Browsing by Author "Ertan, Hulusi Bülent"

Now showing 1 - 6 of 6

El Rehabilitasyonu için Geliştirilen Harici İskeletin Optimal Tasarımı
(2019) Mohammadzadeh, Mohammad Hassan Gol; Ertan, Hulusi Bülent; Arıkan, Kutluk Bilge
Bu tez çalışması, robotik el rehabilitasyon sistemi tasarım ve uygulamasını hedefleyen bir proje kapsamında gerçekleştirilmiştir. Beyin damarlarını etkileyen kazaların yol açtığı sakatlıklar hemiplejik olduğundan, projede işlev kaybı olan elin dış iskelet tarafından yönlendirildiği bir sistem üzerine yoğunlaşılmıştır. Bu çalışmada robotik harici iskelet, görsel uyaran yazılımı ve ayna nöron sistemi aktivitesini gözlemleyen ölçüm sistemi ile senkronize bir biçimde çalışmaktadır. Bu tez kapsamında harici iskelet mekanizmasının, ileri ve tersine aktarım açıları ve hedeflenen kinematiği kullanan bir çoklu amaç fonksiyonu ile eniyilenmesi hedeflenmiştir. Çoklu gövde dinamiği modelleri ve sanki-statik yapıdaki kinetik modeller, tasarım ve benzetim amaçlı geliştirilmiş ve kullanılmıştır. Projemizde insan parmağının eklemlerindeki pasif torklar tam ve kesirli mertebe diferansiyel denklemlerle modellenmiştir. Parmağın dış iskelet ile bütünleşik benzetimlerinde tam ve kesirli mertebeden pasif torklar uygulanmıştır. Kesirli mertebe torklar, parmakta spastisite sonucu oluşan anomalinin modellenmesi için önerilmiştir. İnce kavrama hareketini sağlamak amacıyla PID ve FEL tipi denetimciler tasarlanmış ve model üzerinde sınanmıştır. Uyarlamalı bir kontrolcü olan FEL'in, kesirli mertebe pasif torklar etkin olduğunda PID'den daha başarılı sonuçlar verdiği gözlenmiştir. Direkt ve tersine sanki-statik modellerin, pasif torkların kestirimine yönelik kullanımı da tez kapsamında sunulmuştur.
Elektrikli Otomobillerdeki Li-ion Bataryaların Termal Davranışının Tahmin Edilmesi
(2024) Berbecı, Bernardo Jose Azuaje; Ertan, Hulusi Bülent
As the popularity of EVs continues to rise, research efforts on lithium-ion batteries (LIBs) are intensifying. Thermal runaway (TR) in LIBs is a serious concern for the safe operation of these high-energy-density batteries that is yet to be overcome. The EV's battery is a critical component and is considered the most susceptible to failure. If the LIB fails, the EV becomes immobile. Overheating and TR may arise from the operating conditions of the EV, a failure in the cooling system, or malfunctioning faults in some of the LIBs. Predicting TR and warning passengers is critical to mitigating injuries from TR-induced LIB failure in EVs. This thesis work proposes a reliable model to predict voltage variation, heat generation, temperature rise, and the process leading to TR of a LIB under its operating conditions (charging-discharging). Such a model can be used to design battery packs more resilient to TR or assess how a battery pack would perform under hazardous conditions. The approach adopted in this thesis is based on a numerical analysis of a multilayered electrochemical-thermal model of LIB. In this scope, the development of the model (integrating Newman's and Hatchard's models) is first addressed. Tuning the parameters of a LIB for accurate results from this numerical model is presented, as well as the details of the approach in the thesis. Experiments are performed under several LIBs, and their voltage and surface temperature variations are measured under various operating conditions, including TR. Measurements of voltage and temperature for the LIB under test are compared with the numerical predictions obtained from the proposed model. An excellent agreement is observed with the experimental results, proving the accuracy of the proposed approach. Subsequently, two extensive sets of case simulations using the proposed model were conducted to investigate and identify conditions that trigger the onset of TR. The initial set of case simulations assumed a constant operating current condition and open-air ambient temperature. The second set of case simulations considered realistic EV operating conditions, incorporating the ambient temperature of the battery pack to predict LIB's thermal response in the event of a cooling system failure. The approach in this thesis can be configured to give results in a few minutes. The thesis also discusses how the developed approach can be used to create a TR warning during operating conditions or to change the mode of operation of a LIB before a hazard occurs.
Elektrikli Otomobillerdeki Li-ion Bataryaların Termal Davranışının Tahmin Edilmesi
(2024) Berbecı, Bernardo Jose Azuaje; Ertan, Hulusi Bülent
Elektrikli araçların popülaritesi artmaya devam ettikçe, lityum-iyon bataryalar (LIBs) üzerindeki araştırma çabaları da yoğunlaşmaktadır. LIB'lerdeki termal kaçak (TR), bu yüksek enerji yoğunluklu pillerin güvenli çalışması için henüz üstesinden gelinmemiş ciddi bir endişe kaynağıdır. EV'nin bataryası kritik bir bileşendir ve arızaya en duyarlı bileşen olarak kabul edilir. LIB arızalanırsa, elektrikli araç hareketsiz hale gelir. Aşırı ısınma ve TR, elektrikli aracın çalışma koşullarından, soğutma sistemindeki bir arızadan veya bazı LIB'lerdeki hatalı çalışmalardan kaynaklanabilir. TR'yi tahmin etmek ve yolcuları uyarmak, elektrikli araçlarda TR kaynaklı LIB arızasından kaynaklanan yaralanmaları azaltmak için kritik öneme sahiptir. Bu tez çalışması, voltaj değişimini, ısı üretimini, sıcaklık artışını ve birLIB'nin çalışma koşulları altında (şarj-deşarj) TR'ye yol açan süreci tahmin etmek için güvenilir bir model önermektedir. Böyle bir model, TR'ye karşı daha dirençli batarya paketleri tasarlamak veya bir batarya paketinin tehlikeli koşullar altında nasıl performans göstereceğini değerlendirmek için kullanılabilir. Bu tezde benimsenen yaklaşım, LIB'nin çok katmanlı bir elektrokimyasal-termal modelinin sayısal analizine dayanmaktadır. Bu kapsamda, ilk olarak modelin geliştirilmesi (Newman ve Hatchard'ın modellerinin entegre edilmesi) ele alınmaktadır. Bu sayısal modelden doğru sonuçlar elde etmek için bir LIB'nin parametrelerinin ayarlanması ve tezdeki yaklaşımın ayrıntıları sunulmuştur. Çeşitli LIB'ler üzerinde deneyler gerçekleştirilmiş ve TR de dahil olmak üzere çeşitli çalışma koşulları altında voltaj ve yüzey sıcaklığı değişimleri ölçülmüştür. Test edilen LIB için voltaj ve sıcaklık ölçümleri, önerilen modelden elde edilen sayısal tahminlerle karşılaştırılmıştır. Önerilen yaklaşımın doğruluğunu kanıtlayan deneysel sonuçlarla mükemmel bir uyum gözlemlenmiştir. Daha sonra, TR başlangıcını tetikleyen koşulları araştırmak ve tanımlamak için önerilen model kullanılarak iki kapsamlı vaka simülasyonu seti gerçekleştirilmiştir. İlk vaka simülasyonu setinde sabit bir çalışma akımı koşulu ve açık hava ortam sıcaklığı varsayılmıştır. İkinci vaka simülasyonu seti, soğutma sistemi arızası durumunda LIB'nin termal tepkisini tahmin etmek için batarya paketinin ortam sıcaklığını da içeren gerçekçi elektrikli araç çalışma koşullarını dikkate almıştır. Bu tezdeki yaklaşım birkaç dakika içinde sonuç verecek şekilde yapılandırılabilir. Tezde ayrıca, geliştirilen yaklaşımın çalışma koşulları sırasında bir TR uyarısı oluşturmak veya bir tehlike meydana gelmeden önce bir LIB'nin çalışma modunu değiştirmek için nasıl kullanılabileceği tartışılmaktadır.
Hev Araçlar için Ortalama Değer Yaklaşımıyla İçten Yanmalı Motor Modellenmesi Bir Durum Çalışması: Hbo Motoru
(2020) Çakmak, Nevzat; Bayka, Ahmet Demir; Ertan, Hulusi Bülent
Bu tez çalışmasında, konvansiyonel araçların hibrit elektrikli araca çevrilmesi için iki durum çalışması incelenmiştir. Birinci durum çalışmasında, seri hibrit mimarisinin kullanıldığı ve içten yanmalı motorun menzil genişletici veya araç şarj modülünün bir parçası olarak çalıştığı varsayımı kabul edilmiştir. İkinci durum çalışmasında ise paralel hibrit mimarisinin kullanıldığı ve içten yanmalı motorun arka tekerlekler üzerine yerleştirilmiş fırçasız DC motorlar ile desteklendiği varsayımı kabul edilmiştir. Durum çalışmalarını örneklemek için yeni tasarım tek silindirli HBO motoru ve tasarlanıp üretilen fırçasız DC motor kullanılmıştır. Her iki durum çalışmasında da, alt sistemlerin kesin/doğru matematiksel modellerine ihtiyaç vardır. Bu yüzden içten yanmalı motorun modellenmesi için ortalama değer motor modelleme yaklaşımı kullanılmıştır. Ve örnekleme amacıyla HBO motorunun bazı alt sistemleri bu yaklaşım ile modellenmiş ve test edilmiştir. Ayrıca, hava akşını tespit edebilen özgün bir yakıt enjeksiyon sistemi/kiti tasarlanmış ve motor üzerine monte edilmiştir. Böylelikle karbüratörlü yakıt sistemi elektronik tek noktalı enjeksiyon sistemine çevrilmiş ve motor testleri esnasında kullanılmıştır. Son kısımda hibrit araç mimarileri, çekiş motorları ve onların matematiksel modellerinin tanıtılmasının ardından ikinci durum çalışması için paralel hibrit mimarisi özel yapım bir fırçasız DC motor ile uygulanmıştır. Motor tasarlanmış, üretilmiş ve Fiat Doblo aracın arka tekerlekleri (fren kampanası) üzerine monte edilmiştir ve montajlı hali ile dinamometre üzerinde test edilmiştir. HBO tasarımcısının isminin baş harfllerini temsil etmektedir, Hasan Basri Özdamar
Tyre Slip Control Methods for Electric Vehicles
(2021) Javed, Nofal; Ertan, Hulusi Bülent; Alhajdıbo, Moustapha
Bu araştırmanın amacı, Matlab'ın Simulink'inde bir elektrikli araç modeli oluşturmaktır. Değerlendirmeye alınan araç tipi 4×4 tamamı tek teker çalışan akülü elektrikli araçlardır 1080 kg boş ağırlığa sahip araç, tüm tekerlekler aynı yol koşullarında çalışır. Newton'un hareket yasası, modeli tasarlarkenki temel yaklaşımdır. Çekiş kontrol sistemi (TCS) ile birlikte kilitlenmeyi önleyici fren sistemi (ABS), modelin şemasını oluşturan birincil bakış açısı olarak takip edilen kontrol teknikleridir. Model oluşturulduktan sonra simülasyon sonuçları farklı parametreleri verir, yani uzunlamasına hız, yanal hız, sapma hızı, uzunlamasına ivme, yanal ivme, sapma ivme, elektrikli bir aracın tekerleklerine etki eden farklı türden kuvvetler vb. Araştırmanın amacı, elektrikli aracın slip değerini (senkronize hız ve rotor hızının arasındaki fark) bulmaktır. Takip ettiğim lastik modeli Pacejka lastik modelidir, bir diğer deyişle sihirli lastik formülü. Slip, farklı direksiyon değerleri uygulayarak farklı sonuçlar verir, direksiyon açısı değerleri -30º ila + 30º arasında alınır. Slip de farklı yol koşullarına, örneğin ıslak, kuru, karlı veya buzlu olmasına bağlı olarak değişir. Önerilen modelde kuru yol koşulları dikkate alınmıştır. Slip elde edildikten sonra üç farklı kontrolör yaklaşımı ayrı ayrı sağlanmıştır. Önerilen kontrolör teknikleri orantılı-integral-türev kontrolör (PID), kayan mod kontrolörü (SMC) ve bulanık mantık kontrolörüdür (FLC). farklı yol koşulları (yani kuru asfalt, ıslak asfalt, kar ve buz) dikkate alınır. Kayma aralığı her zaman 0 ile 1 arasındadır. Üç tip kontrolör de geri besleme kontrolörleridir, bu da elde edilen çıktının elde edilen hatayı en aza indirmek için kontrolöre girdi olarak geri verileceği anlamına gelir. Kontrolörler, yani PID, SMC ve FLC uygulandığında, üç ayrı kontrolörün tümünün sonuçları elde edilir ve ardından karşılaştırmalar, her bir kontrolörden tek tek gerçekleştirilir. Önerilen elektrikli araç üzerinde gerçekleştirilen sonuçlar, FLC'nin üç kontrolör tekniği arasında en iyi sonucu verdiği yönündedir.
Yüksek Tork Yoğunluklu Endüksiyon Motoru Tasarımı
(2025) Sıddıque, Muhammad Salık; Ertan, Hulusi Bülent
Bu tez, Türkiye'de Ankara metro trenleri için üretilen 125 kW'lık bir indüksiyon prototip motorunun tasarımını geliştirerek indüksiyon motorları (IM) ile daimi mıknatıslı senkron motorlar (PMSM) arasındaki performans farkını kapatmaya odaklanmaktadır. Yüksek verimleri sayesinde daimi mıknatıslı motorlar elektrikli araçlarda yaygın kullanım ve popülerlik kazanmış olsa da, nadir toprak elementlerine olan bağımlılıkları, tüm hız aralığında yüksek verimi koruyan, nadir toprak elementlerinden bağımsız, maliyet-etkin alternatiflerin araştırılmasını gerektirmektedir. Sunulan araştırma, prototipin uluslararası standartlara göre test edilmesiyle başlamaktadır. Bu prototip motorun 2D modeli geliştirilmiş ve performansı ANSYS Maxwell yazılımında sonlu elemanlar analizi (FEA) kullanılarak benzetimle tahmin edilmiştir. Model, tahmin sonuçları ile test sonuçlarının karşılaştırılmasıyla geliştirilmiştir. Bu şekilde, motor momentini, akımı, kayıpları ve genel verimi %1 doğruluk içinde tahmin edebilen hassas bir model elde edilmiştir. Bu model, prototip motorun kayıp dağılımını incelemek için kullanılmıştır. Önemli kayıp bileşenleri bu yöntemle daha ayrıntılı dağıtılabilmiş ve harmonik kayıplar sonlu elemanlar yöntemi yardımıyla ayrıştırılmıştır. Motorun verimini artırmak için bu analiz esastır. Kayıp dağılımı belirlendikten sonra kayıpları ortadan kaldırma yolları aranabilir ve motorun verimi artırılabilir. Verimin artırılması, ya motor çıkışının modifikasyon öncesi kayıp seviyesine ulaşana kadar yükseltilmesini ya da motorun daha soğuk çalışmasını sağlar. Geliştirilen model kullanılarak, ilk olarak manyetik yükleme değiştirilerek ve iletken kesit alanı artırılarak stator tarafındaki bakır kayıplarının azaltılması araştırılmıştır. Bu, prototip motora kıyasla bakır kayıplarını azaltmasına rağmen, manyetik yüklemenin artırılmasının doyum seviyesini (çekirdek kayıpları %13 artmıştır) ve manyetize edici akımı yükselttiği, bu nedenle stator akımının yaklaşık %15 arttığı ve güç faktörünün benzer oranda azaldığı bulunmuştur. Motor performansını iyileştirmek için diğer bir önemli strateji motor iç çapını artırmak ve böylece, kalkış ve maksimum moment dahil stator ve rotor oluk alanlarını artırabilmektir. stator iç çapının yeniden boyutlandırılmasıyla iyileştirmektir. İç çap, rotor ve stator diş genişlikleri korunacak şekilde artırılmış ve stator arka çekirdeğinde hedeflenen akı yoğunluğu (1.85 T tepe) sağlanmıştır. İç çapın artırılması, manyetik yüklemeyi azaltmaktadır. Bu çalışmada iç çapın artirilması verimi %93.7'den %93.9'a çıkarmıştır. Kayıplar azalmış olsa da, prototip motora kıyasla manyetik yükleme çalışmasında olduğu gibi sınırlı artış, optimal stator iç çapının araştırılması gerektiğini göstermektedir. Artırılan iç çap, rotor arka çekirdeğinde daha fazla alan oluşturduğu için rotor bakır çubuğunun yüksekliğinin artırılmasına da imkân vermektedir. Optimal iç çap ve daha derin rotor çubukları kullanılarak motor verimi %93.9'dan %94.5'e ulaşmıştır (optimal iç çap = 280 mm, artırılmış iç çap = 284 mm). Azaltılmış manyetik yükleme ile çekirdek neredeyse hiç doymamakta ve stator akımı prototip motor seviyesinde kalmaktadır. Kayıp dağılımının incelenmesi ayrıca stator oluklardan kaynaklanan yüksek harmonik kayıplara işaret etmektedir. Tezin ikinci odak noktası, toplam kaybın %13'ünü oluşturan harmonik çekirdek ve bakır kayıplarının azaltılmasıdır. Harmonik kaybı azaltmak için yarı kapalı stator olukları kullanılmıştır. Hava aralığındaki harmonik akı bileşenlerinin büyüklüğünün azalması, prototip motora kıyasla rotor yüzey çekirdek kaybını ve bakır kaybını %55 azaltmıştır. Ancak, yarı kapalı oluklar önceden sarılmış stator sargıları için tercih edilmemektedir. Bu sorunu çözmek için, yarı kapalı oluklara alternatif olarak stator açık olukları üzerine kılıf (sleeve) adı verilen ince bir silisli saç tabaka yerleştirilmiştir. Bu çözüm de prototip motora kıyasla harmonik kayıpları en fazla %55 azaltmaktadır. Benzetim çalışmalarında, kalan harmonik kaybın %40'ının rotor çubuklarında gerçekleştiği gözlemlenmiştir. Rotor çubuklarındaki kayıp dağılımının incelenmesi, bu kayıpların çoğunluğunun, belirli bir derinliğe kadar bara içine nüfuz eden temel harmoniklerden kaynaklandığını göstermektedir. Dolayısıyla, rotor çubuklarının harmonik nüfuz derinliğinden daha derine yerleştirilmesiyle harmonik kayıpların daha da azaltılması mümkündür. Bu tezde, rotor çubuklarının temel harmoniklerin ulaştığı derinliğin ötesine yerleştirilmesiyle, harmonik rotor bakır kaybını azaltmayı amaçlayan, yeni rotor oluk tasarımları önerilmektedir. Eğimli oluk dudakları (tapered slot lips) ve boş üst oluk yapıları (empty-top slot) gibi tasarımlar temel harmoniklerden kaçınmaya yardımcı olmaktadır. Önerildiği şekilde çubuklar yerleştirildiğinde, harmonik rotor bakır kaybında %80'e kadar (0.73 kW'tan 0.15 kW'a) azalma sağlanabileceği bulunmuştur. Optimal iç çap, eğimli dudaklı rotor oluğu ve stator açık oluklar üzerine yerleştirilen kılıfın birleşimiyle oluşturulan yeni tasarım %95 verim sağlamaktadır. Yeni tasarımın güç faktörü hafifçe azalmış, ancak prototip motora kıyasla %2 içinde kalmıştır (0.87'ye karşı 0.88) ve kalkış momenti %3 artmıştır. Kılıf ve demir çerçeve bazı ek çekirdek kayıpları getirse de, toplam kayıplar prototip motora kıyasla 8.44 kW'tan 6.6 kW'a önemli ölçüde azalmıştır. Özellikle stator bakır kayıpları %12, rotor bakır kayıpları %47 ve rotor çekirdek kayıpları %75 azalmıştır. Lütfen dikkat ediniz ki yeni tasarımda harmonik kayıpların %80'i (rotor diş kaybı ve harmonik rotor bakır kaybı) prototip motora kıyasla ortadan kaldırılmıştır (1 kW'tan 0.19 kW'a). Örneğin, prototip motor bir PMSM olsaydı, verimi %96.1 olurdu (rotor bakır kaybı ve manyetize edici akım olmadığı varsayıldığında). Bu değer, %95 verime ulaşan geliştirilmiş yeni tasarım motora oldukça yakındır. Prototip motorun kayıp dağılım analizi, kayıpların %30'unun çekirdek kaybı olduğunu göstermektedir. Daha iyi bir çekirdek malzemesi arayışı yapılmıştır. JFE süper çelik 10JNEX900 malzemesi çekirdek laminasyonlarında kullanıldığında, yeni tasarımın veriminin %93.7 verimli prototip motora kıyasla %96.2'ye çıkarılabileceği bulunmuştur. Ayrıca farklı rotor çubuğu malzemeleri de araştırılmıştır. Bakır alüminyum oksit CuAl2O3 bu amaç için uygun bulunmuştur. FE analizleri, yeni çubuk malzemesiyle rotor bakır kaybında (120 W) ve verimde (%0.1) minimal bir iyileşme olduğunu göstermiştir. Bunun nedeni, prototip rotor çubuğu malzemesinin zaten yüksek iletkenliğe sahip olmasıdır. Özetle, bu tez, çekiş uygulamalarında indüksiyon motoru performansını artırmaya yönelik etkili bir tasarım yaklaşımı geliştirmektedir.