Elektrikli araçların modellenmesi
Bir hibrid elektrikli araç tasarlanılırken iki seçenek mevcuttur. Bunlardan ilki var olan bir araç modelinin, yardımcı bir güç kaynağı ve donanımı ile hibride dönüştürülmesi, diğeri ise, en baştan aracın hibrid olarak çalışacak şekilde tasarlanması seçeneğidir. Bir hibrid elektrikli araç tasarlanılırken ana hedefler aşağıda sırası ile verilmiştir.
– Yakıt ekonomisi,
– Düşük emisyon,
– Düşük maliyet,
– Bakım masraflarının az olması,
– Sürüş konforu ve yüksek sürüş performansı,
– Güvenilirlik
Eğer hibrid araç baştan tasarlanılıyor ise, güç organlarının dizilişi ve birleri ile bağlantı şekli, batarya, elektrik motoru ve içten yanmalı motorun boyutlarının seçilmesi için çeşitli optimizasyon çalışmalarının yapılması gerekmektedir. Hibrid araç bileşen seçimi ve güç yönetim stratejileri belirleniyorken dikkat edilmesi ve hesaplarda göz önüne alınması gereken en önemli hususlar aşağıda verilmiştir.
– Hibrid araç, asgari şart olarak konvansiyonel araçtan beklenilen tüm performans isteklerini karşılayabilmelidir.
– İçten yanmalı motorlar dinamik yüklerde geçiş bölgelerinde çok daha fazla yakıt tükettiği ve kirletici gaz ürettiği için bu bölgelerde mümkün olduğunda az çalıştırılmalıdır.
– Batarya teknolojileri göz önüne alındığında, bataryaların işletme ömrü, batarya yönetiminde bağlı olarak az olduğundan, mümkün olduğunca anlık batarya kullanımından sakınılmalıdır. Batarya sıcaklığı, ortam sıcaklığı, şarj derinliği dikkate alınmalı ve iyi bir batarya yönetimi algoritması kullanılmalıdır.
– İYM’nin hareket sağlamadığı durumlarda, eğer İYM kapatılacak ise, katalitik konvertör ve motor sıcaklıkları hesaba katılmalıdır.
Hibrid elektrikli araçlarda, öncelikle güç ve güç aktarma organlarının hedeflenen amaçlar dahilinde en iyi bölgelerde çalıştırılması ön planda olduğu için, verilen bir çevrim için aracın güç ihtiyacının belirlenmesi gerekmektedir. Öncelikle boyuna bir araç modeli kurularak güç ve güç aktarma organlarının davranışları hesaplanabilir. Boyuna araç modeli nedensellik ilkesine göre iki şekilde kurulabilmektedir. İlk yöntem geri akış yöntemi olarak adlandırılmaktadır. Hız profili belirli olduğundan, hız profiline karşılık gelen araç yükleri hesaplanılarak, tekerlekten başlayarak güç aktarma organları üzerinden güç kaynaklarının vermesi gereken tork ve güç miktarı ile devirleri hesaplanılabilmektedir.
İleri akış yöntemi kullanılan modelde ise mutlaka güç sistemlerini kumanda eden bir sürücü modeli kullanılmaktadır. Sürücü genellikle bir oransal-integral (PI) kontrolcü yardımı ile modellenir. Sürücü modeli kendisine verilen hız profilini takip etmek amacıyla, gaz, fren ve kavrama pedallarını kontrol ederek gerçekleşen hız ile verilen hız arasındaki hatayı azaltmaya çalışır.
Geri akışlı model göreceli olarak daha basit olduğundan optimizasyon çalışmaları için daha uygundur. Hibrid elektrikli aracın yanal dinamiği ve kararlılığını incelemek amacıyla, detaylı bir tekerlek modelini içeren model kurulmuştur. Kurulan model içerisinde, tekerlek dinamiği, dişli kutusu ve diferansiyel, içten yanmalı motor, elektrik motoru ve batarya modeli blokları kurulmuştur. Hız profilinden yola çıkarak araca etki eden yuvarlanma, aero-dinamik, yokuş ve ivmelenme dirençleri uygun denklemler yardımı ile hesaplanmaktadır.
Kaynak: Ali Boyalı’nın Mayıs 2008’de İstanbul Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü’ne sunduğu “Hibrid Elektrikli Yol Taşıtlarının Modellenmesi ve Kontrolü” konulu doktora tez çalışmasından derlenmiştir.
