Dalgacık dönüşümü/bulanık mantık tabanlı enerji yönetim stratejisi kullanılarak yakıt hücresi/ultra-kapasitörlü hibrit taşıt sisteminin modellenmesi ve analizi

Abstract

Günümüzde gittikçe artan çevresel kirlilik ve fosil yakıtların hızla tükenmesi, bütün dünyanın alternatif enerji kaynakları üzerinde çalışmalar yapmasına neden olmuştur. Özellikle, artan çevresel kirliliğe yol açan zararlı gaz salınımında taşıtların etkisi oldukça önemli bir yer teşkil etmektedir. Bunun yanı sıra, mevcut taşıt sistemlerinde kullanılan konvansiyonel içten yanmalı motorların verimleri özellikle düşük devirlerde önemli oranda azalmaktadır. Taşıtlarda, alternatif olarak elektrik motorlarının kullanılması hem çevresel faktörler hem de düşük devirlerde yüksek verimlere sahip olmalarından dolayı dikkat çekici bir çözüm olarak öne çıkmaktadır. Elektrik motorlarının kullanıldığı taşıt sistemlerinin tahrik edilmesi için de, yakın bir gelecekte, yakıt hücresi teknolojilerinin verimli, sürdürülebilir, alternatif ve çevre dostu bir çözüm olması beklenmektedir. Ancak, tek başına bir yakıt hücresi sistemi ilk çalışma anında, özellikle de taşıtların şehir içi trafiğinde sıklıkla karşılaştığı geçici ve çok yüksek güç taleplerini tam olarak karşılamada yetersiz kalmaktadır. Ayrıca, güç taleplerindeki bu tür ani ve geçici değişimlerde (ani hızlanma veya frenleme), yakıt hücresi sisteminin en önemli alt elemanı olan membranda yeterince nemlenememe veya aşırı nemlenme, ve gaz açlığı gibi problemler de ortaya çıkabilmektedir. Yakıt hücresi işletiminde, gaz açlığının hücre performansı ve güvenliği açısından önemli etkisi vardır. Bu nedenle yakıt hücresi sistemini mümkün olduğu kadar sürekli hal yüklenmelerinde çalıştırmak, ani güç artışlarını ve yüklenmelerini yakıt hücresi sistemine hissettirmemek, daha güvenilir bir çalışma ortamı sağlayacaktır. Böylelikle hem yakıt hücresi ömrü uzayacak hem de hidrojen tüketimi azaltılmış olacaktır. Bunlara ilaveten şu anki ticari yakıt hücresi sistemleri, yeniden kullanılabilen frenleme enerjisini kazanabilme özelliğine sahip değildir. Bu nedenle, taşıt uygulamalarında yakıt hücresi sistemlerinin uygun bir enerji depolama ünitesi ile birlikte kullanılması, genel sistem performansını ve verimliliğini önemli oranda arttırmaktadır. Enerji depolama sistemlerinden biri olan ultra-kapasitör sistemlerinin, çok büyük miktarlardaki gücü çok hızlı bir biçimde verebilme ve frenleme enerjisini de verimli bir biçimde kazanabilme kabiliyeti vardır. Bu durumlar göz önüne alındığında, yakıt hücresi ve ultra-kapasitör sistemlerinin birlikte kullanılması, taşıtların bütün yük taleplerine cevap verebilecek bir yapı oluşturacaktır. Bunun yanı sıra, uygun bir yük paylaşımı algoritması ve iyi tasarlanmış bir kontrol stratejisinin yakıt hücresi ve ultra-kapasitör hibrit yapısına uygulanması ile birlikte genel sistem verimliliği ve yakıt tasarrufu da arttırılabilir.Bu çalışmada, dalgacık dönüşümü tabanlı bir yük paylaşımı algoritması ve bulanık mantık tabanlı bir kontrol algoritması kullanılarak, hibrit bir yakıt hücresi/ultra-kapasitör taşıt sisteminin enerji yönetimi gerçekleştirilmektedir. Gerçekleştirilen yük paylaşımı algoritması ile birlikte taşıtın güç talebindeki anlık değişimlerin temel yük talebinden ayrıştırılması sağlanmaktadır. Bu sayede de yakıt hücresinin yapısı için uygun bir sürekli hal yüklenmesinin elde edilmesi amaçlanmaktadır. Geliştirilen kontrol algoritması ile birlikte ultra-kapasitörün şarj seviyesinin kontrolünün sağlanması, bu sayede de taşıt performansının ve enerji tasarrufunun arttırılması hedeflenmektedir.