Hibrit otomobil tasarımı, yenilenebilir enerji kaynaklarıyla desteklenmesi ve simülasyonu

Bu tez çalışmasında günümüzde kullanılan otomobil motoru ve tahrik teknolojileri, bu teknolojilerin yakıt sarfiyatı ve çevre ile olan etkileşimleri ile bir hibrit otomobil tasarımının gerekliliği ve avantajlarını ele alınmıştır. Sürekli artan dünya nüfusu, gelişmekte olan ülkeler ve insan ihtiyacı için artan üretim gereksinimi, insanlığın faaliyetlerinin devamı için enerji talebini artırmaktadır. Günümüzde dünya üzerinde, enerji büyük oranda petrol türevi yakıtlardan elde edilmektedir. Petrol türevi yakıt rezervlerinin bir gün tükeneceği, bu yakıtların yanması ile açığa çıkan doğaya ve insan sağlığına zarar veren atık yanma ürünleri, küresel ısınma tehdidi ve petrol kaynaklarına hükmetmek amaçlı yapılan petrol savaşları, insanlığın, huzurlu, barışçıl ve daha doğal yaşam alanları oluşturabilmek için temiz enerji elde etme arayışlarını da artırmıştır. Petrol türevi yakıtların en çok kullanıldığı sektörlerden biri ulaşım ve ulaştırma sektörüdür. Dünya üzerinde ulaşımın büyük bir bölümü karayolu araçları ile yapılmaktadır. Karayolu araçlarında temiz enerji arayışları nedeniyle, otomotiv üreticileri, hibrit elektrikli araç üretimi çalışmalarına hız vermiş ve çeşitli araştırma kurumları ile işbirliklerini artırmışlardır. Bu tez çalışmasında hibrit elektrikli otomobillerin genel tanımları, uygulama alanları ve teknolojileri üzerine literatür araştırması yapılmıştır. Hibrit otomobillerde ve konvansiyonel otomobillerde kullanılmakta olan içten yanmalı motorlar ve çevrimleri ile hibrit araçlarda kullanılan seri, paralel ve seri/paralel tahrik sistemleri detaylı olarak anlatılmıştır. Simülasyon aşamasında ise paralel hibrit elektrikli bir otomobilin Matlab/Simulink yazılımındaki simülasyonu yapılmıştır. Simulasyonda aracın dinamik değerleri,içten yanmalı motor değerleri, algoritma sistemi, şarj ve batarya sistemi hesaplamalara dahil edilmiştir. Bu araca ilave olarak, aracın verimliliğin artırmak ve yakıt tüketimini azaltmak için alternatif enerji sistemleri olarak güneş, rüzgar enerjisi ve egzozdaki türbin enerjisi araçta batarya sistemini şarj etmek için simülasyon çalışması yapılacaktır. Aracın egzozundan çıkan emisyon gazının akışı ile bir türbin-jeneratör çiftinden elektrik enerjisi üretilerek bataryayı şarj edilmesi simüle edilecektir. Aracın ön kısmında sis farlarının bulunduğu bölümde türbin jeneratör çiftine ilave olarak lüle sistemiyle havanın akış hızı artırılarak elektrik enerjisi elde edilmesi için simülasyonlar yapılmıştır. Aracın tavanına yerleştirilen güneş panelleri sayesinde ortalama bir ışınım değerine göre elektrik üretilmesi ve bataryaların şarj edilmesi için çalışılmıştır. Aracın yol ve yoldan gelen hız gibi değerleri Avrupa yol çevrim mekanizmalarına göre belirlenmiştir. Simülasyonlarda ECE R15 ve EUDC yol çevrimleri esas alınarak hesaplamalar ve kıyaslamalar yapılmıştır. Tüm bu çalışmalar mevcut hibrit araç ve nihai sistemlerle desteklenmiş hibrit araç arasında kıyaslama yapılarak yakıt tüketimi ve menzildeki farklılıklar ortaya konulmuştur. Simulink modellerinden alınan yakıt, şarj durumu, araç hızı ve voltaj değerleri gibi grafik verilerle kıyaslamalar yapılmıştır. Alternatif enerji sistemlerinin konvansiyonel bir hibrit araca ilave edilmesiyle yakıt tüketiminde %3,86 mertebesinde iyileşmeler elde edilmiştir.