Iec 62752 Standardına Uygun (30 Ma Aa, 6 Ma Da) Kaçak Akım Sensörü Tasarımı Ve Gerçekleştirilmesi

Abstract

Artan elektrikli araç kullanımı ile şarj istasyonu altyapısı da genişlemiş, bunun neticesinde DA ve AA şarj istasyonlarının da yaygınlaşması gözlenmektedir. DA istasyonlar teknolojik olarak daha üst düzeyde cihazlar olmakla birlikte AA istasyonların görece daha düşük teknolojide yapılara sahip oldukları kabul edilmektedir. Temelde akım akan tüm iletkenlerin bağlantısını kesen bir röle ve kontrol pilot adı verilen sinyalden oluşan AA şarj istasyonları (ya da ekipmanları) aynı zamanda standartlar gereği bir de kaçak akım sensörü barındırmaktadırlar. Bu kaçak akım sensörleri 30 mA AA, 6 mA DA ve üzeri kaçak akım aktığında şebekenin araçla bağlantısını kesecek şekilde işleve sahiptirler. Bu kaçak akımları algılayabilmek için flux-gate tipi sensörler kullanılabilmektedir. Bu donanımlar yüksek lineerlik, yüksek hassasiyet ve doğruluk ile ölçüm yapabilmelerine karşın yüksek akım tüketimine de sahiptirler. Temelde doyumlu bir endüktansın toroidal bir manyetik çekirdek üzerine yerleştirilmesi ve bir sinyal işleme devresinden oluşmaktadırlar. Kaçak akım sensörünün en önemli özelliği düşük satürasyon akımı, düşük endüktans ve yüksek geçirgenlik ve küçük hacimli boyuta sahip olmalarıdır. Özellike nano-kristalin yumuşak çekirdek materyali çok yüksek geçirgenliğe ve düşük güç kaybına sahip olduğu için flux-gate tipi sensörler öne çıkmaktadır. Elektrikli araç şarj sistemleri için zorunlu olan kaçak akım sensörleri pazarda kolaylıkla bulunamamakta ve fiyatları toplam elektronik bileşen fiyatının %30-35?ine denk gelmektedir. Gerek maliyeti gerekse de zorunluluğu sebebiyle büyük üreticiler dışında pazara kaçak akım sensörü sunulmamaktadır. LEM, KEMET, Bender, Delphi ve Çin menşeili üreticiler dışında ihtiyacı karşılayacak ürün temin etmek zor bir süreç olarak öne çıkmaktadır. Proje kapsamında ise IEC 62752 standartlarını sağlayabilen ve 30 mA AA, 6 mA DA kaçak akımı tespit ederek şarj devresine kesme sinyali üretebilen bir sensör tasarlanarak imal edilmiştir. Pazarda yer alan dört adet ürün temin edilerek tersine mühendislik çalışmaları yapılarak literatür detaylıca incelenmiştir. Literatürde ve pazarda farklı tipte algılama devreleri görülmüştür. Çoğunlukla firmaların kendi çiplerini tasarlaması sebebiyle uygun bir toroid tasarımı ve gelişmiş bir sinyal işleme devresine olan ihtiyaç tespit edilmiştir. Bu sebeple proje kapsamında kendinden osilasyonlu bir devreye sahip, yüksek hassasiyetli ve akan akımdaki dengesizlikleri tespit eden bir osilatör devresine sahip bir sensör geliştirilmiştir. Toroid tasarımı ANSYS Maxwell ile geliştirilmiş ve sonlu elemanlar analizi ile toroidin uygun B-H eğrisine ve endüktans değerine sahip olup olmadığı analiz edilmiştir. Sinyal işleme devresi için mikroişlemciye sahip bir osilatör devre tasarlanmıştır. Geliştirilen sensör elektrikli araç şarj ünitesi geliştiren bir yerli firmanın donanımına entegre edilerek gerçek bir araç üzerinde test edilmiştir. Testler sonucunda 6 mA DA, 30 mA AA kaçak akım uygulanarak geliştirilen sistem doğrulanmıştır.