerçeklenen devreden elde edilen sonuçlar önerilen dönüştürücünün giriş gerilimi 25V iken %89 verimlilik ile giriş gerilimi 48V iken %92,3 verimlilik ile çalıştığını göstermektedir. Gerçeklenen devre üzerinden elde edilen verim ile simülasyon ortamından elde edilen verim değerlerinin birbirine yakın olduğu gözlemlenmiştir. Elde edilen bu sonuçlar, bu devrenin pratikte de uygulanabilir olduğunu göstermektedir. İlk aşamada tasarımın uygulanabilirliğini kontrol amacı ile 100W'lık bir ilk örnek tasarım yapılmıştır. Bu sebep ile simülasyonlar da bu doğrultuda gerçekleştirilmiş ve simülasyon modelinde kullanılan bileşenler bu güç seviyesine göre seçilmiştir. YHEA'larda güç aktarımı uygulamalarında pratikte kullanılabilecek bu yapının, ölçeklendirme ile gücünün yükseltilerek, başta elektrikli ve hibrit enerjili araçlar olmak üzere birçok uygulamada kullanılabileceği düşünülmektedir.
Özet (Çeviri)
The voltage obtained from the fuel cell output in Fuel Cell Electric Vehicles (FCEVs) is constantly changing, and this variable output voltage needs to be converted to the appropriate voltage for power transfer in FCEVs. In this study, a new double inductor DC-DC boost converter is proposed that can increase the voltage varying between 25-48V at the output of a 1 kW fuel cell to the 96V level required for power transfer in FCEVs. The main feature of the proposed structure is that it has two inductors and 1 switch. Thanks to this structure, the input and output of the circuit can be converted in a way that is directly proportional to the square of the duty cycle. If this conversion ratio was to be obtained with the traditional single coil boost converter circuit topology, two converters had to be connected in series. By using this structure, both higher voltage conversion gain with low duty periods and similar efficiency to the traditional boost converter were obtained. First of all, the simulation model design and virtual environment analyses of the proposed double inductor DC-DC boost converter were performed. The results obtained from the analysis showed that the efficiency was 92% when the input voltage was 25V and 96% when the input voltage was 48V. Then, the designed converter was also implemented experimentally. The measurements taken from the implemented design were compared with the analysis results obtained from the simulation environment. The results obtained from the experimentally implemented circuit show that the proposed converter operates with 89% efficiency when the input voltage was 25V and with 92.3% efficiency when the input voltage was 48V. It was observed that the efficiency values obtained from the implemented circuit and the efficiency values obtained from the simulation environment were close to each other. These results show that this circuit is also applicable in practice. In the first stage, a 100W initial sample design was made in order to check the applicability of the design. For this reason, simulations were also performed in this direction and the components used in the simulation model were selected according to this power level. It is thought that this structure, which can be used in power transmission applications in FCEVs, can be used in many applications, especially electric and hybrid energy vehicles, by increasing its power with scaling.
Benzer Tezler
- Anahtarlamalı kapasitör tabanlı çift yönlü düşürücü yükseltici tip dönüştürücünün bulanık mantık kontrolör ile geliştirilmesi
Development of switched capacitor based bidirectional buck-boost converter with fuzzy logic controller
HAKAN TEKİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBursa Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DAVUT ERTEKİN
- Fotovoltaik-yakıt hücreli bir hibrit elektrikli aracın modellenmesi ve simülasyonu
Modelling and simulation of a photovoltaic-fuel cell hybrid vehicle
EYYÜP TAŞKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiBursa Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HAKAN ÜLKER
- Broadband metamaterial solar cell design
Geniş bantlı metamalzeme güneş hücresi tasarımı
YAREN YÜCEL YAMAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FUNDA AKLEMAN YAPAR
- İnsansız hava araçları için batarya-yakıt hücresi hibrit enerji yönetim sisteminin geliştirilmesi
Development of a battery-fuel cell hybrid energy management system for unmanned aerial vehicles
BARAN KUL
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET ONUR GÜLBAHÇE
- Multiple objective optimization of a fuel-cell hybrid electric truck using genetic algorithm
Yakıt hücreli hibrit elektrikli kamyonun genetik algoritma kullanarak çok hedefli optimizasyonu
BATURAY GÜRSEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT YILMAZ