Doğrudan metanollü yakıt piline dayalı hibrit taşıt tahrik sistemi için yarı-teorik model geliştirilmesi ve simülasyonu
Development and simulation of semi-theoretical model for hybrid vehicle powertrain system based on direct methanol fuel cell
Yazar: MUSTAFA UMUT KARAOĞLAN
Danışman: PROF. DR. NUSRET SEFA KURALAY
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Yüksek yakıt ve enerji sarfiyatının önüne geçmek ve taşıt kaynaklı egzoz emisyon değerlerin azaltılmasına yönelik çalışmalar otomotiv sektöründe önemli bir yere sahiptir. Bu amaca yönelik olarak taşıtlarda, sadece petrol türevli bir yakıtın kullanımı yerine batarya, kapasitör veya yakıt pili gibi birden fazla temiz enerji kaynağının tek başına veya birlikte kullanılabildiği elektrikli veya hibrit tahrik sistemleri geliştirilmektedir.
Bu çalışmada, doğrudan metanollü yakıt piline dayalı hibrit bir taşıt tahrik sisteminin Yarı-Teorik modeli geliştirilerek, araç için uygun hız profili ve işletme stratejisine göre bu tahrik sisteminin simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda, enerji kaynağı olarak hibrit tahrik sisteminde ele alınan batarya için matematiksel model kullanılmış, doğrudan metanollü yakıt pili için ise hem bir boyutlu yakıt pili modeli geliştirilmiş hem de deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Deney ve modeller ile belirlenen tahrik sistemi yapı elemanlarının karakteristik özelliklerine göre bir taşıt için işletme stratejisi oluşturularak yakıt pili ve batarya arasındaki çalışma ilişkisi ifade edilmiştir. Sistemin simülasyonu ile hibrit taşıtın tüm komponentlerinin çıkış parametreleri belirlenerek taşıt performansı ve bu performansa etki eden faktörler incelenmiştir. Doğrudan yakıt piline dayalı hibrit tahrik sistemi için geliştirilen yarı teorik modelin simülasyonu ile hem konvansiyonel taşıtlara göre daha çevreci ve verimli bir taşıtın çalışması ve performansı analiz edilmiş hem de teorik modele göre daha doğru, deneysel çalışmalara göre ise daha basit bir model geliştirilerek araştırmacılara sunulmuştur.

Abstract:
Studies about preventing high fuel and energy consumption and reducing the
vehicle exhaust emission values, have an important role in the automotive sector. For
this purpose, electric or hybrid powertrain systems are developed that more than one
clean energy source such as battery, capacitor or fuel cell can be used alone or in
combination in vehicles instead of using only petroleum-based fuel.
In this study, a Semi-Theoretical model of a hybrid vehicle powertrain system
based on direct methanoll fuel cell was developed and it simulated with the suitable
speed profile and operating strategy for the vehicle. In this context, a mathematical
model was used for the battery, which was considered as an energy source in the
hybrid powertrain system, and both a one-dimensional fuel cell model was developed
and experimental studies were carried out for the direct methanoll fuel cell.
According to the characteristics of constructural elements of the powertrain system
which is determined by experiments and models, the operational relationship
between fuel cell and battery is expressed by the developed operating strategy for the
vehicle. The output parameters of all components of the hybrid vehicle were
determined by the simulation of the system and the performance of the vehicle and
the factors affecting this performance were investigated. Both the operation and
performance of a more environmental and efficient vehicle compared to conventional
vehicles were analyzed with the simulation of the semi-theoretical model developed
for the hybrid powertrain system based on direct methanol fuel cell and the model
which is more accurate than the theoretical model and more simple than
experimental studies, was presented for the researchers.