Elektrikli bir araç için yüksek verimli güç aktarma organlarının tasarım ve imalatı

Abstract

As a result of increasing environmental pollution and inefficient use of resources, global warming is among the most serious problems today. Studies carried out to solve this situation envisage the use of alternative propulsion systems and energy sources in vehicles. In this context, the main goal of this project is the conceptual design, manufacturing and testing of devices called electric motor, charging unit, battery pack and battery management system, which are the four main parts of an electric vehicle. An efficiency target at the IE4 level was determined in the conceptual design of the devices within the system, and the minimum conversion efficiency was determined as 90% according to this standard. While a brushless permanent magnet synchronous motor model was preferred in the motor design, a forward power design with two switches in the charging unit topology was preferred. Battery management system and packaging issues were studied together. In this way, cell voltages, temperatures, cooling method and current protection methods were studied in an integrated manner. The conceptual design and production of the products within the project have been completed and the relevant tests have been carried out. There are generally two methods of engine design in the literature. These are analytical and numerical approaches, and when the necessary processes are followed, the outputs of both methods should be the same. Therefore, both methods were used in this design study. Excel software was used for analytical calculations, and Ansys Rmxprt and 2D Maxwell software was used for numerical calculations.

Artan çevre kirliliği ve kaynakların verimsiz kullanımın sonucu olarak, küresel ısınma günümüzdeki en ciddi problemler arasında yer almaktadır. Bu durumun çözümü için yapılan çalışmalar, alternatif itki sistemleri ve enerji kaynaklarının araçlarda kullanılmasını öngörmektedir. Bu kapsamda, elektrikli bir aracın temel dört ana parçası olan elektrikli motor, şarj birimi, batarya paketi ve batarya yönetim sistemi adlı cihazların kavramsal tasarımı, imalatı ve testleri bu projenin temel hedefidir. Sistem içindeki cihazların kavramsal tasarımında IE4 seviyesinde bir verimlilik hedefi belirlenmiştir ve bu standarda göre minimum dönüşüm verimliliği %90 olarak belirlenmiştir. Motor tasarımında fırçasız kalıcı mıknatıslı senkron bir motor modeli tercih edilirken, şarj birimi topolojisi iki anahtarlı ileri yönlü bir güç tasarımı tercih edilmiştir. Batarya yönetim sistemi ve paketlemesi konuları ise bir arada çalışılmıştır. Bu sayede hücre voltajları, sıcaklıkları, soğutma metodu ve akım koruma yöntemleri bütünleşik bir şekilde çalışılmıştır. Proje içerisindeki ürünlerin kavramsal tasarımı ve üretimi tamamlanmıştır ve devamında ilgili testler yapılmıştır. Motor tasarımın literatür içerisinde genel olarak iki yöntem vardır. Bunlar analitik ve nümerik yaklaşımlardır ve gerekli süreçler takip edildiğinde her iki metot çıktıları birbiri ile aynı olması gerekmektedir. Bu nedenle bu tasarım çalışmasında her iki yöntem de kullanılmıştır. Analitik hesaplar için Excel yazılımı, nümerik hesaplar için ise Ansys Rmxprt ve 2D Maxwell yazılımı kullanılmıştır.