Yakıt pili-batarya hibrit güç kaynağından beslenen elektrikli araç geliştirilmesi
Development of an electric vehicle powered by a fuel cell-battery hybrid power source
Yazar: HABİP ŞAHİN
Danışman: PROF. DR. HİKMET ESEN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yenilenebilir Enerji Sistemleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy ; Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering
Dizin: Batarya = Battery ; Elektrikli araçlar = Electric vehicles ; Emisyon = Emission ; Hidrojen = Hydrogen ; Yakıt hücreleri = Fuel cells

Özet:
Günümüzde artan enerji talebi ile birlikte her türlü enerji kaynağı değerlendirilmeye çalışılmaktadır. Enerji talebindeki bu artış ile büyük miktarda fosil yakıtların uzun vadeli kullanımının beraberinde getirdiği çevresel olumsuzluklar yadsınamaz boyutlara ulaşmış ve dünya medeniyetinin gelişiminin karşı karşıya olduğu ortak bir sorun olarak kabul edilmiştir. Tüm dünyada enerji tüketiminde büyük paya sahip olan ulaşım alanında, çevresel zararı en aza indirmek ve fosil yakıtlara olan bağımlılığı azaltmak için yenilenebilir ve sürdürülebilir enerji çözümlerine odaklanılmaktadır. Bu nedenle içten yanmalı araç teknolojilerinden elektrikli araç teknolojilerine doğru bir yönelim söz konusudur. Bu yönelim sonucunda elektrikli araç çözümleri her alanda hızla gelişmektedir. Rekabetçi bir sürüş menzili, kısa yakıt ikmali süresi ve sıfır emisyon ile Yakıt Pilli Elektrikli Araçlar (YPEA'lar), geleceğe ışık tutabilecek araç teknolojileri içinde en olası bir çözüm olarak kabul edilmektedir.
Yakıt pilinin güç üretmeye hazır hale gelmesi için miktar zaman ve enerji gerekir ve ani güç gereksinimlerini karışılmakta gecikir dolayısıyla bu dezavantajları eleyebilecek ikinci bir enerji depolama cihazı ile hibritlenmesi gereklidir. Bu ikincil enerji depolama cihazı aynı zamanda pik yükleri ve yüksek güç dinamiklerini de karşılar ve verimliliği artırmak için frenleme enerjisinin geri kazanılmasına olanak sağlar. Bu nedenle bu çalışmada proton elektrolit membranlı yakıt pili ile lityum-iyon batarya elektrikli bir araca birlikte güç sağlamışlardır.
Bu tez çalışmasında, yakıt pili-batarya hibrit güç kaynağından beslenen elektrikli araç geliştirilmesi amacıyla MATLAB tabanlı Simscape ile yakıt pilli fişli hibrit elektrikli bir araç modellenmiştir. Bu araç modelinin simülasyonu NEDC, WLTP Class 3, US06, Artemis Motorway 150 ve gerçek sürüş verileriyle oluşturulan ELZ130 sürüş çevrimlerinde yapılmıştır. Bu simülasyonlarla tasarlanan araç farklı çevrim şartlarında çalışmasını kararlı olarak tamamlamış ve çevrimlerden elde edilen veriler ile performans, verimlilik ve bunlarla bağlantılı birçok parametre elde edilmiştir. Simülasyonların en önemli sonuçları arasında tasarlanan aracın yakıt tüketimi ve menzili olup bu değerler NEDC, WLTP ve ELZ130 için sırasıyla benzin eşdeğer tüketimi olarak 2,08, 2,39, 2,44 L/100 km ve menzil olarak 986, 858,6, 841 km olmuştur.

Abstract:
Today, with the increasing energy demand, all kinds of energy sources are being evaluated. With this increase in energy demand, the environmental problems brought about by the long-term use of large amounts of fossil fuels have reached undeniable dimensions and have been accepted as a common problem facing the development of world civilization. In the field of transportation, which has a large share in energy consumption all over the world, renewable and sustainable energy solutions are focused on to minimize environmental damage and reduce dependence on fossil fuels. For this reason, there is a trend towards electric vehicle technologies from internal combustion vehicle technologies. As a result of this orientation, electric vehicle solutions are developing rapidly in every field. With a competitive driving range, short refueling time and zero emissions, Fuel Cell Electric Vehicles (FCEVs) are considered the most likely solution among vehicle technologies that can shed light on the future.
Since the fuel cell needs some time and energy to be ready to produce power and it is late to meet the sudden power requirements, it should be hybridized with a second energy storage device that can eliminate these disadvantages. This secondary energy storage device also handles peak loads and high power dynamics and allows braking energy to be recovered to increase efficiency. Therefore, in this study, a proton exchange membrane fuel cell and a lithium-ion battery power an electric vehicle together.
In this thesis, a fuel cell plug-in hybrid electric vehicle is modeled with MATLAB-based Simscape in order to develop an electric vehicle powered by a fuel cell-battery hybrid power source. This vehicle model is simulated on NEDC, WLTP Class 3, US06, Artemis Motorway 150 and ELZ130 driving cycles created with real driving data. Designed with these simulations, the vehicle has consistently completed its operation under different cycle conditions and performance, efficiency and many related parameters have been obtained with the data obtained from the cycles. Among the most important results of the simulations are the fuel consumption and range values of the designed vehicle. These values are 2.08, 2.39, 2.44 L/100 km as gasoline equivalent consumption and 986, 858,6, 841 km as range for NEDC, WLTP and ELZ130, respectively.