Hibrit ve elektrikli araçlarda süperkapasitör ve lityum iyon bataryaların kontrol edilerek güç sistemlerinde kullanılması
Using supercapacitors and lithium-ion batteries in hybrid and electric vehicles power systems
Yazar: FEYYAZ ALPSALAZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ YAVUZ TÜRKAY
Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Bilimleri ve Teknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy
Dizin: Elektrikli araçlar = Electric vehicles ; Kontrol stratejileri = Control strategies

Özet:
Bu çalışmada süperkapasitör ve lityum iyon bataryaların bir arada kullanıldığı hibrit ve elektrikli araçlarda optimum batarya yönetimi, enerji yönetim ve güç dağıtım sistemlerinin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Lityum iyon akü ve süperkapasitör bataryaları içeren paralel hibrit, seri hibrit ve tam elektrikli araçlar için kural optimizasyon tabanlı yeni batarya yönetim sistemleri(BYS) ve kural optimizasyon tabanlı yeni enerji yönetim sistemleri(EYS) önerilmiştir. Önerilen BYS'lerde performans kriteri maksimum yapılırken, depolama sistemleri aşırı şarj/deşarj akımlarına karşı korunmuştur. Önerilen EYS'lerde ise araç parametrelerinin performanslarının test edilebileceği Matlab/SIMULINK tabanlı yeni bir model ile benzetim mimarisi geliştirilmiş ve bu mimari üzerinde seri hibrit, paralel hibrit ve tam elektrikli araç modeli oluşturulmuştur.

Geliştirilen araç model ve mimarilerinde enerji yönetim sistemi, süperkapasitör ve lityum iyon akü tek enerji depolama kaynağı olarak değerlendirilmiştir. BYS'nin süperkapasitör ve lityum iyon batarya arasındaki güç paylaşımı şarj yönetimi modeli ile yapılmıştır. Amerikan Kentsel Dinamometre Sürüş Standardı (UDDS) ve Yeni Avrupa Sürüş Döngüsü (NEDC) sürüş çevrimleri kullanarak, önerilen DC/DC konvertör modeli, batarya yönetim ve enerji yönetim sistemi performanslarına göre her iki çevrim kıyaslanmıştır. Elde edilen bulgular neticesinde NEDC sürüş çevrimi UDDS sürüş çevrimine göre yüksek verimliğin yanında, daha az yakıt ve düşük emisyon miktarına sahip olduğu sonucuna varılmıştır.
	
Anahtar Kelimeler: Hibrit ve elektrikli araç, lityum iyon akü, süperkapasitör, batarya yönetim sistemi, optimizasyon, enerji yönetim sistemi, verim, modelleme.

Abstract:
In this study; we aim to develop optimal battery management, energy management and power distribution systems in hybrid and electric vehicles where supercapacitors and lithium ion batteries are used together. New rule-based battery management systems (BMS) and energy management systems (EMS) for parallel hybrid, serial hybrid and full electric vehicles with lithium-ion battery and supercapacitors have been proposed. While the performance criteria are maximized in the proposed BMS, storage systems are protected against over charge / discharge currents. In the proposed EMS, simulation architecture has been developed with a new model based on Matlab / SIMULINK where the performance of vehicle parameters can be tested and serial hybrid, parallel hybrid and full electric vehicle model has been formed on this architecture.

Energy management system, supercapacitor and lithium ion battery are the only sources of energy storage considered in developed vehicle models and architectures. The power sharing between the BMS and the supercapacitor and the lithium-ion battery was achieved by using a charge management model. The proposed DC/DC converter model was compared with two different driving cycles such as the American Urban Dynamometer Driving Schedule (UDDS) and the New European Driving Cycle (NEDC) according to battery management and energy management system performances. According to the results, it was concluded that NEDC driving cycle has a higher efficiency, less fuel consumption and low emissions compared to UDDS driving cycle.


Key Words: Hybrid and electric vehicle, lithium ion battery, supercapacitor, battery management system, optimization, energy management system, efficiency, modeling.