Bir hibrit (yakıt pilli & güneş pilli) enerjili aracın modellenmesi, simülasyonu ve prototip uygulaması
Modelling, simulating and prototype application of a hybrid (fuel cell and solar cell) energized vehicle
Yazar: TUNACAN AKFİDAN
Danışman: DOÇ. DR. MUĞDEŞEM TANRIÖVEN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektrikli araçlar = Electric vehicles ; Elektrikli araçlar = Electric vehicles ; Elektrikli ulaşım sistemleri = Electric transport systems ; Güneş enerjisi = Solar energy ; Güneş pilleri = Solar cells ; Hibrit enerji = Hybrid energy ; Hidrojen depolanması = Hydrogen storage ; Hidrojen enerjisi = Hydrogen energy ; Yakıt hücreleri = Fuel cells ; Yakıt hücreleri = Fuel cells

Özet:
Elektrikli yolcu taşıma araçları çoğunlukla havalimanlarında, halka açık alanlarda yaşlı insanları ve engelli insanları bir noktadan başka bir noktaya taşınmasında kullanılan ve genellikle uzun süre sonunda şarj olabilen batarya sistemiyle çalışan taşıtlardır. Yakıt pilli hibrid elektrikli araç projesi, hidrojenli yakıt pili sisteminin bu türden taşıtlara bir takım avantajlarla entegre edilebildiğini gösteriyor. Bu başarılı örnek projenin gelişiminin otomobil firmaları tarafından da desteklenmesi beklenmektedir.Araç üzerine ana güç ünitelerinin yerleştirildiği sınırlı alan yüzünden enerji yoğunluğu otomotiv endüstrisi için önemli bir noktadır. Bu noktada elektrikli araç teknolojisinde yakıt pili, yeniden dolum yapılana kadar daha uzun yol kat edebilme ve verimlilik gibi unsurlarla bir takım avantajları da beraberinde getiriyor. Yakıt pilleri, güneş panelleri ve bataryalarla birlikte elektrikli araçlarda birim hacimdeki güç yoğunluğunu arttırmak ve bataryalarında ömrünü uzatmak adına birincil ana güç ünitesi olarak kullanılabilir.Bu projede yolcu aracı, ana güç kaynağı olarak 2kW'lık yakıt pili ünitesine ve yardımcı güç kaynağı olarak 1.5kW'lık batarya grubuna sahiptir. Aracın motor sistemi ve diğer elektriksel donanımları için gereken enerji hidrojen kullanan yakıt pilinden sağlanmaktadır. Bataryalar maksimum 360 watt güç verebilen güneş panelleriyle şarj edilebilmektedir. Yolcu aracı çoğunlukla yakıt pili ünitesinde üretilen elektrik enerjisini kullanmaktadır. Fakat yakıt pili haricinde bataryaların da kullanıldığı bazı özel durumlar mevcuttur. Yakıt pili tarafından sağlanan enerji düşerse veya elektrik motoru 2kW'tan daha fazla bir enerjiye ihtiyaç duyarsa bataryalar ve yakıt pili birlikte enerji sağlamaktadır. Bu sayede yakıt pili yığınında oluşabilecek hasarların önüne geçilmiş olunur. Aksi halde yakıt pili yığını aşırı ısınarak tamir edilemez arızalar oluşabilir. Yakıt pili ünitesi 17 bar basınç altında toplam 5400 sl (%99.99 saflıkta) hidrojen gazı depolayabilen 6 adet metal hidrür tank ile desteklenmektedir.Bu uygulama projesinden elde edilen gerçek veriler MATLAB ortamında oluşturulmuş modelin simülasyon sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Projede kullanılan yakıt pilinin modeli durum uzay denklemleri kullanılarak, güneş panellerinin modeli ise bir çeşit iterasyon yöntemi olan Newton Raphson yöntemi kullanılarak oluşturulmuştur.

Abstract:
Passenger carts, commonly used in airports and public sites to facilitate the movement of elderly and disabled people, are generally powered by battery packs which feature a long recharging time. FC Passenger Cart prototype demonstrates that hydrogen fuel cells can be advantageously integrated into such vehicles. It is hoped to encourage the development of this successful concept by automotive companies.The energy density is very important point for automotive industry due to limited free space to mount main power units on vehicles. In this case, the fuel cell system has some important advantages to get over that issue and increase road range without refueling and efficiency of electric vehicles. Accordingly, the fuel cell system can be used as a main power unit beside batteries and solar panels to increase power capability per volume and battery life in electric vehicles.In this project, the passenger cart has 2 kW FC unit as main electrical source and also has 1.5 kW battery group as auxiliary power unit. The fuel cell unit generates electricity from the hydrogen for electrical motor and other electrical equipments of cart. Batteries can be charged by plug-in or 360 W solar panels. The passenger cart mostly uses electrical energy comes from the FC unit. But there are some special conditions to use battery group apart from FC. If the energy generated by FC drops or motor needs power instantly or more than 2 Kw, the battery group supplies the electrical motor together with FC unit. So damage to Fuel Cell Stack is prevented by means of battery group. Otherwise, it can causes excessive heat and unrepairable damage on the Fuel Cell Stack. The fuel cell unit is supplied by six metal hydride canisters that can store 5400 standard liters hydrogen gas (%99.99 purity) at 17 bar.Real time results which were obtained from hybrid car project have been compared with the simulation results of MATLAB model. The fuel cell model of the project is created by using State ? Space Method and the solar array model of the project is created by using Newton Raphson Method which is a kind of iteration.