Development of electric powertrain selection algorithm for electric vehicles
Elektrikli araçlarda güç grubu seçim algoritması geliştirilmesi
- Tez No: 558858
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ÖZGÜR ÜSTÜN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 115
Özet
“Auto”ve“Mobile”kelimelerinin birleşiminden meydana gelerek isimlendirilen otomobiller; isminden de anlaşılacağı üzere insan veya hayvan gücünden faydalanmadan kendi kendine hareket edebilen, hepimizin kullandığı, günümüzde neredeyse dünyadaki insan sayısına paralel bir sayıda tercih edilen, teknolojinin gelişmesiyle birlikte gittikçe daha fazla özellikli hale gelen, kullanım açısından güncel ismiyle“Otonom Araç”sistemine doğru evrilen insanoğlunun en önemli ulaşım araçlarıdır. Herhangi bir ulaşım aracının hareket edebilmesi için gerekli enerji kaynağı ve itiş gücü, tarihsel süreç açısından incelendiğinde; rüzgar ve itiş gücü, buhar ve itiş gücü, petrolün kullanımı ve itiş gücü, elektrik enerjisinin kullanımı ve itiş gücü olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu minvalde, bir ulaşım aracının fonksiyonel aksamları, önem sırasına göre incelendiğinde güç grubu olarak ifade edilen ana aksam şüphesiz birinci sırada yer almaktadır. Araçların tarihsel bağlamda evrilme noktası da her zaman güç grubu doğrultusunda olmuştur. Ulaşım araçlarının güç grubu, itiş gücünü sağlayan motor ile kaynak açısından incelendiğinde; içten yanmalı motor & petrol ve elektrik motoru & elektrik enerjisi, neredeyse aynı dönem içerisinde geliştirilip kullanılmaya başlanmıştır. Elektrik enerjisiyle hareketini sağlayan elektrikli güç grubuna sahip elektrikli araçlar, icadının ilk yıllarında popüler hale gelmeyi başarmıştır. Ancak, bir yer altı kaynağı olan petrolün işlenmesiyle ve araçlarda kaynak olarak tercih edilmesiyle birlikte içten yanmalı motor ile itişini sağlayan güç grubuna sahip araçlar yaygın hale gelerek günümüze kadar yaygınlığını üstel olarak arttırmıştır. Dünya üzerindeki petrol rezervlerinin tükenmeye başlaması ve içten yanmalı motorların CO2 salınımlarının doğayı aşırı derecede olumsuz etkilemesi, bilim insanlarını diğer alternatiflere doğru yöneltmiştir. Bu konuyla bağlantılı olarak da son yıllarda araç güç grubu teknolojisi, hem elektrik motoruna hem de içten yanmalı motora sahip karma güç grubu sistemiyle gelişimini sürdürmüştür. Bir elektrik kaynağı olan batarya teknolojisinin gelişim sürecine paralel olarak da elektrikli güç grubuna sahip elektrikli araçlar günümüzde popülerliğini arttırmaktadır. Bu doğrultuda, güç grubu optimizasyonu sürekli devam ederken,“Elektrikli Araçlarda Güç Grubu Seçim Algoritması Geliştirilmesi”konusunda; araştırma ile bilgisayar ortamında modelleme yapılan bu yüksek lisans tez çalışmasında, detaylı bir seçim algoritması ortaya konulmuştur. Bu çalışmada, elektrikli araç tiplerinden, sadece elektrik enerjisi kaynağını kullanarak itiş gücünü sağlayan, elektrikli güç grubuna sahip araçlara yer verilmiştir. Elektrikli araçların tanıtılmasının akabinde, bir hareket söz konusu olduğundan dolayı, aracın önce dinamik davranışları incelenmiştir. Dinamik davranışların bir hareket referansına ihtiyaç duyması, araç hız profillerini modellenen sistemin olmazsa olmaz bir girdisi xxvii haline getirmiştir. Modellenen araç dinamik davranışları, seçilecek güç grubunun karşılaması gereken fiziksel bir yük haline gelmiştir. Seçilecek güç grubu için modellenen araç dinamik davranışları, nicelik açısından da gerçek bir değer ifade edebilmesi için piyasada yer alan bir marka modelin parametreleri sistem yük girdisi olarak kullanılmıştır. Karşılaması gereken fiziksel yük değeri belli olan elektrik güç grubu bileşenlerinden elektrik motoru ve elektrik enerjisi kaynağı olarak kullanılan batarya grubu, kurulan modelde denenebilmesi için nicelik olarak çalışmada paylaşıldığı üzere parametrelendirilmiştir. Bir ulaşım aracının, yapılan bu çalışma çerçevesinde değerlendirmek gerekirse bir elektrikli aracın modellenmesi hususunda; modelde bulunan donanımların veya ekipmanların modelinin hangi yöntemle oluşturulduğu büyük bir önem teşkil etmektedir. Elektrikli araçların güç grubunun seçimini konu alan bu çalışmada, temel anlamda elektrikli güç grubu bileşenlerinin modellenmesine ihtiyaç duyulduğundan dolayı bileşenlerin tamamı uygun bir şekilde modellenmiştir. Herhangi bir elektrikli ekipmanın modellenmesi farklı yöntemlerle yapılabildiğinden dolayı tercih edilen yöntem esas alınabilir. Ekipmanların matematiksel modelinin hazırlanması bahsedilen yöntemlerden bir tanesi olarak düşünülebilir. Elektrikli güç grubu bileşenlerinden olan elektrik makinaları ve enerji depolama amacıyla kullanılan batarya grubu matematiksel olarak incelenip, hazırlanan model bu yönde şekil almıştır. Bir farklı yöntem olarak da elektrik güç grubu bileşenlerinin direkt olarak elektriksel eşdeğer devrelerinin hazırlanarak modele dahil edilmesidir. Hazırlanan modelin, tüm ekipmanlar çerçevesinde değerlendirildiğinde tutarlılık teşkil etmesi açısından, matematiksel modelin tercih edilerek uygulanması çalışmanın özellikle modelleme bölümünde bir bütünlük ortaya koymuştur. Bir elektrikli aracın bilgisayar ortamında modellendiği bu çalışmada; gerçek yol koşulları, sistemin bir referans büyüklüğü olarak sistem girdisi işleviyle sisteme dahil edilmiştir. Hız profili olarak da adlandırılan referans hız bilgisi elektrikli aracın güç grubu bileşenlerinin performanslarının değerlendirilmesi noktasında büyük bir önem teşkil etmektedir. Kullanılan hız profilleri kabul görmüş olan hız profilleri içerisinden temel olarak iki farklı karakteristikte seçilmiştir. US06 olarak isimlendirilen, aracın belirli bir süre boyunca yüksek hızlarda değişken olarak seyrettiği hız profili, tercih edilen hız profillerinden birisidir. Seçilen diğer bir hız profili ise UDDS olarak adlandırılan aracın şehir içerisinde nasıl bir performans sergileyeceğini test etmeyi sağlayan, genel olarak dur-kalk karakteristiğinde seyreden şehir içi hız profilidir. Elektrik güç grubu bileşenlerinin bilgisayar ortamında modellenerek güç grubu seçim algoritmasına dahil edilmesi, çalışmanın modelleme bölümünde yer almaktadır. Elektrikli aracın güç grubuna ilave olarak aracın dinamik modeli de oluşturulmuştur. Kurulan model Matlab & Simulink'de hazırlanmış olup, simülasyon sonuçları bölümünde paylaşılan tüm simülasyon sonuçları yine aynı simülasyon yazılımından elde edilmiştir. Modelleme bölümünde yer verilen güç grubu bileşenleri ve çalışmada yer alan diğer mühim konular aşağıdaki gibidir: • Fırçalı doğru akım makinasının modellenmesi • Sincap kafesli asenkron makinanın modellenmesi • Elektrik makinalarının hız ve tork kontrol stratejileri • Lityum-İyon batarya grubunun modellenmesi • Araç dinamik davranışlarının modellenmesi xxviii • Araç hız profilleri • Simülasyon sonuçlarının ortaya konulması • Güç grubu seçimi sonuçlarının irdelenmesi • Matlab GUI ile arayüz geliştirilmesi Çalışmada ortaya konulan tüm sonuçlar, genel olarak elektrik güç grubu bileşenlerinin performanslarının görsel sonuçları olarak elde edildiğinden dolayı, görsel sonuçlara direkt olarak ulaşılabilen, kullanım kolaylığı açısından tek bir ekranda toplanabilen bir kullanıcı arayüzü oluşturabilmek amacıyla ve elektrikli araçların güç grubu seçiminin tercih edilen araç parametrelerine bağlı olarak farklı çıktılar elde edilebilmesi adına, Matlab yazılımında ilave bir arayüz geliştirilerek çalışmaya dahil edilmiştir. Tüm modelleme ve elektrikli aracın güç grubu elamanlarının seçimleri çerçevesinde, oluşturulan çalışmada; farklı hız profillerine göre bir elektrikli aracın ve güç grubunun nasıl davrandığı ortaya konulmuştur. Farklı yük karakteristiklerine göre de değer oluşturabilen model, istenilen fiziksel parametreye sahip aracın güç grubu seçimi noktasında kılavuz bir rol oynamaktadır
Özet (Çeviri)
Automobile, which is named by means of combining“Auto”and“Mobile”words, moves by itself without any help of animal or human power, is in use of all over the world, is preferred in great quantities parallel to human population on earth, has been developing with the technological advancements day by day, will become completely driverless stated in other words:“Autonomous Vehicle”, is the best important mean of transport of people. Wind power and its propulsion, steam power and its propulsion, usage of oil and its propulsion, usage of electrical power and its propulsion are main energy or power sources and propulsion systems respectively if the energy sources and propulsion systems of a transportation vehicle are investigated historically. In this manner, powertrain of a vehicle is the best important part in order of priorities due to the evolutionary process. Internal combustion engine & oil and electric motor & electrical energy are developed and used in almost same period in case of investigation of vehicle's powertrain from the point of motor and energy source. Electric vehicle, which are driven by the electric powertrain with the electric motor, was popular in the first years of its invention. However, vehicles, which are driven by a powertrain with internal combustion engine, have been becoming popular via derivation of oil and its usage until today. Scientists are in search of other energy source alternatives due to the fact that CO2 emission of internal combustion engines affects the nature negatively and oil reserves are running out of. Vehicle's powertrain technology regarding this issue, is started to be changed towards hybrid powertrain which contains both of electric motor and internal combustion engine in recent years. Electric vehicles, which have only electric motor, are getting more popular with developments about the battery technology in these days. In this case, an electric powertrain selection algorithm is revealed in detail in this post graduate thesis which is studied on the subject of“Development of Electric Powertrain Selection Algorithm for Electric Vehicles”together with comprehensive investigations about the issue and computer-aided modelling. Battery electric vehicle, powered only electric propulsion system, is investigated in this study. Vehicle dynamic behavior is firstly analyzed due to the movement of vehicle after the introduction of electric vehicle concept. Movement reference requirement of the vehicle dynamics is made drive cycles essential input for the modelled system. Modelled vehicle dynamic behavior is used as a physical load which is needed to correspond by powertrain of the vehicle to be selected. A brand's parameters in the market are used as system inputs on purpose of corresponding to real values quantitatively for the powertrain to be selected. Electric motor and electrical energy source battery group, main parts of electric powertrain, which have real xxv physical load values to be corresponded, are parametrized in order to be tried quantitatively as in the study. Components of electric powertrain are included the selection algorithm by means of modelling in a software which is called Matlab and it can be found in modelling part of this study. Modelled powertrain components in the modelling part of this study and other significant topics can be seen below: • Modelling of brushed DC machine • Modelling of squirrel cage induction machine • Speed and torque control strategies of the electrical machines • Modelling of Lithium-Ion battery pack • Modelling of vehicle dynamic behavior • Vehicle drive cycles • Revealing the Matlab simulation results • Analyzing the powertrain selection algorithm outcomes • Developing an interface via Matlab GUI An electric vehicle's and powertrain's behaviors are revealed under different drive cycle conditions within the scope of entire modelling and selection strategies in this post graduate thesis. The model, which provides also all outcomes according to different load characteristics, has a guide role in selection of electric powertrain for desired vehicle with different physical parameters.
Benzer Tezler
- Hibrit elektrikli araçlarda batarya performans ve yakıt tüketimi değerlerinin modellenmesi ve optimizasyonu
Modeling and optimization of battery performance and fuel consumption in hybrid electric vehicles
YAVUZ ERAY ALTUN
Doktora
Türkçe
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OSMAN AKIN KUTLAR
- Yakıt pilli ticari araçların modellenmesi ve verimliliğinin incelenmesi
Modeling and analysis of the efficiency of fuel cell commercial vehicles
ÖMER FARUK AKYÜNCİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZDEN AĞRA
DOÇ. DR. ALP TEKİN ERGENÇ
- 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
- Hibrid elektrikli araçlar için enerji yönetim sistemleri
Energy management system for hybrid electric vehicles
EMRE KURAL
Doktora
Türkçe
2015
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BİLİN AKSUN GÜVENÇ
- Elektrikle tahrik edilen gemi modelinin geliştirilmesi
Development of the electric ship propulsion model
MEHMET ERDOĞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGÜR ÜSTÜN