Parallel hybrid karting vehicle modelling and control

Abstract

Hibrid Elektrikli Vasıtalarda (HEV), enerji elektrik motoru ile içten yanmalı motor arasında paylaştırılır. Daha verimli bir enerji yönetimi için, sisteme uygun geliştirilmiş kontrol algoritması gerekir, bu kontrol algoritması da makul bir şekilde oluşturulmuş bir donanım modeli ile geliştirilip, gerçekleştirilerek doğrulanması gerekir. Etkili bir hibrid araç enerji yönetimi, akaryakıt tüketimini veya emisyonu azaltmaktadır. Bu çalışmada geliştirilecek olan kontrol algoritmaları kural tabanlı kontrol olan sonlu makine kontrol, şarj devamlılıklı kontrol ve de optimum kontroldür. Bu çalışmanınn ana fikri gereğince sadece elektrik motorunun kontrolü ile geleneksel bir araç hibrid paralel araca dönüştürüleceğinden, geliştirilen kontrol algoritmaları elektrik motoru kontrolünde uygulanmaktadır. Bu çalışmada hedeflenen, frenleme anında aracın kinetik enerjisini yüksek verimle batarylarda depolayabilmek ve bu geri kazandırılabilen enerji ile sonraki hızlanma anlarında aracın gücünü destekleyebilmektir. Aracın tam bir modeli ticari olarak kullanıma açık olan MATLAB/Simulink kullanılarak çıkarılmıştır. Buna ilaveten, birtest düzeneği simulasyon sonuçlarının validasyonu için kurulmuştur. Hibrid araç için gerekli batarya grubu ucuz ve dayanıklı olan kurşun asidi batarya ile yüksek enerji depolama elemanları olan üstün kapasitör modulü seçilmiştir. Bu batarya gruplarının performansları, yukarıda verilen kontrol algoritmaları ile beraber değerlendirilip karşılaştırılmıştır.

Hybrid Electric Vehicles (HEVs) utilize energy both from internal combustion engine and an electric drive system. For an efficient energy management between two different power sources, an effective control strategy is needed. A governing algorithm is required which is developed and verified by using a lab scale plant model that is verified by sample plant simulations. An effective energy management can minimize fuel consumption and reduce emissions. The algorithm that is developed in this study consists of a finite state machine and a charge depleting control, which are mainly based on some rules and an optimal control strategy. The work involves integration of a secondary power source on an existing karting vehicle. The goal is to efficiently capture the released energy during the braking period and utilize this energy to supplement power need during acceleration. A full model of the system has been constructed using the commercially available code MATLAB/Simulink. In addition, an experimental test system has been constructed to validate modeling and simulation work. Two different power storage alternatives have been simulated and tested to determine mostefficient and economically advantageous configuration. Lead acid batteries provided low cost and robustness at the expense of extra weight. Ultracapacitor storage elements have been also studied to determine level of system efficiency gains due to light weight and rapid charge/discharge characteristics at the expense of extra cost. Furthermore, their performances on different control algorithms are compared and discussed.