Kinetik enerji geri kazanım sistemi tasarımı

Abstract

Yenilenebilir enerji kaynaklarının önem kazandığı günümüzde daha yüksek verimliliğe sahip sistemlerin geliştirilmesi üzerine birçok çalışma yapılmaktadır. Taşıtlarda hibrit sistemler öne çıkmakta ancak daha yaygın kullanım için maliyetlerde önemli düşüşler ve yakıt ekonomisinde daha fazla artışa ihtiyaç duyulmaktadır. Düşük maliyetli hibrit sistemlere bir alternatif de volanda enerji depolama yöntemidir. Özellikle hızlı doldurma ve boşaltma performansı sayesinde frenleme enerjisi geri kazanım konusunda başarılı olan bu sistemin birincil güç kaynağı olarak kullanılmasının önünde teknik sorunlar bulunmakta fakat hibrit yapılarda önemli avantajlar sağlamaktadır. Yüksek teknoloji kompozit yapı ve manyetik yataklama sistemleri sayesinde volanlar günümüzde daha yüksek dönüş hızlarına çıkabilmekte ve yüksek güç/ağırlık oranları ile diğer hibrit sistemlere göre güçlü bir alternatif olmaktadır. Çalışmada volanlı frenleme enerjisi geri kazanım sisteminin askeri araç uygulaması, volan boyutlandırılması, tahrik sistemi seçimi ve genel sistem tasarımı üzerine yoğunlaşılmıştır. Yapılan hesaplamalar ve topoloji optimizasyonu çalışmaları yardımıyla volan geometrisi oluşturulmuştur. Adams/Car programında dinamik araç modeli oluşturulmuştur. Matlab/Simulink programında volana etki eden direnç kuvvetlerini de içeren volan matematik modeli oluşturulmuş ve çalışma modları tanımlanmıştır. Adams/Car ve Matlab/Simulink programları birlikte çalıştırılarak eş zamanlı analizler yapılmıştır. Frenleme, hızlanma ve standart sürüş profili gibi çeşitli sürüş koşullarında sistem performansı analiz edilmiştir. En iyileme süreçlerinin de kullanıldığı bu analizler sonucunda elde edilen kinetik enerji geri kazanım sistemi ile 4x4 askeri araçta performansında herhangi bir kayıp olmadan %40'lara varan enerji tasarrufu sağlanabileceği görülmüştür.

Nowadays, renewable energy sources are gaining importance and many studies are being carried out on the development of higher efficiency systems. Hybrid systems stand out in vehicles, but significant reductions in costs and greater fuel economy are needed for more widespread use. An alternative to low-cost hybrid systems is the flywheel energy storage method. This system, which has been successful in recovering braking energy due to its fast charging and discharging performance, has technical problems in using it as the primary power source, but provides significant advantages in hybrid structures. Due to the high-tech composite structure and magnetic bearing systems, flywheels can now reach higher rotational speeds and become a powerful alternative to other hybrid systems with high power / weight ratios.In this study, military vehicle application of flywheel braking energy recovery system, flywheel sizing, drive system selection and general system design are focused on. Flywheel geometry was created with the help of calculations and topology optimization studies. A dynamic vehicle model was created in Adams / Car program. In Matlab / Simulink program, flywheel mathematical model including resistance forces acting on flywheel was created and operating modes were defined. Adams / Car and Matlab / Simulink programs were run together and simultaneous analyzes were performed. System performance has been analyzed under various driving conditions such as braking, acceleration and standard driving profile. As a result of these analyzes, where the optimization processes are also used, it is observed that the kinetic energy recovery system can save up to 40% energy in a 4x4 military vehicle without any loss in performance.