Elektrikli araçlarda enerji depolama ve geri kazanımlı frenleme sistemlerinin incelenmesi

Abstract

Günümüzde kullanılan içten yanmalı motorlu araçlarda, frenleme sırasında aracın sahip olduğu kinetik enerji balata ve disklerde ısıya dönüştürülmektedir. Bu ısı enerjisi kaybolmaktadır. Ancak elektrikli araçlarda (EA), aracın sahip olduğu kinetik enerji elektrik motorunun generatör olarak çalıştırılmasıyla araç bataryasına depolanabilmektedir. Bu durum geri kazanımlı frenleme olarak adlandırılmaktadır. Bu çalışmada; bir EA'nın M/G (motor/generatör) ünitesinin generatör olarak kullanılmasıyla frenleme sağlanmaktadır. Aracın motor gücüyle orantılı bir şekilde geri kazanımlı frenleme kapasitesi de artmaktadır. 100 km/h hızla giden bir aracın durması için gereken enerji miktarı hesaplanmaktadır. Hesaplanan bu değer ile aracın generatör gücünün sağlayabileceği maksimum frenleme enerjisi karşılaştırılmaktadır. Bu karşılaştırmayla bir aracın sağlayabileceği maksimum geri kazanımlı frenlemenin mekanik frenlemeye oranı tespit edilmektedir. Böylece geri kazanımlı frenlemenin mekanik frenlemeye oranı yüzdesel olarak tespit edilmektedir.Çalışmada 15 farklı marka araç için hesaplamalar yapılmaktadır. Her aracın sahip olduğu kg/kW değerleri farklı olduğundan, yapabilecekleri maksimum geri kazanımlı frenleme güçleri de farklı olmaktadır. Araçların M/G gücü ve batarya şarj kapasiteleri de göz önüne alınarak, geri kazanımlı frenleme oranları tespit edilmektedir. Öncelikli olarak referans alınan 15 araca ait teknik bilgiler edinilerek değer tablosu oluşturulmaktadır. Bu araçların 100 km/h sabit hız ile ilerlerken kazandıkları kinetik enerji hesaplanarak tablo halinde verilmektedir.Kara yolları resmi web sitesinden alınan değere göre; ortalama bir aracın 100 km/h hızdan ani frenleme ile durması 4,7 saniye olarak verilmektedir [1]. Çalışmada bu değer referans olarak kabul edilmektedir. Bu değere ilave olarak, aracın 10 ve 20 saniyede durması durumları için gerekli olan frenleme güç değerlerine de yer verilmektedir. Ayrıca araçların sadece M/G ünitesi gücü ile durabilecekleri zaman değerleri de hesaplanmaktadır. Bu sayede geri kazanımlı frenleme enerjisinden en yüksek oranda faydalanmak ve araç verimliliklerinin artırılması hedeflenmektedir. Anahtar Kelimeler: Elektrikli Araç, Konvansiyonel Frenleme, Rejeneratif Frenleme.

In internal combustion engine vehicles, the kinetic energy of the vehicle is transformed to heat energy by brake discs and linings to stop the vehicle. The braking energy is wasted by brakes and decreased the vehicle efficiency. In electric vehicles (EV), the kinetic energy of the vehicle is transferred to high voltage battery pack and stored as electric energy by operating vehicle's M/G unit as generator. It is called regenerative braking.In this study, regenerative braking system is proposed to decelerate the vehicle speed by using generator unit. Regenerative braking power varies in proportion to the vehicles M/G unit power. When the M/G unit power increases the regenerative braking power is also increased.Firstly, energy of the vehicle is calculated for top speed of 100 km/h. Then calculated power value and generator power value is compared. With this comparison, the maximum regenerative braking capacity (power) with the vehicle generator unit is determined. Thus, the ratio of regenerative braking to mechanical braking is determined as a percentage. The battery charging capacities are also determinant factor for maximum regenerative braking capacity apart from the M/G unit power.Calculations are made for 15 different EV. All vehicles have different power density values (kW/kg). Therefore they have different regenerative braking capacities depending on generator and battery charge powers. The technical specifications are obtained for 15 vehicles. And energy values are calculated for a speed of 100km/h.According to highway transport service data, the average deceleration/braking time to stop the vehicle for 100 km/h is given as 4.7 seconds. This value is accepted as a reference. And braking power calculations are made considering this value. In addition to this, braking power values are calculated for different deceleration times as 10 and 20 seconds. And also the braking power is calculated in case of M/G unit usage only. In this way, it is aimed to utilize the highest level of regenerative braking energy and to increase the vehicle efficiency.Keywords: Electrical Vehicle, Conventional Braking, Regenerative Braking.