Elektrikli araçlarda iklimlendirme sistemi için model öngörülü kontrolör tasarımı
Model predictive controller design for hvac system in electric vehicles
Yazar: OSMAN SEZGİN TEMEL
Danışman: DOÇ. DR. LEVENT UCUN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektrikli araçlar = Electric vehicles ; Güç tüketimi = Power consumption ; Model öngörümlü denetim = Model predictive control ; İklimlendirme sistemleri = Air conditioning systems

Özet:
Son yıllarda yenilenebilir enerjiye olan ilginin artması ve araç teknolojisindeki gelişmelerle birlikte elektrikli araç kullanımı önemli ölçüde yaygınlaşmıştır. Elektrikli araçlarda iklimlendirme sisteminin kontrolü, iyileştirilmesi gereken bir konu olup bu konu üzerine birçok çalışma yapılmaktadır. Ayrıca elektrikli araçlar, güç tüketen birçok sisteme sahip olup iklimlendirme sistemi, elektrik motorundan sonra güç tüketimini önemli ölçüde etkileyen sistemlerden biridir. Bu nedenle iklimlendirme sisteminin daha verimli bir şekilde kontrol edilmesi, elektrikli araçların menzil ve güç tüketimini de etkilemektedir. Elektrikli araçlarda güç tüketimin analizi, araçtaki mevcut sistemlerin incelenmesi ve modellenmesi ile gerçekleştirilmiştir. İklimlendirme sistemi de bu sistemlerden biri olup, elektrikli araç güç sistemi, fren sistemi ve araç dinamiği ile beraber değerlendirilmektedir.
Bu çalışmada elektrikli araçlarda bulunan iklimlendirme sistemi için Model Öngörülü Kontrolör (MPC) tasarımı ile araç kabini sıcaklık kontrolü uygulanarak kontrol performansının iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Bunun yanında elektrikli araçlarda Batarya Şarj Durumu (SOC) ve menzilin nasıl etkilendiği gözlemlenmiştir. Bu kapsamda önerilen model öngörülü kontrolör tasarımı, klasik bir Oransal-İntegral (PI) kontrolör tasarımı ile MATLAB/Simulink ortamında karşılaştırılarak benzetim çalışmaları gerçekleştirilmiş ve elde edilen sonuçlar değerlendirilmiştir.

Abstract:
In recent years, with the increasing interest in renewable energy and developments in vehicle technology, the use of electric vehicles has significantly increased. Control of the Heating, Ventilation and Air Conditioning (HVAC) system in electric vehicles is an issue that needs to be improved and many studies are being carried out on this subject. In addition, electric vehicles have many systems that consume power and the HVAC system is one of the systems that significantly affects power consumption after the electric motor. Therefore, controlling the HVAC system more efficiently also affects the range and power consumption of electric vehicles. Analysis of power consumption in electric vehicles is carried out by examining and modeling the existing systems in the vehicle. The HVAC system is one of these systems and is evaluated together with the electric vehicle power system, braking system and vehicle dynamics.
In this study, it is aimed to improve the control performance by applying temperature control in the vehicle cabin via Model Predictive Controller (MPC) design for the HVAC system in electric vehicles. Furthermore, it is observed how the Battery State of Charge (SOC) and range are affected in electric vehicles. In this context, the proposed model predictive controller design is compared with a classical Proportional-Integral (PI) controller design in a MATLAB/Simulink environment where simulation studies are performed and the results obtained are evaluated.