HEV simulation in advisor
Advisor'da hibrid elektrikli taşıt simülasyonu
- Tez No: 151578
- Danışmanlar: DOÇ.DR. DOĞAN GÜNEŞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2004
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 165
Özet
ÖZET Serbestçe dolaşım özgürlüğü günümüzde insanlar için en değerli ve keyifli özgürlükler arasında yer alır. Bu özgürlüğün en baskın yollarından biri de senelerdir süregelen otomobil kullanımıdır. Ancak otomobillerin geniş çaplı kullanımı, hava kirliliği ve doğal enerji kaynaklarında azalma gibi çevre için büyük ölçüde zararlı etkiler doğurmuştur. Kısıtlı yakıt rezervleri de ekonomik sıkıntılara yol açmış; ve hızla büyüyen ekonomik ve çevresel kaygılar daha verimli ve daha az emisyonlu taşıtları üretebilmek için yoğun çabayı gündeme getirmiştir. Hava kalitesini arttırabilmek için tek yol taşıtların oluşturduğu zararlı emisyonları azaltmaktır. Ayrıca mümkün olduğunda benzin ve dizel dışında alternatif yakıtlar kullanarak veya taşıtların çalışma verimliliğini arttırarak petrole olan bağımlılık da azaltılabilir. Ancak çevrenin korunması ve petrole bağımlılıktan kurtulabilme ile ilgili bütün önerilen çözümler serbestçe dolaşım özgürlüğünü ve konforunu kısıtlamamalıdır. Sözü geçen hedeflerin ve tasarıların gerçekleştirilmeleri oldukça zordur; ancak alternatif yakıt kaynaklarını kullanabilme, zararlı emisyonları azaltabilme ve yakıt ekonomisini iyileştirebilme özellikleriyle Hibrid Taşıtlar bütün bu problemler için oldukça ideal çözüm önerileri sunmaktadır. Hibrid taşıtlar, ayrı ayrı gerekli hareket enerjisine (kinetik enerji) dönüştürülen, iki belirli potansiyel enerji kaynağıyla çalışmaktadır. Bu enerji kaynaklan kapasitörler (elektriksel), piller (elektriksel), sıkıştırılmış sıvılar (mekanik), volan (mekanik) ve yakıt (kimyasal) gibi çeşitli şekillerde depo edilebilir. Bu enerji kaynaklan arasında dönüşümü yapan parçalar oldukça çeşitlidir. Bütün elektrik enerjisini taşıtın tekerleklerinde hareket enerjisine ve işe dönüştüren parça genellikle elektrik motorudur. Sıkıştınlmış sıvılar bir türbini döndürerek mekanik enerji oluşturabilirler. Hızla dönen bir volandaki kütlesel enerji bir jeneratör bağlanarak elektrik enerjisine çevrilebilir. Yakıt enerjisi içten yanmalı motorlar, dıştan yanmalı motorlar veya gaz türbini gibi ısı motorlarıyla mekanik enerjiye dönüştürülebilir. Ortaya çıkan bu mekanik enerji gerek duyulduğunda bir jeneratörün, ısı motorunun çıkış miline bağlanmasıyla elektrik enerjisine çevrilebilir. Yakıt enerjileri ayrıca fuelcelPler (yakıt hücreleri) vasıtasıyla doğrudan elektrik enerjisine dönüştürülebilir. xıvGünümüzde geçerli olan teknolojik bilgi ve donanımlarla, en çok kullanılan hibrid taşıt modeli Hibrid Elektrikli Taşıtlardır (HEV). Çoğu Hibrid Elektrikli Taşıtlar, tekerleklerde mekanik enerjiye dönüştürülen elektriksel enerji kaynağı olarak pilleri kullanmaktadırlar. Bu tip taşıtlarda yakıt da kullanılmakta olup, içten yanmalı bir motor vasıtasıyla tekerleklerin hareketi için mekanik enerji üretilmekte veya sonradan mekanik enerji elektrik enerjisine dönüştürülmektedir. Bu çalışmamn temel amacı, güncel olarak Türkiye'de yaygın olarak kullanılan van tiplerinden biri olan“Ford Tourneo Connect”taşıtım, Amerika'da National Renewable Energy Laboratory ve Enerji Bakanlığı'nm ortak üretimi olan Advisor simülasyon programı vasıtasıyla, Hibrid Elektrikli Taşıta dönüştürebilmek ve elde edilen sonuçlan gerçek deney sonuçlarıyla kıyaslayarak, bu dönüşüm fikrinin ve simülasyon aracının kabiliyetinin üreticiler tarafından kabul edilebilir olmasını sağlamaktır. Çalışma, Hibrid Elektrikli Taşıtlar ve modelleri hakkında geniş ve detaylı araştırma ile başlamıştır. İkinci bölümde, paralel, seri ve paralel/seri modellerinin çalışma prensipleri hakkında geniş bilgi verilmiştir. Hibrid Elektrikli Taşıtların en önemli bileşenleri ve bu bileşenlerin toplam sistem kabiliyetine etkileri incelenmiştir. Üçüncü bölümde, geleneksel bir van tipinin ve henüz üretilmemiş Hibrid Elektrikli modelinin simulasyonları için seçilmiş Advisor adlı program ve özellikleri tanıtılmıştır. Advisor' m kullanıcı için sağladığı kolaylıklar ve başlıca kabiliyetleri detaylandınlmıştır. Advisor' ı diğer taşıt simülasyon programlarından ayırt eden, geriye dönük çalışma prensibi ve bu prensibin simülasyon boyunca ilerleme metodu anlatılmıştır. Yakıt konverterinin çalışmasında Advisor' m yaptığı bazı katsayı (cold- to-hot factors) kabul ve tahminleri ve buna bağlı gerek duyulan düzeltici katsayılar örnekleriyle verilmiştir. Dördüncü bölümde Ford Tourneo Connect için ilk simülasyon gerçekleştirilmiştir. Amaç Advisor' m deneysel sonuçlara yakın sonuçlar verip veremeyeceğinin tespitidir. Simülasyonu yapılacak taşıtın Advisor tarafından istenen tüm verileri ve simülasyon için tasarlanan koşullar Matlab ortamında düzenlenmiş ve programa girilmiştir. Elde edilen simülasyon sonuçları daha sonra taşıt için önceden toplanmış gerçek deney verileri ile kıyaslanmıştır. Yakıt tüketimi, emisyon değerleri, verimlilik ile ilgili karşılaştırmalar yapılmıştır. Belirsizlikler ve hata oranlan tartışılmıştır. İvmelerime ve Yokuş Çıkma Kabiliyeti testleri gerçek deney sonuçlarına çok yakın değerler vermiştir. Emisyon simülasyon sonuçlan, deneysel sonuçlar henüz bilinmediğinden kıyaslanamamış; ancak çok belirli ve açıklayıcı tespitler ortaya XVkoymuştur. Simülasyon için kullanılan dizel moturun EURO emisyon standartlarına uygunluğu bilinmekteydi. Advisor da sadece NOx emisyonlarında ufak bir yanılma ile aynı sonucu verebilmiştir. Beşinci bölümde henüz üretilmemiş olan Ford Tourneo Connect paralel hibrid taşıt modelinin simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Ford Tourneo Connect konvansiyonel modelin fiziksel ve mekanik detayları değiştirilmeden, sadece daha küçük çaplı bir dizel motoru ve Advisor veri dosyalan içinde önceden tanımlanmış bir elektrik motoru eklenerek hibrid elektrik dönüşümü sağlanmıştır. Enerji depolama sistemi için (piller) Advisor pek çok model seçeneği sunmaktadır. Ancak Texaco Ovonic firmasının ürettiği Nickel Metal Hydride pil ünitesi sistem için uygun görülmüştür. Uygulanan SAE J1711 test prosedürü de ünitenin şarj durumunun (SOC) öngörülen testler boyunca maksimum-minimum sınırlar içinde kaldığım ve hiçbir durumda şarj durumunun gerekenden az olmadığım ispatlamıştır. Bu bölümde de paralel hibrid model için perfomans, yakıt tüketimi ve emisyon sonuçlarının elde edilebilmesi için daha önce konvansiyonel taşıt için tanımlanmış yol-zaman döngüleri kullanılmıştır. Böylece her iki taşıt modeli arasında karşılaştırma yapmak kolaylaşmıştır. Ayrıca bu testler tasarım seçenekleri üzerinde hızlı karar alabilmek açısından da oldukça yardımcıdır. Sonuç olarak bu detaylı çalışma, Advisor' m, Hibrid Elektrikli Taşıtların değerlendirilmesinde ve incelenmesinde ne derece önemli bir simülasyon aracı olduğunu ortaya koymuştur. Ayrıca Advisor aracılığıyla, ideal bir çevre için Hibrid Elektrikli Taşıtların konvansiyonel taşıtlardan çok daha vaatkar olduğu ortaya konmuştur. Ancak yine de programın bazı bilinen önemli kısıtlamaları ve zaafları mevcuttur. Bu zaaflar ve limitler son bölümde detaylı olarak dile getirilmiş ve gelişebilmesi için önerilerde bulunulmuştur. xvı
Özet (Çeviri)
SUMMARY Freedom of personal transportation is one of the most highly valued liberties enjoyed. The dominant means for this transportation has been in the form of the automobile for many years. However, the extensive use of automobiles has begun to show some environmental effects, such as poor air quality and a drain on natural energy resources. Limited fuel reserves also lead to some economic concerns and growing environmental and economic concerns have driven recent efforts to produce more fuel efficient and lower emissions vehicles. In order to improve the air quality, the amount of harmful emissions produced by automobiles must be reduced. Also the dependence on petroleum can be minimized by improving the efficiency of automobiles or by utilizing an alternative fuel where possible. Beside this fact, all these solutions considered to the environmental care and to the dependence on petroleum should not limit the freedom of transportation. These are hard challenges, but one promising solution to these problems is hybrid vehicles, which have the potential for utilizing alternative energy sources, improving fuel economy, and reducing harmful emissions. A hybrid vehicle is a vehicle with two distinct sources of potential energy that can be separately converted into useful motive (kinetic) energy. This potential energy may be stored in a number of forms including capacitors (electrical), batteries (electrical), pressurized fluids (mechanical), rotating flywheel (mechanical), and fuel (chemical). The devices for converting this potential energy vary widely. Generally, electric motors are used to convert all types of electrical energy directly into work at the wheels of the vehicle. Compressed fluid energy can be used to drive a turbine to produce mechanical energy. Rotating mass energy found in a flywheel is usually converted to electrical energy by attaching a generator mechanism. Fuel energy can be converted into mechanical energy using a number of heat engines, such as an internal combustion engine, an external combustion engine, or a gas turbine. This resulting mechanical energy is often further transformed into electrical energy, when needed, by coupling a generator to the output shaft of the heat engine. Fuel energy can also be converted directly to electrical energy with a fuel cell. XIWith the existing technology, the most common form of a hybrid passenger vehicle is that of a hybrid electric vehicle (HEV). Most existing HEVs utilize batteries for electrical energy storage, which is converted to mechanical work at the wheels of the vehicle. Fuel is also stored on-board and is usually converted through an internal combustion engine (ICE) to produce mechanical work, which can be used to drive the wheels of the vehicle or can be further converted to electrical energy. This study's main goal is to convert“Ford Tourneo Connect”, which is one of the latest types of vans used in Turkey, to a HEV through a car simulation program called Advisor (developed by NREL and Department of Energy in U.S. A) and then to evaluate the results obtained with actual figures so as to observe whether it is possible to make this idea be acceptable by the manufacturers. The thesis starts with detailed information of Hybrid Electric Vehicles and its models. Parallel, Series and Parellel/Series HEVs are defined and explained in the second chapter. Main components required for HEVs and their effects on the total system capability are given. Chapter 3 is about Advisor, which is the tool chosen to simulate both a conventional van and a Hybrid Electric van model that has not been built yet. Advisor's main features and capabilities are given with some details. Backward facing approach, which makes Advisor exceptional among the other simulation tools, and its method to proceed during the simulation are explained. Advisor assumptions on some factors (cold-to-hot factors) used in fuel converter operation and correction factors are given with examples. In the following chapter, first simulation is applied for the conventional Ford Tourneo Connect to answer whether Advisor is successful enough to reflect the experimental results. All the components and conditions' details requested for the vehicle to be created and the simulation to be set, are given to Advisor via Matlab environment. The results of the ADVISOR simulations are then explained and compared to measured vehicle data on energy consumption, fuel efficiency, and emissions output. Uncertainties in the measured data are discussed. Acceleration and Grade tests give very close results-almost same- to actual figures. Emissions results are not exactly compared with the actual results as the relevant experimental information is missing but the emissions ranges are very explanatory. The engine chosen for the simulation is known to conform to EURO standards and Advisor gives the same result except for NOx emissions. xnChapter 5 is about the simulation of Ford Tourneo Connect Hybrid Parallel model. Ford Tourneo Connect conventional is totally taken with the same physical and mechanical features and converted to a hybrid parallel vehicle with a smaller engine type and an electric motor already defined by Advisor. For the energy storage system (batteries), Advisor gives many model options but only a NiMH battery unit produced by Texaco Ovonic Company is tried. SAE J171 1 test procedure proves that the SOC (State of Charge ) is always between the limits and the unit chosen never fails during the cycle. Previous cycles chosen for the conventional model are also applied to Ford Tourneo Connect Hybrid Parallel model, in order to evaluate performance, fuel consumption and emissions parameters. These tests are also very helpful as they give to the user the ability to compare the results obtained and to make quick decisions upon the design choices. As a conclusion, this study shows that ADVISOR has an extensive value as a simulation tool for HEVs. Advisor also proves with realistic simulations that the HEVs are much more promising for the environment than conventional vehicles. However, it has some important limitations, which are also detailed in the final chapter, with recommendations for improvement. xm
Benzer Tezler
- Hibrit elektrikli hafif ticari araçta dizel motoru azotoksit (NOX) emisyonları optimizasyonu
Optimization of nitrogen oxides (NOX) emissions of a diesel engine in a hybrid electrical light commercial vehicle
SEÇKİN ALİ ERBEYLER
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. H. ERTUĞRUL ARSLAN
- Hibrit otomobil tasarımı, yenilenebilir enerji kaynaklarıyla desteklenmesi ve simülasyonu
Hybrid vehicle design, supporting renewable alternative energy sources and simulation
BURAK ATALAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ERTUĞRUL ARSLAN
- Analyzing electric vehicle diffusion scenarios for Istanbul
İstanbul için elektrikli araba yayilim senaryolarinin analizi
ÖZLEM TURAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. GÖNENÇ YÜCEL
- 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
- Parallel hybrid karting vehicle modelling and control
Paralel hibrid karting aracı modellemesi ve kontrolü
GÜLNİHAL ÇEVİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Makine MühendisliğiSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MAHMUT FARUK AKŞİT