Smart Hybrid Charging Station Example for Electric Vehicles

Abstract

The present study aims to design a smart hybrid station for electrical vehicles using solar energy as a renewable energy source. The designed system consisted of a charging station, photovoltaic module, smart inverter, storage unit, direct current-direct current converter, and micro controller. In the charging process, smart inverter settings were designed for the photovoltaic modules to supply energy primarily in case of insufficient energy from the storage unit when both sources were insufficient or when the batteries in the storage units were overloaded. For current and voltage control, signal width modulation output of microcontroller and direct current-direct current buck type converter were used. The parameters of the converter were calculated and simulated on Matlab/Simulink. The converter circuit was designed by considering the compatibility of the calculated values with the simulation. Electrical vehicle batteries were charged in a controlled manner by choosing a constant current or constant voltage charging method according to the battery charge. The charging process was performed by comparing the current and voltage with the references values using their feedback and adjusting the signal width modulation duty ratio. The charging process continued until the electrical vehicle batteries dropped below the threshold current value. The system was programmed to terminate the charging process when the battery temperature exceeded 55oC. In addition, changes in the system parameters were displayed by using a 2x16 liquid crystal screen. 

Keywords

• PV Module
• Microcontroller
• DC-DC Converter
• Gel Battery
• Charging Station

Elektrikli Araçlar İçin Akıllı Hibrit Şarj İstasyonu Örneği

Abstract

Bu çalışmada, yenilenebilir enerji kaynağı olan güneş enerjisi kullanılarak Elektrikli Araçlar için akıllı hibrit şarj istasyonu tasarlanması hedeflenmiştir. Tasarlanan sistem, şarj istasyonu, fotovoltaik modül, akıllı inverter, depolama birimi, doğru akım-doğru akım düşüren tip dönüştürücü ve mikrodenetleyiciden oluşmaktadır. Şarj işleminde enerji öncelikle fotovoltaik modüllerden, yetersiz olması durumunda depolama biriminden, her iki kaynağın yetersiz olması ya da depolama birimindeki akülere aşırı yük bindiğinde, şebeke tarafından beslenecek şekilde akıllı inverter ayarları yapılmıştır. Akım ve gerilim kontrolü için mikrodenetleyicinin sinyal genişlik modülasyonu çıkışı ve doğru akım-doğru akım düşüren tip dönüştürücü kullanılmıştır. Dönüştürücünün parametreleri hesaplanarak Matlab/Simulink ile simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Hesaplanan değerlerin, yapılan simülasyon ile uyumu dikkate alınarak dönüştürücü devresi tasarlanmıştır. Akü doluluk durumuna göre sabit akım ya da sabit gerilim şarj modu seçilerek elektrikli araç aküleri kontrollü olarak şarj edilmiştir Akım ve gerilim, geri beslemeleri kullanılarak referans değerlerle karşılaştırılıp sinyal genişlik modülasyonu görev oranının ayarlanması ile şarj işlemi yapılmıştır. Elektrikli araç aküleri, eşik akım değerinin altına düşünceye kadar şarj işlemine devam edilmiştir. Akü sıcaklığı 55°C’yi geçtiğinde şarj işlemini sonlandıracak şekilde sistem programlanmıştır. Ayrıca sistem parametrelerindeki değişiklikler 2x16 likit kristal ekran kullanılarak görüntülenmiştir.

Keywords

• PV Modül
• Mikrodenetleyici
• DA-DA Dönüştürücü
• Jel Akü
• Şarj İstasyonu

References

1. Liu, K., & Makaran, J. (2009). Design of a solar powered battery charger. 2009 IEEE Electrical Power & Energy Conference (EPEC).
2. Altanneh, N., (2012). Güneş pili ve hidrojen yakıt pilinden beslenen küçük bir elektrikli araç için batarya şarj sistemi tasarımı ve gerçekleştirilmesi. Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
3. Arancibia, A., & Strunz, K. (2012). Modeling of an electric vehicle charging station for fast DC charging. 2012 IEEE International Electric Vehicle Conference.
4. Atasorkun, M., (2015). Rüzgar ve güneş enerjisi için akıllı şarj kontrol ünitesi tasarımı. Yüksek Lisans Tezi, Ordu Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ordu.
5. Mouli, G. C., Bauer, P., & Zeman, M., (2016). System design for a solar powered electric vehicle charging station for workplaces. Applied Energy, 168, 434-443.
6. Güleç, H. G., (2017). Fotovoltaik Uygulamalarda Arduino Kontrollü Batarya Şarj Uygulaması. Yüksek Lisans Tezi. Karabük Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük.
7. Yüzer, E. Ö., Erduman, A., & Durusu, A., (2018). Hibrit Yenilenebilir Enerji Sistemleri İçin Şarj Regülâtörü Tasarımı. Erzincan Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 11(1), 47-57.
8. Jadhav, S., Devdas, N., Nisar, S., & Bajpai, V. (2018). Bidirectional DC-DC converter in solar PV system for battery charging application. International Conference on Smart City and Emerging Technology (ICSCET).

9. Çiçek, A., & Erdinç, O., (2019). PV-Batarya Hibrit Sistemi İçeren Elektrikli Araç Otoparkının Şarj Yönetimi. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi(15), 466-474.
10. Kılıç, E., (2019). DA-DA Yükselten Dönüştürücü ile Elektrikli Araç Batarya Şarj Cihazı Tasarımı. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 22(4), 281-287.
11. Akdeniz, H. Y., (2019). Arduino tabanlı MPPT solar şarj kontrolörü tasarımı ve uygulaması. Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. Afyon.
12. Yurdakul, H., Delitay, E. C., Akyazı, Ö., & Şahin, E., Technology. (2020). Güneş Enerjisi Sistemleri için Arduino Tabanlı Matlab/Simulink Programı Üzerinden Denetlenen Akü Şarj Ünitesi Tasarımı ve Uygulaması.Journal of Investigations on Engineering, 3(1), 17-22.
13. Şenkardeşler, F. R. A., (2021). Sürdürülebilir Büyümede Enerjinin Rolü: Türkiye’nin Kaynak Bolluğu-Enerji Kıtlığı Paradoksu.Maliye ve Finans Yazıları(Özel Sayı 2), 145-172.
14. Adıyaman, Ç., (2012). Türkiye'nin yenilenebilir enerji politikaları. Yüksek Lisans Tezi. Niğde Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü. Niğde.
15. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, (2021). Güneş. https://enerji.gov.tr/eigm-yenilenebilir-enerji-kaynaklar-gunes. (Erişim Tarihi:10.06.2021).
16. Bayrak, G., & Cebeci, M., (2012). 3.6 kW gücündeki fotovoltaik generatörünmatlab simulink ile modellenmesi. Erciyes Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fen Bilimleri Dergisi, 28(3), 198-204.
17. Çelebi, G., (2002). Bina Düşey Kabuğunda Fotovoltaik Panellerin Kullanim İlkeleri. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 17(3), 17-33.
18. Akcan, E., Kuncan, M., & Minaz, M. R., (2020). PVsyst yazılımı ile 30 kw şebekeye bağlı fotovoltaik sistemin modellenmesi ve simülasyonu. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, (18), 248-261.
19. AlRashidi, M., El-Naggar, K., & AlHajri, M., (2013). Parameters estimation of double diode solar cell model. International Journal of Electrical, 7(2), 118-121.
20. Şentürk, A., (2018). Fotovoltaik modüllerin akım-gerilim eğrilerinin simülasyonunda kullanılacak olan yöntemin seçimi. Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 20(1), 341-354.
21. Özçalık, H. R., Yılmaz, S., & Kılıç, E., (2013). Güneş Pilinin Bir Diyotlu Eşdeğer Devre Yardımıyla Matematiksel Modelinin Çıkartılması ve Parametrelerinin İncelenmesi.Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 16(1), 23-29.
22. Singhal, A. K., & Narvey, R., (2011). PSIM and MATLAB based simulation of PV array for enhance the performance by using MPPT algorithm. International Journal of Electrical Engineering, 4(5), 511-520.
23. Skvarenina, T. L. (2018). The power electronics handbook. CRC press. Boca Raton London New York Washington, D.C. 664.
24. Aqeel, A., (2018). Introduction to Arduino Uno. https://www.theengineeringprojects.com/ 2018/06/introduction-to-arduino-uno.html. (Erişim Tarihi:22.06.2021).