Υβριδικά οχήματα με συσσωρευτές ή fuel cells και σχεδίαση μοντέλου προσομοίωσής τους στο Matlab/Simulink

Λέσι, Μικέλ

Hybrid vehicles with batteries or fuel cells and design of their simulation model in Matlab / Simulink

Διπλωματική εργασία

Author

Λέσι, Μικέλ

Date

2023-07-28

Advisor

Βόκας, Γεώργιος

MIKEL DIPLWMATIKH 2023.07.06_FINAL-VERSION.pdf (8.117Mb)

Keywords

Εκπομπές αερίων ρύπων ; Ηλεκτροκίνηση ; Αποθήκευση ενέργειας ; Ηλεκτρικά οχήματα ; Battery electric vehicles ; Υβριδικά οχήματα ; Fuel cell electric vehicles ; Συσσωρευτές ; Κυψέλες καυσίμου ; WLTP

Abstract

Είναι εμφανές ότι τα τελευταία χρόνια υπάρχει η ανάγκη για μείωση της ανθρώπινης επίδρασης στο περιβάλλον. Σε κάθε βιομηχανικό τομέα γίνονται προσπάθειες για τον έλεγχο των ρύπων, προς μια κατεύθυνση που συνδυάζει την περιβαλλοντική και οικονομική βιωσιμότητα. Οι επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής έχουν ήδη αρχίσει να εκδηλώνονται σε πολλές περιοχές του πλανήτη, με τις πόλεις κοντά στη θάλασσα και τις παράκτιες περιοχές να αντιμετωπίζουν τις περισσότερες επιπτώσεις αυτής της αλλαγής. Ο στόχος της διπλωματικής εργασίας είναι να δείξουμε τι δυνατότητες έχει ένα πλήρως ηλεκτροκίνητο όχημα του οποίου το αποτέλεσμα και ο στόχος είναι να μειωθεί στο ελάχιστο η χρήση των καυσίμων και ταυτόχρονα να μειώσει της εκπομπές ρύπων προς το περιβάλλον , με αποτέλεσμα να βελτιωθεί η κατάσταση του περιβάλλοντος. Επίσης Στην παρούσα διπλωματική εργασία, πραγματοποιήθηκε μια έρευνα σχετικά με την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω κυψελών καυσίμου. Αυτές οι λύσεις για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας έχουν τη δυνατότητα να επιφέρουν μια εξαιρετική μείωση έως και 100% των ρυπογόνων εκπομπών στην ατμόσφαιρα. Στα επόμενα τμήματα εξετάζεται η ιστορική αναδρομή των BEV και των FCEV καθώς και η εξέλιξη της ηλεκτροκίνησης γενικότερα, με έμφαση στη σύγκριση μεταξύ των παραδοσιακών συστημάτων κίνησης και των ηλεκτροκίνητων οχημάτων. Ακολούθως, αναλύονται οι διάφορες μορφές τροφοδότησης ηλεκτροκίνητων οχημάτων, και στη συνέχεια παρουσιάζεται η ανάλυση αποθήκευσης ενέργειας και των υβριδικών μοντέλων με κυψέλες καυσίμου (FUEL CELLS) . Τέλος , πραγματοποιείται η ανάπτυξη ενός ηλεκτρικού οχήματος με μπαταρίες (BEV) κι ενός υβριδικού συστήματος κίνησης με κυψέλες καυσίμου (FCEV), το οποίο συνδυάζει κυψέλες καυσίμου και μπαταρίες, για την κίνηση του ηλεκτροκίνητου οχήματος. Αυτό το σύστημα αναλαμβάνει να τροφοδοτεί τους ηλεκτροκινητήρες, καθώς και να παρέχει ενέργεια για τις άλλες λειτουργίες του οχήματος. Για την περιγραφή και τη προσομοιώσει αυτού του συστήματος, χρησιμοποιήθηκε το περιβάλλον Simulink του προγράμματος Matlab. Επιπλέον, παρουσιάζονται συγκεκριμένα παραδείγματα εφαρμογής αυτών των τεχνολογιών, υποβάλλοντας τα μοντέλα στις δοκιμασίες που επιβάλλουν τα Διεθνή κι Ευρωπαϊκά πρότυπα δοκιμών (Worldwide Harmonised Light Vehicles Test Procedure , WLTP – Class I, II και III) χρησιμοποιώντας τεχνικά χαρακτηριστικά εμπορικά διαθέσιμων οχημάτων υπό διαφορετικά φορτία επιβατών και αποσκευών.

Abstract

It is evident that in recent years there is a need to reduce human impact on the environment. Efforts are being made in every industrial sector to control pollution, aiming towards a direction that combines environmental and economic sustainability. The consequences of climate change have already begun to manifest in many regions of the planet, with cities near the sea and coastal areas facing the most significant impacts of this change. The objective of the thesis is to demonstrate the capabilities of a fully electric vehicle, with the aim of minimizing fuel usage and reducing pollutant emissions to the environment, thereby improving the environmental conditions. Additionally, the thesis conducted research on the production of electrical energy through fuel cells. These solutions for electricity generation have the potential to bring about a significant reduction of up to 100% in pollutant emissions into the atmosphere. In the following sections, the historical background of Battery Electric Vehicles (BEV) and Fuel Cell Electric Vehicles (FCEV) is examined, focusing on the evolution of electrification, and comparing it to traditional propulsion systems. Subsequently, the various forms of power supply for electric vehicles are analyzed, followed by the presentation of energy storage analysis and hybrid models incorporating Fuel Cells. Finally, the development of a battery electric vehicle (BEV) and a hybrid propulsion system with fuel cells (FCEV) is being pursued, which combines fuel cells and batteries for the propulsion of the electric vehicle. This system is responsible for supplying power to the electric motors and providing energy for other vehicle functions. The Simulink environment of Matlab was used for the description and modeling of this system. In addition, specific application examples of these technologies are presented, subjecting the models to tests mandated by international and European standards (Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedure, WLTP - Class I, II, and III) using technical specifications of commercially available vehicles under different passenger and cargo loads.