STANDART SEYİR ÇEVRİMLERİ VE MODEL TABANLI SİMÜLASYONDA ELEKTRİKLİ ARAÇTA HARCANAN ENERJİ KARŞILAŞTIRMASI
İçindekiler
ToggleÖZET
Son yıllarda elektrikli araçların (EV) kullanıcılar tarafından bilinirliğinin artması ve kullanımının günden güne yaygınlaşması ile birlikte gelişen teknolojilerin otomotiv üreticileri tarafından benimsendiği ve üreticilerin elektrifikasyon alanındaki çalışmalarını arttırdıkları gözlemlenmektedir. Yeni karbondioksit emisyon standartlarının 2020 yılı sonrasında yürürlüğe gireceği gerçeği, otomotiv üreticilerinin birçoğuna yeni teknolo- jileri üretmeye ve bu teknolojileri pazara sunmaya itmektedir. Emisyon ölçümlerinde gerçeğe daha yakın sonuçlar elde etmeye olanak sağlayan Dünya Genelinde Uyumlu Test Çevrimi- Worldwide Harmonized Light Vehicle Test Cycle (WLTC) 2018 yılı içerisinde Avrupa’ da devreye girmiştir. Bu çalışma kapsamında, elektrikli bir araç WLTC ve bir önceki referans olan Yeni Avrupa Sürüş Döngüsü- New European Drive Cycle (NEDC) koşullarında sanal ve gerçek ortamda test edilmiş, sonuçlar menzil ve enerji tüketimi açısından incelenmiştir. Anahtar Kelimeler: Elektrikli araç, WLTC, NEDC, Test döngüsü, Menzil, Elektrifikasyon
1. GİRİŞ
Günümüzde petrol nedenli küresel hava kirliliğindeki artış, yaşanmış olan emisyon krizi ve elektrikli araçların teknolojilerinin süreç içinde gelişmesi alternatif ulaşım metotlarına ilginin artmasına neden olmuştur (Tsiakma- kis et al. 2017). Bu bağlamda, taşıt egzoz emisyonları açısından en temiz ulaşım alternatifi olması beklenen EV’lerin en önemli dezavantajı tek bir şarjla görece kısa bir menzile sahip olmalarıdır (Sarıkurt et al. 2017). Bu- nunla beraber araçların broşürlerindeki verilen tam şarj ile gidilebilecek mesafelerin gerçek kullanım koşulları ile farklı olması ve elektrikli araçların mesafe hesaplamaları hakkındaki yazılan makalelerde bu konuya ilişkin hesaplamalar çelişkiler mevcuttur (URL 1).
(EU) No 443/2009 nolu regülasyon binek araçlar için 2015’ten 2020 yılına kadar ortalama karbondioksit emisyon oranlarının 130 gCO2/km’den 95 gCO2/km’ye çekilmesini hedeflemektedir (URL 2).
Burada amaçlanan otomobil endüstrisi tarafından yakıt verimliliğini artıracak ve CO2 emisyonlarını azaltacak yeni teknolojilere yapılan yatırımları teşvik etmektir (URL 3).
Emisyon hedeflerine ulaşamayan üreticileri yüksek cezalar beklemektedir. Geçerli test protokolü ve ilgili test döngüsü olan NEDC’nin, gerçek dünyadaki yol operasyon koşullarında CO2 hedeflerini düşürmedeki verimliliği çeşitli eleştiriler almıştır.
Sertifikasyon sırasında ölçülen CO2 emisyon oranı gerçek yol koşullarında ölçülen emisyon oranından daha düşük gerçekleşmektedir. Bu fark “boşluk” olarak adlandırılmaktadır ve zamanla bu boşluk artmaktadır. NEDC’de mevcut test prosedürünün esneklikleri yani çeşitli esnek tanımlanmış sınırlar üzerinde yapılan yorum ve aracın laboratuvar koşullarında çalışması bu boşluğa katkıda bulunmaktadır. Bu konuları ele almak ve etkinliğini güçlendirmek için Avrupa Komisyonu, mevcut politikaların bir tip onay sürecinde yeni, daha gerçekçi test prosedürünü devreye almıştır. WLTC kirletici ve CO2 emisyonlarını belirlemek için küresel bir standart olarak geliştirilmiştir. WLTC ile daha sağlam bir test temeli ve gerçek karayolu taşıtlarının operasyo- nunu daha iyi temsil eden bir prosedür sağlamak amaçlanmaktadır (Tsiakmakis et al. 2017).
Örneğin Avrupa’da, gerçek emisyonlar arasındaki tutarsızlığın temel nedenlerinden biri, hafif hizmet araçlarının emisyon sertifikası için tip onayı testleri için kullanılan mevcut test döngüsünden ( NEDC) gelmektedir. NEDC’nin gerçek trafikteki bir aracın gerçek sürüş davranışını temsil etmediği ve bu nedenle kirletici emisyonlarını ve yakıt tüketimini doğru bir şekilde yansıtmadığı gösterilmiştir. Bu tutarsızlığın bir başka nedeni de “döngü tespiti” dir. Bazı otomobiller, laboratuvardaki şasi dinamometresindeki test döngüsünün iyi kontrol edilen koşulları altında yasal gereklilikleri yerine getirmek için ‘programlanabilir’ ancak yoldayken oldukça farklı çalışırlar. (Tutuianu et al. 2017).
WLTC ile her ne kadar gerçekçi koşullara yakın sonuçlar ölçülse de çevresel şartlar ve kullanım koşullarına göre üreticinin beyan ettiği yakıt tüketimi ve menzil değerlerinden bir miktar sapma olabilmektedir. Üreticinin beyan ettiği değerler ile ortaya çıkması muhtemel farklar fosil yakıtlı araç kullanıcılarında genel- likle kayda değer bir kaygı oluşturmamaktadır. Buna karşın elektrikli araçlarda halihazırda menzil kısıtlı ve şarj süreleri fosil yakıt dolum sürelerine göre oldukça uzundur. Bu sebeple elektrikli araç üreticile- rinin beyan ettiği yakıt tüketim ve menzil değerlerinin gerçek kullanım koşullarından sapması kullanıcılar üzerinde ilave baskı oluşturmaktadır. Piyasa halihazırda satılmakta olan bazı elektrikli araçların yakıt tüketim ve menzil beyanları NEDC’ ye göre verilmiş iken, 2018 ve sonrası piyasaya sunulmuş olan araçlarda bu beyanlar WLTC sonuçlarına göre belirlenmiştir. Bu çalışma kapsamında tam elektrikli bir araç NEDC ve WLTC koşullarında sanal ve fiziksel olarak test edilmiş, sonuçlar kilometre başına enerji tüketimi açısından incelenmiştir.
2. ELEKTRİKLİ ARAÇLARDA HARCANAN ENERJİ KARŞILAŞTIRMASI
2. 1. NEDC VE WLTC ARASINDAKİ FARKLAR
Yakıt tüketimini etkileyen ana farkları arasında test çevrimi ve vites değiştirme sırası, araç kitle tanımı, yol yükü tespiti, şasi dinamometresi ön koşullanması, sıcaklık ve REESS (Şarj Edilebilir Elektrikli Enerji Depolama Sistemi- Rechargeable Electric Energy Storage System) şarj dengesi düzeltmesi gibi parametreler ile WLTC, NEDC’den önemli ölçüde farklıdır (Tsiakmakis et al. 2017). Şekil 1. de görüldüğü gibi NEDC- WLTC hız zaman karşılaştırılması grafik üzerinde yapılmıştır.
Şekil 1. NEDC-WLTC Hız -Zama Karşılaştırması
Tablo 1.de görüldüğü gibi NEDC ve WLTC arasındaki farklar gösterilmiştir.
Tablo 1. NEDC ve WLTC Arasındaki Farklar (URL 4)
NEDC | WLTC | |
Test Çevrimi | Tek çevrim | Gerçek sürüşe yakın birçok parametreyi temsil eden dinamik çevrim |
Çevrim Zamanı | 20 dk | 30 dk |
Çevrim Mesafesi | 11 km | 23,25 km |
Sürüş Fazları | 2 faz. 66% şehir içi, 34% şehir dışı | 4 fazla dinamik faz. 52% şehir içi, %48 şehir dışı |
Ortalama Hız | 34 km / saat | 46,5 km / saat |
Maksimum Hız | 120 km / saat | 131 km / saat |
Seçmeli Ekipman Üzerindeki Etkisi | NEDC kapsamında değerlendirilmeyen karbondioksit ve yakıt performansı üzerindeki etkiler | Ek özellikler (araç başına değişebilir) dikkate alınmıştır |
Vites Geçişleri | Araç sabit vites değiştirme noktalarına sahiptir | Her araç için farklı vites geçiş noktalarına sahiptir |
Test Sıcaklıkları | 20-30 °C’de ölçülür | 23 °C’de ölçüm yapılmaktadır. 14 °C’de CO2 değerleri düzeltilmektedir. |
Tablo 2.de görüldüğü gibi NEDC ve WLTC arasındaki parametrik farklar gösterilmiştir.
Tablo 2. NEDC ve WLTC Arasındaki Parametrik Farklar (URL 4)
PARAMETRE | NEDC | WLTC | FARK |
Toplam Zaman (s) | 1180 | 1800 | 620 |
Mesafe (km) | 11 | 23,3 | 12,3 |
Max. Hız (km/h) | 120 | 131 | 11 |
Ortalama Hız (km/h) | 34 | 47 | 13 |
Max. Hızlanma (m/s²) | 1,1 | 1,7 | 0,6 |
Max. Yavaşlama (m/s²) | -1,4 | -1,5 | -0,1 |
Sabit Sürüş Zamanı (s) | 475 (40%) | 66 (3,5%) | -37% |
Hızlanma Zamanı (s) | 247 (21%) | 789 (44%) | 23% |
Yavaşlama Zamanı (s) | 178(15%) | 719 (40%) | 25% |
Durma Zamanı (s) | 280 (24%) | 226 (12,5%) | -12% |
Elektrikli araç NEDC ve WLTC çevrimini ayrı ayrı koşturmak üzere firmada bulunan ve emisyon testlerinin yapıldığı laboratuvarda aynı koşullarda test edilmiştir. Tablo 3.de test edilen EV özellikleri gösterilmiştir.
Motor Tipi | AC Induction |
Maksimum Güç | 83 kW |
Maksimum Moment | 240 Nm |
Maksimum Hız | 135 km/s |
0-50 km/s Hızlanma Süresi | 4.4 s |
0-100 km/s Hızlanma Süresi | 12.7 s |
Batarya | 29.3 kWh |
Araç Test Ağırlığı (Yarı Yüklü) | 2125kg |
2. 2. SİMÜLASYON VE GERÇEK KOŞUL TEST ÇEVRİMLERİ
İlgili araç matematiksel olarak MATLAB Simulink ortamında modellenmiş, simülasyonlar NEDC ve WLTC’ de belirtilen koşul ve kısıtlar çerçevesinde gerçekleştirilmiştir.
Şekil 2’de görüldüğü gibi NEDC ve WLTC arasında daha net bir karşılaştırma yapabilmek için her iki çevrim şehir içi ve şehir dışı olarak ayrıştırılmıştır. NEDC çevriminde şehir içi ve şehir dışı ayrımı net iken WLTC’ de 60km/s ’den düşük hızların daha yoğun olduğu ilk 780 saniyelik kısmın şehir içi olduğu varsayılmıştır. WLTC çevriminde 780 ila 1800 saniye arasında kalan kısım ise şehir dışı olarak kabul edilmiştir.
Şekil 2. WLTC Grafiği Üzerinde Şehir İçi- Şehir Dışı Korelasyonu
NEDC ve WLTC arasındaki şehir içi ve şehir dışı menzil karşılaştırılması Tablo 4’de gösterilmiştir.
Tablo 4. NEDC ve WLTC Arasındaki Şehir İçi ve Şehir Dışı Harcanan Enerji Karşılaştırılması
Parametre (NEDC / WLTC) | Test | Simülasyon |
Şehir İçi / Şehir Dışı Ortalama Harcanan Enerji (kWh/100Km) | %10-12 WLTP fazla | %7-9 WLTP fazla |
NEDC ve WLTC arasındaki şehir dışı harcanan enerji karşılaştırılması Tablo 5’te gösterilmiştir.
Tablo 5. NEDC ve WLTC Arasındaki Şehir Dışı Harcanan Enerji Karşılaştırılması
Parametre (NEDC / WLTC) | Test |
Şehir Dışı Ortalama Harcanan Enerji (kWh/100Km) | %8-10 WLTP fazla |
NEDC ve WLTC arasındaki şehir içi harcanan enerji karşılaştırılması Tablo 6’da gösterilmiştir.
Tablo 6. NEDC ve WLTC Arasındaki Şehir İçi Harcanan Enerji Karşılaştırılması
Parametre (NEDC / WLTC) | Test |
Şehir içi Ortalama Harcanan Enerji (kWh/100Km) | %7-9 WLTP fazla |
3. SONUÇLAR
Bu çalışmada elektrikli aracın menzile etki eden enerji tüketimi; NEDC ve WLTC çevrimlerinde, şehir içi ve şehir dışı koşullarında fiziksel olarak ve MATLAB Simulink ortamında sanal olarak test edilerek incelenmiştir.
Şehir içi ve şehir dışı test çevrimlerinde kilometre başına harcanan enerji olarak incelendiğinde WLTC sonuçlarının NEDC’ ye göre %10 ila %12 oranında fazla olduğu, simülasyon sonuçlarında ise %7 ila %9 oranında bir fark oluştuğu görülmüştür. Şehir dışı koşullarda kilometre başına harcanan enerji olarak incelendiğinde WLTC sonuçlarının NEDC’ye göre %8 ila %10 oranında fazla olduğu görülmüştür. Şehir içi kilometre başına harcanan enerji olarak incelendiğinde WLTC sonuçlarının NEDC’ ye göre %7 ila %9 oranında fazla olduğu görülmüştür.
Simülasyonlarda kullanılan araç modelinde ideal kabul edilen bazı kısımların daha detaylı olarak matematiksel ifade edilmesi ile simülasyon sonuçlarının gerçek test sonuçlarına daha da yakınsayacağı öngörülmektedir. Tespit edilen iyileştirmeler ileride yapılacak bir çalışma kapsamında ayrıca uygulanacaktır.Global olarak farklı üreticilerin vermiş olduğu referans değerlere bakıldığında NEDC ve WLTC ortalama harcanan enerji değerleri arasında %8 ila %33’e varan oranlarda fark oluştuğu gözlemlenmiştir.
Sonuçlar elektrikli araç kullanıcıları, yeni elektrikli araç satın almak isteyen müşteriler veya elektrikli araç üzerinde çalışma yapan tüm teknik insanların; üreticilerin vermiş olduğu katalog değerleri üzerinde korelasyon yapmasını kolaylaştıracaktır. Bu çalışmanın dünyada WLTC’ye geçişin hızlandığı bu dönemde NEDC ve WLTC arasındaki korelasyonda bir rehber niteliği olması beklenilmektedir.
KAYNAKLAR
- Tsiakmakis S., Fontaras G., Cubito C., Pavlovic J., Anagnostopoulos K., Ciuffo B., (2017) , “From NEDC to WLTP: effect on the type-approval CO2 emissions of light-duty vehicles, JRC Policy Report, pp. 6-9
- Sarıkurt T.*, Balıkçı A. “Tam elektrikli araçlar için özgün bir enerji yönetim sistemi uygulaması”, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University 32:2 (2017), pp. 323-333
- URL 1: InsideEVs (2019), Here’s How To Calculate Conflicting EV Range Test Cycles: EPA, WLTP, NEDC, https://insideevs.com/features/343231/heres-how-to-calculate-conflicting-ev-range-test-cycles-epa-wltp- nedc/, 07.03.2019
- URL 2: European Union Regulation (EC) No 510/2011 (2011), https://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/ LexUriServ.do?uri=OJ:L:2011:145:0001:0018:EN:PDF
- URL 3: European Union Regulation (EC) No 443/2009 (2009),https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/ TXT/?uri=CELEX%3A32009R0443
- Tsiakmakis S. a,b, Fontaras G. a,⇑, Ciuffo B. a, Samaras Z. b (2017), “A simulation-based methodology for quantifying European passengercar fleet CO2 emissions”., Elsevier Apllied Energy, 2 pages
- URL4: ACEA (2017),European Automobile Manufacturers Association,https://wltpfacts.eu/from-nedc-to- wltp-change/
- Tutuianu M. a,⇑, , Bonnel P. a , Ciuffo B. a , Haniu T. b , Ichikawa N. c , Marotta A. a⇑ , Pavlovic J. a , Steven H. d (2015), “Development of the World-wide harmonized Light duty Test Cycle (WLTC) and a possible pathway for its introduction in the European legislation” (2015), Transportation Research Part D 40, 61–75, 2 page
Bloglar
-
Model Tabanlı Sistem Mühendisliği Hakkında Merak Ettikleriniz!
Sistem Mühendisliği, karmaşık sistemlerin tasarımı, üretimi ve bakımını zaman ve maliyet konularına dikkat ederek projelerin başarıyla yönetilmesi… -
Teknolojiyi Keşfet, Bilgini Test Et!
MATLAB & Simulink, mühendislik ve bilim alanlarında kullanılan, matematiksel modelleme, simülasyon ve analiz için güçlü araçlar sunan yazılıml… -
FİGES, SAHA EXPO 2024’te Savunma ve Havacılık Teknolojilerini Ziyaretçilerle Buluşturdu!
FİGES olarak savunma, havacılık ve uzay teknolojilerindeki en yeni çözümlerimizi sergilemek ve sektördeki önemli gelişmeleri paylaşmak için SA… -
Yerli ve Milli Üretime Adanmış Ömürler-58: FİGES Başarı Hikayesi
Dr. İlhami Pektaş Türkiye’nin öncü mühendislik firması FİGES AŞ, 1990 yılında, simülasyona dayalı ileri mühendislik teknolojilerini Türkiye… -
Bilişim 500 Araştırması’ndaki Başarılarımız!
İlk 500 Bilişim Şirketi Araştırması, bu yıl 25. kez gerçekleştirildi. Şirketler bu araştırma kapsamında 4 kategoride değerlendirildi. Bu k… -
MATLAB ve Simulink’te Kendinizi Test Edin!
MATLAB ve Simulink: Teknik Dünyanın Güçlü İkilisi Mühendislikten matematiğe, bilimden ekonomiye kadar birçok alanda kullanılan iki güçlü yazılı… -
MATLAB SÖZLÜĞÜ
MATLAB, mühendislik ve bilim alanlarında geniş bir kullanıma sahip bir yazılımdır. İlk kez karşılaşanlar için terminolojisi karmaşık görünebil… -
Otomotiv Sistemlerinde Model Tabanlı Sistem Tasarımı
Mobilite Ekosistemini Etkileyen Trendlerin Ar-Ge ve Ürün Geliştirme Süreçlerine Etkisi Son yıllarda otomobil endüstrisi, dijital dönüşümün etki… -
Simulink, MATLAB’de Nasıl Çalışır?
Simulink, MATLAB’in önemli bir parçasıdır. Dinamik sistemlerin modellenmesi, simülasyonu ve analizi için kullanılan grafiksel bir ortamdır. Mühend… -
Simulink ile Modelleme ve Simülasyon
Modelleme ve simülasyon, mühendislik dünyasında kritik öneme sahip iki temel süreçtir. Bu süreçler, karmaşık sistemlerin davranışlarını anlamak, a… -
MATLAB ile Sayısal Hesaplama Dünyasına Giriş
MATLAB, günümüzde en çok kullanılan yazılım programlarının arasında yer almaktadır. Peki MATLAB nedir? MATLAB ne için kullanılabilir? MATLAB kulla… -
Araçlar, Daha Güvenli, Daha Akıllı, Daha Çevreci
Yapay zeka teknolojileri, otomotiv endüstrisinde gerçekleşen dönüşüme büyük bir katkı sağlayarak karmaşıklaşan araç sistemlerinin geliştirilme… -
KSO Odavizyon Yayını
Birleşmiş Milletler’in (BM) verileri, 2050 yılına kadar dünya nüfusunun yüzde 68’inin kentsel alanlarda yaşayacağını gösteriyor. Bu durum, şehir i… -
Euronewsport Dergisi
Ürettiğimiz scooter’ın arkasında FİGES gibi yerli ve güçlü bir ekip duruyor Yüksek kaliteye odaklanan mikromobilite araçların eksikliğini … -
Ekonomim Gazetesi Haberi
Figes, scooter OLO’da seri üretime başlayacak Türkiye’nin yerli ve milli projelerinin mühendislik hesaplamalarında imzası bulunan Figes A.Ş.’ni… -
AB’yi bölen nükleer enerji kararı
Avrupa Birliği Komisyonu, 2021 sonunda üye ülkelere sunduğu taslakta, nükleer enerji ve doğal gaz yatırımlarını “yeşil yatırım” olarak kabul etti…. -
Dünya Gazetesi Haberi
Yeni nesil nükleer reaktörler milli proje olacak Devletin yanı sıra TENMAK, TÜBİTAK gibi önemli kurumların ve Ankara Sanayi Odası bünyesin… -
STANDART SEYİR ÇEVRİMLERİ VE MODEL TABANLI SİMÜLASYONDA ELEKTRİKLİ ARAÇTA HARCANAN ENERJİ KARŞILAŞTIRMASI
ÖZET Son yıllarda elektrikli araçların (EV) kullanıcılar tarafından bilinirliğinin artması ve kullanımının günden güne yaygınlaşması ile birlik… -
Akıllı Aynalar
Aynalar, ev veya iş yerlerinde kimi zaman ihtiyaç kimi zaman görsellik için kullanılmaktadır. Gündelik hayatta yoğun bir şekilde kullandığımız ayn… -
Elon Musk NeuraLink ile Ne Hedefliyor?
İlk baştan Musk tarafından bir tıbbi araştırma firması olarak kurulan Neuralink, Musk’ın daha sonrasında beyin-bilgisayar arayüzleri konusundaki f… -
FİGES Endonezya’nın MİLGEM’I için Alman Firmasıyla Yarışıyor
Endonezya askeri tersanesi PT PAL, Endonezya Donanması için inşa edeceği yeni fırkateyn tasarımı için Alman MTG Marinetechnik ve Türk mühendislik … -
FİGES, toryum kullanan yeni nesil nükleer reaktörü özkaynaklarıyla tasarlayacak
Yeni nesil nükleer reaktörler üzerine yaptığı çalışmaları bu yıl bir adım ileriye taşıyan FİGES, ‘Ergimiş Tuz Reaktörü Kavramsal Tasarım Geliştirm… -
2020’nin Yükselen 10 Teknolojisi
Dünya Ekonomik Forumu ve Scientific American dergisi tarafından yayımlanan “The Top 10 Emerging Technologies of 2020 (2020’nin Yükselen 10 Teknolo… -
Özellik Çıkarımı ve Yüz Tanıma Algoritmalarının Performans Karşılaştırması
Görüntüyü geliştirme, netleştirme, uygun şekillerde 2 boyutlu veya 3 boyutlu olarak görüntüleme, görüntüdeki kenarları/sınırları tespit etme, bölg… -
TÜRKİYE’NİN AR-GE ŞAMPİYONU ŞİRKETLERİNİ YÜREKTEN KUTLUYORUZ
Ar-Ge ve İnovasyon Ekosistemimizi Milli Şuurla Geliştireceğiz KÜRESEL AR-GE ve inovasyon faaliyetleri, sadece ekonomilerin değil, aynı zamanda …