Elektrikli taşıtlar için iklimlendirme sistemlerinde performans ve enerji kullanımı açısından iyileştirme yöntemlerinin araştırılması

Abstract

Geleneksel içten yanmalı motorlu taşıtlarda taşıt kabin ısıtma ihtiyacı motor soğutma suyu atık ısısından faydalanılarak karşılanmaktadır. Ancak elektrikli taşıtlarda taşıt kabin ısıtma ihtiyacını düşük dış ortam sıcaklık değerlerinde de karşılayabilecek miktarda atık ısı kaynağı bulunmadığından dolayı elektrikli ısıtıcılar, ısı pompası sistemleri gibi farklı çalışma prensiplerine sahip çözümler geliştirilmiştir. Elektrikli ısıtıcılar hızlı ısıtma performansları göstermelerine rağmen yüksek enerji tüketimlerinden dolayı taşıtın sınırlı olan enerjisini hızlı bir şekilde tüketmekte ve taşıt menzilinde hissedilir derecede düşüşler görülmesine sebep olmaktadır. Diğer yandan hava kaynaklı ısı pompası sistemleri ise düşük dış ortam sıcaklıklarında yetersiz kalmaktadır. Bu çalışmada, bahsedilen bu olumsuzlukların iyileştirilmesine yönelik elektrikli taşıt atık enerjilerinden faydalanabilen ve ortam koşullarına göre farklı çalışma prensipleri sergileyebilen bir boyutlu yenilikçi taşıt iklimlendirme sistemi modeli geliştirilerek farklı ortam koşulları altında NEDC sürüş çevrimi çerçevesinde performans incelemeleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca geleneksel taşıt iklimlendirme sistemi elemanları kullanılarak bir boyutlu geleneksel taşıt soğutma ve ısı pompası sistemi modelleri de geliştirilmiş ve performans incelemelerine dahil edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre elektrikli taşıtların ısıtılmasında, tekil ısıtmada kullanılan elektrikli ısıtıcılara göre daha düşük seviyelerde enerji tüketen ve düşük dış ortam sıcaklıklarında da yeterli ısıtma performansı sergileyebilen, taşıt üzerindeki atık enerjilerden faydalanabilen, ısı pompası ve elektrikli ısıtıcıların birlikte kullanıldığı hibrit bir ısıtma sistemi kullanılması önerilmiştir.

In internal combustion engine vehicles, the heat demand of the vehicle is provided by utilizing the waste heat of the engine. But in electric vehicles, due to the inadequate waste heat of the vehicle, some solutions are developed such as heat pump systems. Although electrical heaters show fast warm-up performances, they consume proportionally too much energy from the limited battery capacity and cause a significant decrease in the vehicle range. On the other hand, conventional air source heat pump systems cannot satisfy the heat demand of the vehicle. In this study, to overcome the deficiencies, a one-dimensional vehicle HVAC system model was developed. This model also utilizes the waste heat of electric vehicle and was performed under the NEDC driving cycle. In addition, a one-dimensional conventional vehicle air conditioning and heat pump systems were modeled by using conventional HVAC system components. The results showed that, a hybrid heating system consists of a heat pump system and electrical heaters can be used for the heating electric vehicle cabin. The hybrid system has lower energy consumption than electrical heaters. They can provide the heat demand of the vehicle at low ambient temperature conditions and they can utilize the waste heat of the vehicle.