Elektrikli araçlarda ısıtma ve soğutma durumlarında enerji yönetimi

Abstract

Günümüzde geleneksel içten yanmalı motorların yerini çevreci ve daha verimli olan elektrikli araçlar almaktadır. Elektrikli araçların genel yapısı elektrik motoru, batarya, kabin ve ısıtma-soğutma sistemi olarak sınıflandırılır. İnsanların otomobilleri ile seyahatleri süresince mevsim koşullarına göre optimum konfor şartlarının sağlanması gerekmektedir. Elektrikli araçlardaki konfor şartlarının sağlanması için ısıtma ve soğutma süreçlerinde enerji tüketimi ve yönetimi bataryadaki şarj oranının azalmasına sebep olmaktadır. Pil durumu ile orantılı olarak etkilenen sürüş menzili nedeniyle elektrikli araçlarda enerji yönetimi konusu çözülmesi gereken önemli bir problem olarak ortaya çıkmaktadır. Bu çalışmada, ortaya çıkan bu problemin çözümüne yönelik olarak MATLAB Simulink ortamında elektrikli araçlar üzerinde yer alan kabin, elektrik motorları, batarya bloğu, ısıtma-soğutma sistem elemanları gibi aracın tamamını içeren enerji yönetim modeli hazırlanarak, elektrikli araçlar için ısıtma ve soğutma süreci farklı çalışma koşulları altında incelenmiştir. Modelde, ısıtma ve soğutma için ısı pompası yanında gerektiğinde kullanılmak üzere PTC ısıtıcıda yer almaktadır. Isı pompaları, aynı sistem elemanları üzerinden ısıtma ve soğutma için kullanılabilen cihazlardır. Konfor koşulları dikkate alınarak belirlenen kabin içi sıcaklık hedefi doğrultusunda, ısıtma ve soğutma süreci yönetildi. Model, uluslararası tanınan NEDC ve FTP75 koşullarına ek olarak sabit hızlı araç çevrimi koşturularak kabin içi sıcaklık ve enerji tüketim analizleri gerçekleştirildi. Elektrikli araçta ısıtma-soğutma sürecinde sistem elemanlarının her birinin ayrı ayrı enerji tüketimleri ve sistemin tamamının enerji tüketimi incelenmiştir. Farklı yol çalışma koşulları altında, kabin içi sıcaklığın zamanla değişimi, anlık güç ve birikimli enerji tüketimi hesaplanmıştır. Isıtma ve soğutma süreçlerinin enerji tüketimi şarj oranı ve menzil üzerindeki etkisi incelenerek yorumlanmıştır.

Traditional internal combustion engines are replaced by environmentally friendly and more efficient electric vehicles. The general structure of electric vehicles is classified as electric motor, battery, cabin, and heating-cooling system. During the travel of people with their cars, optimum comfort conditions should be provided according to seasonal conditions. Providing the comfort conditions in electric vehicles causes a decrease in the charge rate in the battery in the heating and cooling processes. Due to the driving range, the issue of energy management in electric vehicles is emerging as an important problem to be solved. In this study, an energy management model including the entire vehicle such as cabin, electric motors, battery block, heating-cooling system elements on electric vehicles was prepared and the heating and cooling process for electric vehicles was examined under different working conditions. The model includes a heat pump for heating and cooling, as well as a PTC heater to be used when needed. In line with the cabin temperature target, which was determined by considering the comfort conditions, the heating and cooling process was managed. In the heating-cooling process in the electric vehicle, the energy consumption of each of the system elements separately and the energy consumption of the whole system were examined. Under different road operating conditions, the temperature in the cabin over time, instantaneous power and cumulative energy consumption were calculated. The effect of heating and cooling processes on energy consumption, charge rate and range were examined and interpreted.