Geri Dön

Elektrikli traktör batarya soğutma sisteminin kontrolü

Electric tractor battery cooling system control

PDF İndir

  1. Tez No: 953224
  2. Yazar: YALÇIN KUŞ
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. ZEKİ YAĞIZ BAYRAKTAROĞLU
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Sistem Dinamiği ve Kontrol Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 103

Özet

Fosil yakıt kaynaklarının kullanımı sonrasında oluşan emisyonlar sera etkisi oluşturarak küresel ısınma ve iklimlerin bozulmasına, solunması durumunda insan sağlığında bozulmaya neden olmaktadır ve doğada yaşayan diğer canlıları olumsuz etkilemektedir. Otomotiv sektöründe kullanılan içten yanmalı motor ve emisyon sistemleri geliştirilerek emisyon seviyelerinin şartnameleri sağlayacak şekilde azaltılması sağlanmaktadır, ancak artan araç sayıları ve emisyon salınımlarının sürekliliği problemin devam etmesine neden olmaktadır. Elektrikli araçlar, fosil yakıtla çalışan araçların ürettiği egzoz emisyon salınımlarının sıfırlanması konusunda önemli bir gelişme olup kullanımı gün geçtikçe artmaktadır. Elektrikli araçlara enerji sağlayan bataryaların verimli çalışabilmeleri için kullanımları sırasında uygun sıcaklık aralıklarında olmaları gerekmektedir. Uygun olmayan yüksek veya düşük sıcaklık değerleri bataryalar için verim kaybı oluşturmaktadır. Ayrıca yüksek sıcaklıklar güvenlik riskine neden olmaktadır, bu nedenle bataryanın uygun sıcaklık aralığında tutulması için batarya termal yönetim sistemi kullanılmaktadır. Bu çalışmada elektrikli traktör batarya paketinin soğutulması için kullanılan bir buhar sıkıştırmalı soğutma sisteminin kontrol edilmesi ve kontrol biçiminin sistemin enerji tüketimine etkisi Matlab®-Simulink programında ve deneysel olarak araştırılmıştır. Simülasyon çalışmaları kapsamında öncelikle buhar sıkıştırmalı soğutma sistemini oluşturan bileşenler Simulink programı kullanılarak bilgisayar ortamına aktarılmıştır. Benzetimleri tamamlan alt bileşenler batarya soğutma sistemini oluşturacak şekilde birleştirilerek traktör üzerindeki soğutma sistemi bilgisayar ortamında oluşturulmuştur. Oluşturulan modellerden elde edilen sonuçlar ile deneysel çalışmalardan elde edilen sonuçlar karşılaştırılmış ve kompresörün enerji sarfiyatları araştırılmıştır. Kontrol çalışmaları kapsamında on-off ve PI kontrolcüler kullanılarak öncelikle simülasyonlar üzerinde traktörün çalışabileceği ortam ve sıcaklıklarda bataryadaki akım değerleri dikkate alınarak kontrolcü katsayıları belirlenmiş ve kontrolcülerin sisteme etkileri gözlemlenmiştir. Daha sonra kontrolcüler deneysel çalışmaları gerçekleştirilmek üzere fiziksel traktör araç kontrol ünitesine eklenmiştir. Deneysel veriler ile simülasyon verileri karşılaştırılarak simülasyon için oluşturulan modelin deneysel sisteme benzerliği ve enerji sarfiyatları araştırılmıştır. Çalışmalarda kullanılan farklı kontrol stratejileri kapsamında aynı şartlar altında bataryanın soğutulması ve sistemin kararlı hale ulaşması sırasında sistemdeki kompresörün tükettiği enerji miktarları ölçülerek kaydedilmiştir. Daha sonra tüketilen enerji miktarları karşılaştırıldığında deneysel çalışmalardaki PI kontrol stratejisinin on-off kontrol stratejisine göre %6,6 daha az enerji tükettiği ve traktörün soğutma sistemindeki enerji tüketiminin daha verimli olmasını sağladığı görülmüştür.

Özet (Çeviri)

Emissions released after the usage of fossil fuel sources generate a greenhouse effect, causing global warming, deterioration of climates and human health in case of inhalation, also affect adversely other living creatures in nature. There is a trend towards renewable and environmentally friendly energy sources which include wind power, solar energy, ocean wave, hydropower in order to reduce effects of global warming. In the automotive industry, emission levels are reduced or restricted to meet the specification requirements by developments the internal combustion engine and emission systems technology, but the increasing number of vehicles and the continuity of emissions cause the problem to continue. Electric vehicles use only electric energy to power electric motor or motors. They are an important development in zeroing the exhaust emissions produced by fossil fuel vehicles and their usage rate is increasing day by day. In battery electric vehicles (BEV), electric energy is stored in a battery, which affects maximum electric range by its energy density and specific energy characteristics. Li-on batteries are widely used because of higher power density and lifespan in electric vehicles. In order to efficient operation of batteries, they should be in suitable temperature ranges during usage period. According to literature survey, batteries should be operated in 20-40°C temperature range and cell temperature difference should not exceed 5°C for efficient and safe operation. Inappropriate high or low temperatures cause loss of efficiency and lifecycle in the batteries. In addition, high temperatures cause safety risks, so a battery thermal management system is used to keep the battery in the appropriate temperature range. There are battery thermal management system studies which are based on liquid, air, thermoelectric, heat pipe, phase changing material as to keep battery in suitable temperature range and appropriate cell temperature difference. Energy consumption of auxiliary systems such as air conditioning, heating, radio, battery cooling systems on electric vehicle is important because their energy consumption directly affects range of vehicle, so improvements in terms of energy saving make contribution to range. In this study, a vapor compression refrigeration cycle based cooling system were controlled in the purpose of electric tractor battery pack cooling and the effect of the control type on the energy consumption of system was investigated in the Matlab®-Simulink program and experimentally. Electric tractor battery cooling system includes two cycles, one based on the vapor compression refrigeration cycle and the other based battery cooling cycle. Battery cooling cycle includes circulation pump and battery which is used for heat dissipation from battery by conditioned liquid coolant. Vapor compression refrigeration cycle includes compressor, condenser, thermostatic expansion valve and evaporator which are used for conditioning coolant temperature. Heat exchange occurs in between refrigerant and coolant in the evaporator. Within the scope of simulation studies, first of all, the components of the cooling system were transferred to the computer environment by using the Simulink program. The simulation models of sub-components such as compressor, condenser, evaporator, circulation pump and battery pack were generated by using real test data. Then generated sub-models were combined to form the electric tractor battery cooling system. In the literature studies, it is seen that battery cooling systems are controlled by compressor speed with different control strategies according to battery actual temperature or predicted temperature as input. In the same manner, electric tractor battery cooling system were controlled via compressor speed according to desired and actual battery temperature comparison with on-off and PI controllers. Within the scope of the control studies, effects of the controllers on the system were observed by using on-off and PI controllers by taking into account the current values in the battery at the environment and temperatures in which the tractor can operate. Proportional and integral terms of PI controller were investigated and determined by using simulation model generated in Matlab®-Simulink. Battery set temperature was adjusted as 25°C for on-off and PI controllers. For the on-off controller, if set temperature was adjusted as 25°C in order to keep the battery at 25°C, it would cause the battery cooling system to turn on and off continuously around that temperature. 3°C hysteresis has been added to on-off controller to prevent this problem. Physical cooling system components were assembled to electric tractor to generate experimental setup. Experiments were performed in thermal performance test room which can be conditioned to different ambient temperature and humidity levels. Thermocouples and pressure sensors were used to measure temperature and pressure of refrigerant and battery coolant at the determined inlet or outlet ports of system components, also air velocity in front of the condenser was measured by air velocity sensor. Controllers were added to the experimental tractor vehicle management unit to conduct experiments. The similarity of the model created for the simulation to the experimental system and the energy consumption were investigated by comparing the experimental data with the simulation data. On-off and PI control experiments were conducted at the ambient temperature of 38°C and 40% humidity level in the thermal performance test room while electric tractor charging. Measured temperature and pressure values over the experiment time were monitored and recorded by data logger. Also, data logger was used to record and monitor battery temperature, current, compressor speed, current and voltage by communicating with the vehicle management unit. Battery and battery coolant liquid temperatures related to experiment and simulation were examined to evaluate controller and cooling system performance. It is observed that both controllers on experiment and simulation can keep battery temperature in desired range or on set value. Also, battery cell maximum and minimum temperatures of experimental system were examined to determine whether the cooling system meets the cell temperature difference requirement. Compressor speed related to experiment and simulation results were examined to inspect compressor speed change according to battery temperature and controller reaction. Energy consumption results obtained from the simulation models were compared with the results obtained from the experimental studies and the energy consumption of the compressor in the system was investigated. The amount of energy consumed by the compressor during battery cooling and stabilization period of the system under the same conditions was measured and recorded for each control strategies. According to comparison, it is seen that the PI control strategy in the experimental studies consumes 6.6% less energy than the on-off control strategy and makes energy consumption of battery cooling system more efficient.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    335754

    Elektrikle tahrikli bir tarım traktörünün tasarım ve analizi

    Design and analysis of agricultural tractor driven with electric motor

    BELGÜTEY SAVAŞIR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İSMAİL MURAT EREKE

    ÖĞR. GÖR. ORHAN ATABAY

  2. Tez No

    768677

    Elektrikli bir karavan tasarımı ve elektronik itki kontrol sisteminin geliştirilmesi

    Design of an electric caravan and development of an electronic thrust control system

    ADEM ADATEPE

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Mekatronik MühendisliğiNecmettin Erbakan Üniversitesi

    Mekatronik Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ BARIŞ GÖKÇE

  3. Tez No

    785918

    İzmir- Küçük Menderes Ovası çiftçilerinin tarım traktörü satınalma parametrelerinin belirlenmesi ve traktör satınalma vizyonu üzerine bir araştırma

    A research on the determination of the agricultural tractor purchasing parameters and the vision of the tractor purchase of İzmir- Küçük Menderes Plain farmers'

    ABDURRAHMAN GÜNGÖR SARIBULUT

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    ZiraatAydın Adnan Menderes Üniversitesi

    Tarım Makineleri Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ YÜKSEL AYDOĞAN

  4. Tez No

    933262

    Hafif hibrit traktörlerde düşük yakıt tüketimi ve emisyon salımı için hibrit modların analizi

    Analysis of hybrid modes for low fuel consumption and emission reduction in mild hybrid tractors

    MİRAÇ ÖZTÜRK

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    Makine MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. TARKAN SANDALCI

  5. Tez No

    274696

    Bir traktör için EMC uygulaması

    EMC application for a tractor

    MUSTAFA ÇETİNEL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2010

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. OSMAN ÇEREZCİ

Geri Dön