IMPROVING ENERGY EFFICIENCY OF ELECTRIC AND HYBRID ELECTRIC VEHICLES USING COMPUTER AIDED DESIGN

Abstract

ABSTRACT

The first aim of this work is to design a simulation platform that can be used to simulate and investigate the behavior of Electric Vehicles and Parallel Hybrid Electric vehicles. This platform is developed from the ground-based using Matlab m-file code, and then the Graphical User Interface is designed using Matlab App designer. To validate the developed software and to observe its suitability to simulate the behavior of EV and Parallel HEV, a different configuration is implemented. However, for the electric traction motor IFOC and DTC control strategies are implemented for IM and PMSM, Also, for Parallel HEV two different energy management strategies were applied, namely are Max-SoC and FRB energy management strategies. The other aim of this work is to improve the energy consumption of the vehicle that will lead to improve the energy efficiency and increase the operating range of the vehicle, thus a simple and effective SMC controller is proposed and utilized as a speed controller for all EVs and Parallel HEVs configurations. The superior performance of the proposed SMC controller is proved as compared to the performances of PI and FLC controllers. Furthermore, to increase the vehicle operating range and to improve the battery pack range, and increase its lifetime a hybridization of the energy storage system is implemented and investigated for different configurations of the vehicle. To demonstrate this improvement, different drive scenarios were performed and the obtained results were compared. The hybridization of the energy storage sources which are in this thesis the battery pack and the Supercapacitor is performed based on developing rule-based energy management to reduce the complexity of the system. The proposed HESS energy management achieved a good improvement in the energy consumption that increased the vehicle energy efficiency.

ÖZET

Bu çalışmanın ilk amacı, Elektrikli Taşıt (ET)’ların ve Paralel Hibrit Elektrikli Taşıt HET)’ların davranışlarını benzetmek ve araştırmak için kullanılabilecek bir simülasyon arayüzü tasarlamaktır. Bu arayüz, Matlab m-file kodu kullanılarak geliştirildi ve ardından Matlab App tasarımcısı kullanılarak Grafik Kullanıcı Arayüzü (GUI) tasarlandı. Geliştirilen yazılımı doğrulamak ve ET ve Paralel HET davranışını benzetime uygunluğunu gözlemlemek için farklı bir konfigürasyon uygulanmaktadır. Ancak elektrikli tahrik motoru için Asenkron Motor ve PMSM için Dolaylı IFOC ve DTC kontrol yöntemleri, Paralel HET için de Max-SoC ve FRB enerji yönetimi olmak üzere iki farklı enerji yönetimi uygulanmıştır. Bu çalışmanın diğer amacı, taşıtın enerji verimliliğini artıracak ve taşıtın çalışma menzilini artıracak şekilde taşıtın enerji tüketimini iyileştirmektir, böylece farklı ET’ler ve Paralel HET’lerin yapıları için yeni bir Sliding Mode Kontrol yöntemi önerilmiş ve hız kontrolörü olarak kullanılmıştır. Önerilen SMC kontrolörünün üstün performansı, PI ve FLC kontrolörlerin performansları ile karşılatırılarak ispatlanmıştır. Ayrıca, taşıt menzilini artırmak ve batarya paketi çalışmasını iyileştirmek ve ömrünü artırmak için, aracın farklı yapılandırmaları için enerji depolama sisteminin hibridizasyonu uygulanmış ve incelenmiştir. Bu gelişmeyi göstermek için farklı sürüş çevrimleri gerçekleştirilmiş ve elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Bu tezde yer alan enerji depolama kaynaklarının batarya paketi ve Süperkapasitör hibridizasyonu, sistemin karmaşıklığını azaltmak için kural tabanlı enerji yönetimi geliştirilerek gerçekleştirilmiştir. Önerilen HESS enerji yönetimi, taşıt enerji verimliliğini artıran enerji tüketiminde iyi bir gelişme sağlanmıştır.