Karsan Elektrikli Minibüsleri Dewesoft ile Test Ediliyor

Meksika Ulusal Özerk Üniversitesi (UNAM) Araç Teknolojisi Değerlendirme Laboratuvarı (LETEV)

Kamu tarafından finanse edilen bir üniversite projesi, Mexico City’deki çeşitli hatlarda elektrikli minibüsleri çalıştırmak için gereken enerjiyi değerlendirmek istedi. Bu test projesi, aracın konumunu,voltaj ve güç tüketimi verileriyle ilişkilendirebilen 1MS/s’ye kadar örnekleme hızına sahip otonom bir gerçek zamanlı ölçüm sistemi gerektiriyordu. Dewesoft veri toplama sistemleri ve sensörleri kullanılarak farklı hızlarda ve çeşitli yüklerde test sürüşleri gerçekleştirildi.

Araç Teknolojisi Değerlendirme Laboratuvarı, LETEV (Laboratorio de Evaluación de Tecnologías Vehiculares), Meksika Ulusal Özerk Üniversitesi (UNAM) Mühendislik Enstitüsü’nün bir projesidir. Mexico City Eğitim, Bilim, Teknoloji ve İnovasyon Bakanlığı (SECTEI) tarafından finanse edilen proje, diğer hususların yanı sıra Mexico City’de gerçek sürüş koşulları altında hibrit ve elektrikli güç aktarma organlarına sahip araçların enerji talebini ve sürüş menzilini belirlemeyi amaçlamaktadır.

Bu amaçla ticari araçlar ve prototipler üzerinde saha testleri başlatıldı. Testler, Mexico City’nin kentsel ulaşım sistemi Metrobüs hatları üzerindeki sürüş döngülerine ilişkin belirli bir veri tabanından elde edilen verileri entegre etmek zorundaydı.

2022’nin ilk aylarında LETEV, “METROBÜS” ulaşım sistemi tarafından kullanılan elektrikli bir minibüsün içine taşınabilir bir veri toplama sistemi uygulama ve kurma ihtiyacını tanımladı. Sonuç olarak laboratuvar, bu tür bir testi gerçekleştirmek için gerekli özerkliğe sahip olduğu için bir SIRIUS-R2DB sistemini seçti.

“GPS” coğrafi konumlandırma modülünden gelen sinyalle birlikte voltaj ve akım sensörleri, aracın seyahatleriyle ilişkili değişkenlerin anlık verilerini kaydetmek için minibüsün içinde kullanıldı. Batarya bankası tarafından talep edilen voltaj ve akımın ölçülmesine özellikle dikkat edildi. Şekil 1, LETEV’in üzerinde test yaptığı elektrikli aracı (bir mini veya mikrobüs) göstermektedir.

Şekil 1. “METROBÜS” Ulaşım Sisteminin Elektrikli Mini

Çalışmak için bir güç hattına bağlı olmayan tamamen otonom bir sistem, test ihtiyaçlarını karşılamak için gerekliydi. Bir başka belirleyici faktör de, söz konusu sistemin alımdan elde edilen grafikleri gerçek zamanlı olarak gözlemleme ve 1 MS/s’ye kadar örnekleme hızına sahip olma kapasitesinde yatmaktadır. Son olarak, sistem minibüsün konumunu elde etme ve bunu tüketilen voltaj ve akımın ilgili ölçümleriyle ilişkilendirme kapasitesine sahip olmalıdır.

SIRIUSir-HS8xLV kartlı ve SIRIUS-HS-2xHV-2xSTG+-DUAL kartlı bir SIRIUS-R2DB sistemi bu kriterleri karşılamaktadır. SIRIUS-R2DB, dahili veri kaydedici, güçlü veri işleme bilgisayarı, dokunmatik ekran, fare, klavye ve otonom çalışma için dahili pillere sahip kompakt bir mobil veri toplama sistemidir. Dewesoft, gerektiğinde bağımsız, araç içi veya uzaktan test ve ölçüm uygulamaları için Li-ION pil paketleri de tedarik etmektedir.

Ayrıca LETEV, elde edilen verilerin analizini kolaylaştırmak ve minibüsün hızı, mesafesi ve yük kapasitesine ilişkin akü kapasitesini tanımlamak için Dewesoft Güç Analizi çözümünü kullandı. Bu tür veriler, diğer birçok şeyin yanı sıra, batarya geliştirme – verimlilik analizi, hücre karakterizasyonu, direnç testleri, şok testleri, kısa devre analizi, aşırı ısınma / aşırı yük testleri, yaşlanma testleri vb. ve hatta izleme uygulamaları için (veri kaydı, geçici kayıt, şarj ve deşarj analizi, vb.) için yararlı olabilir.

Birçok parametre elektrikli araçların enerji tüketimini ve sürüş menzilini etkileyebilir. Bu parametreler sıcaklık, hava koşulları, yol kalitesi, farklı sürüş durumları (yokuş yukarı, yokuş aşağı, şehir içi, toprak veya karma sürüşler) veya farklı sürüş stilleri gibi çevresel parametreler olabilir. Dewesoft Power Analyzer, sürüş testleri sırasında tüm bu parametreleri dikkate alarak enerji analizine olanak tanır.

Ölçüm için kullanılan bileşenlerin listesi

• SIRIUSir-HS-8xLV kartı ve SIRIUS-AMP-2xHS-HV2xHS-STG+-DUAL kartı ile SIRIUS-R2DB
• DS-CLAMP-1800DC – Hall etkili pens ampermetre
• DS-GPS-SYNC-10Hz – PPS ve NMEA protokollü 10 Hz GPS alıcısı/anteni

Turlar sırasında kullanılan elektrikli minibüs, Türk şirketi Karsan’ın Jest modeliydi. Jest, gücünü yüksek hızlanma performansı sunan %100 elektrikli bir BMW motorundan alıyor. BMW lityum-iyon piller ve şarj teknolojisi minibüse güç veriyor.

Tablo 1. Minibüsün En Önemli Teknik Özellikleri

Karsan elektrikli minibüsü Şekil 2’de gösterildiği gibi on sabit ve iki katlanır koltuğa sahiptir. Maksimum yükte, on yolcunun ayakta olduğu varsayılmaktadır.

Şekil 2. Elektrikli Minibüs ve Elektrikli Minibüsteki Koltuk Dağılımı

Testleri hazırlamak için kullanılan metodoloji aşağıdaki gibidir:

• İlgilenilen güzergahların tanımlanması
• Her yük koşulu için ilgili hatlar üzerinde en az üç enstrümanla sefer gerçekleştirilmesi Uç durumlar -yolcusuz bir yolculuk ve aracın maksimum kapasitesi ile yapılan bir yolculuk – değerlendirilmiştir.
• Veri işleme ve analizin gerçekleştirilmesi
• Ulaşım birimlerinin enerji tüketiminin ölçülmesi
• Değerlendirmeyi gerçekleştirmek için METROBÜS ulaşım sisteminin 4 numaralı güzergahı seçilmiştir. Yörünge CETRAM Pantitlan’dan başlamış, Mexico City’deki alışveriş merkezinin yanında bulunan Hidalgo istasyonuna varmış ve başlangıç noktasına geri dönmüştür. Değerlendirme sırasında yörünge, Şekil 3’ün uydu görüntüsünde sarı çizgi ile tanımlanan rotaları izlemiştir. Kat edilen ortalama mesafenin bölüm başına 19,3 km olduğu tahmin edilmektedir.

Şekil 3. “METROBÜS” Ulaşım Sisteminin 4. Hattındaki Testler Sırasında İzlenen Yörünge

Elektrikli minibüs üzerinde gerçekleştirilen testlerin özellikleri Tablo 2’de görülebilir.

Tablo 2. Deneysel Testler CETRAM Pantitlan’dan Hidalgo’ya ve Geri METROBUS CDMX 4 Güzergahında Yapılan Deneysel Testler

Şekil 4, veri toplama ekipmanının elektrikli aracın içine kurulumunu göstermektedir, akım sensörleri batarya bankasının güç hatlarına ve aracın gösterge paneline monte edilmiştir.

Şekil 4. Veri Toplama Ekipmanının Araç İçine Yerleştirilmesi

Dokuz testin altısı Tablo 2’de belirtildiği gibi statik ağırlık ile yapılmıştır. Şekil 5, bu amaçla kullanılan kurşun-asit bataryaların düzenini göstermektedir.

Şekil 5. Statik Akü Ağırlıklı Minibüs Ünitesi

Şekil 6, 7 ve 8 elektrikli araç üzerinde yapılan testler sırasında toplanan anlık hız verilerinin örnekleridir. Veriler, her bir rotanın sürüş haritasını elde etmek ve farklı araç konfigürasyonlarının simülasyonlarını gerçekleştirmek için istatistiksel olarak işlenmiştir.

Şekil 6. Statik Ağırlık veya Hız Regülatörü Olmadan MB Taşıma Sisteminin 4. Güzergahındaki Bir Yolculuk İçin Hız vs. Zaman Grafiği

Şekil 7. Statik Ağırlıklı MB Taşıma Sisteminin Rota 4 Yörüngesindeki Bir Test Turu İçin Hız vs. Zaman Grafiği, kontrollü hız olmadan

Şekil 8. Statik Ağırlıklı ve 50 km/saat Hız Kontrollü MB Ulaşım Sisteminin 4. Güzergahındaki Bir Yolculuk İçin Hız vs. Zaman Grafiği

Ayrıca, Şekil 9, 10 ve 11, MB ulaşım sisteminin 4. hattında üç farklı sürüş durumundaki yolculuklar sırasında elektrikli minibüsün çalışma voltajını göstermektedir.

Şekil 9. Statik Ağırlıklı veya Hız Regülatörü Olmadan MB Taşıma Sisteminin 4. Güzergahındaki Bir Yolculuk İçin Gerilim vs Zaman Grafiği

Şekil 10. Statik Ağırlıklı MB Taşıma Sisteminin 4. Güzergahındaki Bir Yolculuk İçin Gerilim vs Zaman Grafiği, kontrollühız olmadan

Şekil 11. Statik Ağırlıklı ve Hızı 50 km/saat Olarak Yönetilen MB Taşıma Sisteminin 4. Güzergahındaki Bir Yolculuk İçin Gerilim vs. Zaman Grafiği

LETEV üç farklı türde test gerçekleştirmiştir; ilkinde minibüs, hız regülatörü olmadan ve testlerin geliştirilmesi için gerekli minimum sayıda kişiyle (dört yolcu ve operatör) sürülmüştür. İkinci ölçümde, statik ağırlık olarak yaklaşık 45 kurşun-asit akü kullanıldı; hız sınırlandırılmadı. Üçüncü ölçümde, elektrikli minibüsün azami hızı 50 km/saat olacak şekilde gerçekleştirilmiştir.

Önerilen her bir test türü için üç tur yapılmıştır; böylece “METROBÚS” ulaşım sisteminin 4. hattında toplam dokuz sürüşten veri elde edilmiştir.

Şekil 12’deki grafik, MB’nin 4. hattındaki yolculuklar sırasında kaydedilen anlık gücün bir örneğini sunmaktadır; kırmızı çizgi elektrik motorunun güç talep ettiği zamanı gösterirken, yeşil çizgi rejenerasyon sisteminin aktif anlarını temsil etmektedir.

Şekil 12. Statik Ağırlık veya Hız Regülatörü Olmadan MB Ulaşım Sisteminin 4. Güzergahındaki Bir Test Turu İçin Güç Grafiği

Gerçekleştirilen dokuz testin işlenmesinden elde edilen ortalama sonuçlar Tablo 3’te görülebilir; öngörülen günlük tüketim, günde 14,23 yolculuğa eşdeğer mesafe ve araçta kayıtlı özel tüketim dikkate alınarak elde edilmiştir.

Tablo 3. Deneysel Testlerin Ortalama Sonuçları

Sonuçlar

Mexico City’deki “METROBÜS” ulaşım sisteminin 4. hattında geliştirilen deneysel güzergahlara dayanarak şu söylenebilir:

• Değerlendirme turlarının ortalama süresi 84.33 dakikadır.
• Yolculuk başına kat edilen ortalama mesafe 19,3 km’dir.
• Günlük 20 saatlik bir çalışma süresi düşünüldüğünde, birim başına öngörülen tüketim 91,76 kWh’dir. Batarya bankasının kullanılabilir enerjisinin 79,2 kWh (88 kWh’nin %90’ı) olduğu göz önünde bulundurulduğunda, seçilen aracın taşıma sistemi güzergahında çalışabilmesi için otonomisinin artırılması veya çalışma süreleri boyunca ünitelerin yeniden şarj edilmesi için yeterli lojistiğin oluşturulması gerekecektir.
• Bir aracın otonomisinin temsili bir değerini elde etmek için hız, voltaj, akım vb. anlık değerlerin elde edilmesi önemlidir. Dewesoft‘un SIRIUS’u gibi kolay konfigürasyona sahip taşınabilir bir veri toplama sistemine sahip olmak deneysel testlerin geliştirilmesini kolaylaştırmıştır.
• Turlar sırasında toplanan veriler, CDMX “METROBÜS” ulaşım sisteminin kuzeyindeki 4. hattın “sürüş döngüsü” karakteristiğinin elde edilmesini sağlamıştır; bu bilgiler AVL CRUISE M simülasyon sistemine girilerek daha büyük birimlerin enerji tüketiminin tahmin edilmesi amaçlanmıştır. Elde edilen sonuçlar, ulaşım sistemine dahil edilecek elektrikli ünitelerin daha iyi seçilmesi için bir yönlendirme sağlamıştır. Buradan yola çıkarak, daha büyük üniteler için gereken güç talebinin üretici tarafından önerilenden daha az olduğunu tahmin etmek ve böylece maliyetlerde önemli bir düşüş elde etmek mümkün olmuştur.

Gelecekteki Çalışmalar

Düşük fiyatlar, devlet teşvikleri ve sübvansiyonların yanı sıra enerji bağımsızlığı ihtiyacı ve çevre sorunları nedeniyle birçok ülkede elektrikli araçların (EV) benimsenmesinde sürekli ve hızlı bir artış bulunmaktadır. Elektrikli araçların birkaç yıl içinde özel otomobil pazarına hakim olması beklenmektedir.

Bu elektrikli araçlar bataryalarını şebekeden şarj edecektir ve doğru kullanılmadıkları takdirde ciddi etkilere neden olabilirler. Öte yandan, doğru yönetildikleri takdirde elektrik şebekesine birçok fayda sağlayabilir ve ev sahiplerine gelir getirebilirler.

“Laboratorio de Evaluacion de Tecnologıas vehiculares” (LETEV) projesinin gelecekteki aşamalarında, elektrikli araçların şarj edilmesinin elektrik güç sistemleri üzerindeki, özellikle kontrolsüz şarjla ilgili olası olumsuz etkileri gözden geçirilecektir. Proje, bu etkilerin kontrollü yükleme ve boşaltma yoluyla nasıl azaltılabileceğini belirleyecektir.

Bunun için saha testleri sırasında Dewesoft veri toplama sistemi ve sensörler kullanılacaktır:

• Elektrikli araçların kontrolsüz şarj edilmesinin puant talep artışı üzerindeki etkileri,
• Voltajın kabul edilebilir sınırlardan sapması,
• Tek fazlı şarj cihazları nedeniyle faz dengesizliği,
• Harmonik bozulma,
• Güç sistemi ekipmanlarının aşırı yüklenmesi ve güç kayıplarının artması