Design and implementation of modular energy management system for electric vehicles

Bu tez çalışması Pamukkale Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi tarafından 2019FEBE057 nolu proje ile desteklenmiştir.Petrol fiyatları ve çevresel kaygılar gibi sebeplerle elektrikli araçların kullanımı gün geçtikçe artmaktadır. Elektrikli araçlarda araç verimini en çok etkileyen enerji depolama birimleri ve bu birimlerin birlikte kullanımı konusu tüm açılardan incelenmektedir. Günümüzdeki enerji depolama birimlerinden batarya, ultrakapasitör (UC), yakıt hücresi, volan ve güneş paneli gibi birimlerin hiçbiri elektrikli aracın tüm koşullardaki ihtiyaçlarını karşılamak için yeterli değildir. Dolayısıyla bu birimlerden iki ya da daha fazlasının bir arada kullanımı kabul edilen ve yaygın bir çözüm olarak karşımıza çıkmaktadır. Aracın ihtiyaç duyduğu yüksek enerji yoğunluğunun batarya ya da yakıt hücresinden ve yüksek güç yoğunluğunun da UC ya da volan gibi bileşenlerden sağlanması hedeflenmektedir. Böylelikle, tüm bu bileşenlerin zayıf yönlerinin kullanılan diğer bileşenin güçlü özellikleri ile giderilmesi sağlanmaktadır. Fakat iki enerji depolama biriminin bir arada kullanımı tüm detaylarıyla iyi bir tasarım yapılmasını gerektirmektedir. Bu tez çalışması ile birlikte gerçek zamanlı uygulanabilen, enerji verimliliğini sağlayan ve modüler bir enerji yönetim sistemi (EYS) tasarlanmıştır. Tasarlanan EYS ile birlikte araçta yer alan batarya ve UC’den en yüksek düzeyde fayda sağlanması amaçlanmıştır. Gerçekleştirilen EYS sistemi Jaya optimizasyon yöntemine dayanan gerçek zamanlı olarak en uygun kararların verilmesini sağlayan bir sistemdir. Oluşturulan sistemde UC’nin istenilen anda istenilen şekilde davranabilmesini gerçekleştirmek için çift yönlü seri rezonans dönüştürücü tasarımı gerçekleştirilmiştir. Böylelikle EYS’nin vereceği şarj ve deşarj kararlarının büyük bir verimle ve hızla uygulanması sağlanmıştır. Önerilen yöntemin test edilmesi için bir deney düzeneği hazırlanmış ve EYS’nin performansı incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar kural tabanlı EYS ile karşılaştırılmış ve önerilen yöntemin enerji kullanımında ortaya koyduğu fayda gösterilmiştir.The use of electric vehicles is increasing day by day due to reasons such as oil prices and environmental concerns. The issue of energy storage units, which most affect vehicle efficiency in electric vehicles, and the joint use of these units are examined from all angles. Among the energy storage units of today, none of the units such as batteries, ultracapacitors (UC), fuel cells, flywheels and solar panels are sufficient to meet the needs of the electric vehicle in all conditions. Therefore, the combination of two or more of these units emerges as an accepted and common solution. It is aimed to provide the high energy density required by the vehicle from the battery or fuel cell, and the high power density from components such as UC or flywheel. In this way, it is ensured that the weaknesses of all these components are overcome by the strengths of the other component used. However, the combination of two energy storage units requires a good design with all the details.With this thesis, a modular energy management system (EMS) has been designed that can be applied in real time and provides energy efficiency. With the designed EMS, it is aimed to benefit from the battery and UC in the vehicle at the highest level. The implemented EMS system is a system that enables the most appropriate decisions to be made in real time, based on the Jaya optimization method. In the system created, a bidirectional serial resonance converter is designed in order to make the UC behave as desired at any time. In this way, the charge and discharge decisions of the EMS are implemented quickly and efficiently. An experimental setup is prepared to test the proposed method and the effect of EMS on the examined system. The results obtained were compared with the rule-based EMS and the benefit of the proposed method in energy use is shown