Seri hibrit elektrikli bir binek aracın enerji yönetimi kontrol stratejileri uygulanarak yakıt sarfiyatı optimizasyonu

Abstract

Doğanın egzoz emisyonları ile kirletilmesi, enerji ihtiyacının artmasına karşın fosil kaynakların sınırlı olması ve gün geçtikçe bu kaynakların azalması günümüzün en önemli problemlerinden sadece birkaçıdır. Bu sebeplerden dolayı otomotiv sektörü alternatif tahrik sistemlerine yöneldiğinden elektrikli ve hibrit araç teknolojileri yeniden önem kazanmıştır. Hibrit ve elektrikli araçların en önemli çalışma alanlarından birisi ise sistemde barındırdığı güç kaynaklarının verimli bir şekilde kontrol edilmesi ve yakıt ekonomisinin artırılmasıdır. Bu tez çalışmasında seri hibrit elektrikli bir binek aracın sahip olduğu içten yanmalı motor ve batarya enerjilerinin en verimli şekilde yönetilmesine dair kontrol stratejilerinin uygulanması ile içten yanmalı motora ait tork ve açısal hız parametrelerinin optimize edilerek en iyi yakıt sarfiyatına ulaşılması hedeflenmektedir. Buna yönelik Matlab Simulink ortamında bir seri hibrit elektrikli araç modellenmiş ve bu aracın sahip olması gereken kontrol stratejileri uygulanmıştır. Araç bataryasının hangi şarj durumu seviyesinde jeneratörün devreye girmesi gerektiği analiz edilmiştir. Matlab Simulink’te kural bazlı optimizasyon ve dinamik programlama yöntemleri ile içten yanmalı motorun tork ve açısal hız parametreleri optimize edilerek minimum yakıt sarfiyatı sağlanmıştır. Sonuç olarak aracın batarya şarj durumunun %60 seviyesinde iken bataryanın şarj koruma moduna geçmesinin uygun olduğu sonucuna varılmıştır. NEDC çevrimi için yakıt sarfiyatı, değiştirilen şarj durumu seviyesi ve dinamik programlama yöntemi ile %1,45 oranında azalırken USA City II çevriminde bu oran %1,78’i bulmuştur.

Pollution of nature with exhaust emissions, limited fossil resources despite the increase in energy need and the decrease of these resources day by day are just a few of the most important problems of today. For these reasons, electric and hybrid vehicle technologies have gained importance again as the automotive industry turns to alternative drive systems. One of the most important working areas of hybrid and electric vehicles is to efficiently control the power sources in the system and to increase fuel economy. In this thesis, it is aimed to achieve the best fuel consumption by optimizing the torque and angular velocity parameters of the internal combustion engine by applying control strategies for the most efficient management of the internal combustion engine and battery energies of a serial hybrid electric passenger vehicle. For this purpose, a series of hybrid electric vehicles were modeled in the Matlab Simulink environment and the control strategies that this vehicle should have were applied. At what level of charge of the vehicle battery, the generator should be activated has been analyzed. In Matlab Simulink, minimum fuel consumption is achieved by optimizing the torque and angular velocity parameters of the internal combustion engine with rule-based optimization and dynamic programming methods. As a result, it has been concluded that it is appropriate for the battery to switch to the charge protection mode when the battery charge state of the vehicle is at 60%. While fuel consumption for the NEDC cycle decreased by 1.45% with the changed state of charge and dynamic programming method, this rate reached 1.78% in the USA City II cycle.