Hibrit araçlarda elektrik motoru denetimi

Abstract

Otomotiv teknolojilerinde enerjinin verimli kullanılabilirliği ve temiz enerji kaynakları arayışları paralelinde, hibrit elektrikli araçlara olan ilgi hızlı bir şekilde artmıştır. Bölgenin yol koşulları incelenerek uygun sistem yapılandırması seçilirse, hibrit elektrikli araçlar konvansiyonel araçlara göre yakıt tüketimi ve emisyon değerleri bakımından daha başarılı olmaktadırlar.Bu tezde, hibrit bir aracın elektrik motorunun MATLAB ortamında modelleme ve denetimi yapılarak, hibrit ve yalnız içten yanmalı motorlu çalışmalardaki yakıt tüketimlerinin simülasyon sonuçlarına göre karşılaştırılması amaçlanmıştır.Tezde ön bilgi olarak hibrit araçların tarihçesi, genel hibrit yapıları ve seri üretimi yapılan bazı hibrit araçlar, elektrik motorları, batarya modelleri ve hibrit araçlardaki transmisyon sistemleri özetlenmiştir. Asıl çalışmada ise model olarak içten yanmalı motor ve elektrik motorunun aynı şaftı paralel olarak sürdüğü bir sistem ele alınmıştır. Batarya olarak Li-ion batarya, elektrik motoru olarak da bir asenkron motor kullanılmıştır. Jeneratör olarak başka makine kullanılmamış, aynı asenkron motor jeneratör modunda çalıştırılarak normal bir araçta frenleme sırasında kaybolan enerjinin bir kısmı geri kazanılmıştır. Asenkron motor denetim yöntemi olarak, alan yönlendirmeli denetim kullanılmıştır. Araç üzerindeki sürtünme ve yol eğiminden gelen kuvvetlerin motora yansıması ve motor torkunun tekerlerde kuvvete dönüşme ilişkisi modellenmiştir. Ayrıca yakıt tasarrufunu ölçmek için batarya şarj durumundaki değişikliğin yakıt karşılığının hesaplanması ile, belli başlı yol ve hız değişimi şartlarında enerji geri kazanımının başarı ölçütleri hakkında bazı tespitlerde bulunulmuştur. Yalnız içten yanmalı motor kullanıldığı durumun simülasyonunda aracın daha hafif olduğu unutulmamış, yakıt tüketimi karşılaştırmasının gerçekçi olmasına dikkat edilmiştir.Sonuç olarak, modellenen hibrit araç üzerinde hem tekrarlanan dur-kalk, hem de yokuş çıkış-iniş şartlarında önemli oranda yakıt tasarrufu sağlanmıştır. Asenkron motorun alan yönlendirmeli denetiminde kullanılan mıknatıslanma akımı değerinin de enerji geri kazanım oranını önemli ölçüde etkilediği fark edilmiştir.Anahtar Kelimeler : Hibrit Elektrikli Araçlar, Elektrikli Araçlarda Motor Kontrolü, Paralel Hibrit Araçlar.

The interest for hybrid electric vehicles has increased rapidly in automotive technologies in parallel to the search for usage of efficient energy and availability of clean energy resources. If the appropriate system configuration is selected by examining the road conditions of the region, hybrid electric vehicles are more successful comparing to conventional vehicles in terms of fuel consumption and emissions.By modeling and controlling a hybrid vehicle's electric motor in MATLAB environment in this thesis, it is aimed to compare the fuel consumption of hybrid operation with that of only the internal combustion engine operation according to the simulation results.The history of hybrid vehicles, general hybrid structures, some mass production hybrid vehicles, electric motors, battery models and transmission systems in hybrid vehicles have been summarized in the thesis as background knowledge. A system that modeled for internal combustion engine and electric motor driving the same shaft in parallel has been considered in the main study. Li-ion battery and an induction motor have been used as battery and electric motor. No other machine is used as a generator; by operating the same induction motor in generating mode, the lost energy is partly recovered during braking of a normal vehicle. Field oriented control is used as the induction motor control method. The relations about how the friction and road slope forces on the vehicle are seen by the motor and transformations of the motor torque into the force in the wheels have been modeled. In addition, some determinations have been carried out about the calculation of equivalent fuel consumption of the change in the state of the battery charge and success criterion of energy recovery in common road and velocity change conditions. It is remembered that the vehicle weight is lighter in the simulation of internal combustion engine alone for careful and realistic fuel consumption comparisons.Consequently, fuel consumption is reduced significantly both in repeated start-stop and uphill-downhill conditions on the modeled hybrid vehicle. It is also noticed that the magnetizing current value of the induction motor used in field oriented control significantly affects the energy recovery rate.Keywords: Hybrid Electric Vehicles (HEVs), Electric Vehicles Motor Control, Parallel Hybrid Vehicles.