Tam elektrikli araçlar, güç ihtiyacını tamamen elektrikten sağlayan araçlardır. Elektrikli araçlara BEV araçlar denir, BEV: Battery Electric Vehicle: Batarya Elektrikli Araç da denir. Aracı hareket ettiren elektrik enerjisi, aracın özel batarya paketinde depolanır. Batarya, ev elektriğiyle (uzun süren) şarj edilebileceği gibi, hızlı şarj istasyonlarında daha kısa sürede de şarj edilebilir. Elektrikli araçlarda iki tip akü vardır; biri klasik 12 voltluk kurşun asit akü (araç donanımları için), diğeri lityum iyon batarya (aracın tahriki için 300-400 volt). Aracın ağırlığının ve maliyetinin büyük bir kısmını bataryası oluşturur ve genellikle koltukların altında aracın zemininde konumlandırılmıştır. Elektrikli araç akülerinin şarj edilmesi veya deşarj edilmesi sırasında verim yaklaşık %90’dır. Yani tam dolu bir bataryanın ürettiği elektriğin %90’ı harekete (faydalı işe) dönüşürken, %10’luk bir kayıp ısıya dönüşmektedir. Bataryanın şarj edilmesi sırasında da benzer durum söz konusudur, enerjinin bir kısmı ısıya dönüşür.
Elektrikli Araçların Temel Bileşenleri:
*Elektrik Motoru (Bkz: Elektrik Motoru Özellikleri ve Çeşitleri)
*Batarya (Bkz: Batarya Çeşitleri ve Özellikleri)
*Güç Elektroniği (Güç Yönetim Sistemi)
Elektrikli Araçlardaki Sistemler:
*Yüksek gerilimli batarya.
*Batarya kontrol ünitesi (bataryanın şarj ve deşarjını yöneten sistem).
*Transmisyon (diferansiyel ve redüksiyon dişlileri)
*Fren sistemi
Elektrikli Araçlardaki Parçalar:
*Güç Kontrol Ünitesi
*Diferansiyel ve Dişli Kutusu
*Yüksek Gerilim Tesisatı (Kabloları)
*Batarya Kontrol Ünitesi
*Şarj Ünitesi ve Bağlantısı - AC/DC Dönüştürücü
*Isıtma Sistemi
*Soğutma Sistemi
*Elektrikli Klima Kompresörü
*Invertör
*DC/DC Dönüştürücü
Dişli Kutusu (Diferansiyel ve Redüksiyon Dişlisi)
Elektrikli araçlarda vites kutusu (şanzıman) bulunmaz. Sürücü araç hızını ve torkunu değiştirmek için vites değişimi yapmaz, araçta bu şekilde vites kademeleri de bulunmaz. Fakat elektrikli araçlarda bir dişli kutusu bulunur, bu dişli kutusu aslında 1 vitesli bir dişli sistemi ile diferansiyelin birleşiminden oluşur. Sabit bir vites kademesi sağlayan bu 1 vitesli dişliye redüksiyon dişlisi de denir. Dişli kutusundaki dişli oranı yaklaşık 10:1 (i=10)’dir. Yani elektrik motorunun devri 10 kat azaltılırken, tork 10 kat arttırılarak diferansiyele (ayna dişliye) iletilir. Motorlu araçla çekiş ve sürüşün yapısı gereği sağ ve sol tekerlekler faklı hızlarda dönmesi gerektiğinden dolayı, elektrikli araçlarda da diferansiyel kullanılır.
Alternatif akımı doğru akıma ve doğru akımı alternatif akıma çevir, iki yönlü-görevli çalışan bir donanımdır. Trifaze (3 fazlı) alternatif akımı doğru akıma çeviren alettir. Doğru akıma çevrilen elektrik akımı bataryayı şarj etmek için kullanılır. Önce elektrik akımının yönü değiştirilir (doğrultulur), sonra da akım pürüzsüzleştirilerek neredeyse sabit bir doğru akıma dönüştürülür. Tam tersi durumdaysa, bataryanın doğru (DC) akımı, 3 fazlı alternatif (AC) akıma dönüştürülerek elektrikli aracın elektrik motoruna gönderilir. İnvertöre “Transdüser” (Güç Çevirici) veya “DC/AC Convertor” (DC/AC Dönüştürücü) isimleri de verilir.
DC/DC Convertor (DC/DC Dönüştürücü)
DC/DC dönüştürücü, yüksek voltajlı doğru akımı (DC), düşük voltajlı doğru akıma dönüştürür. Elektrikli aracın yüksek gerilimli (300-400 volt) elektrik akımı, aracın klasik aküsünü şarj etmek için 13-14 volt gerilime düşürülür. DC/DC dönüştürücü, invertörle birlikte toplu olarak yüksek gerilimli sistemde bulunan güç elektroniği kutusunda (güç modülünde) bulunur.
Şarj Ünitesi ve AC/DC Dönüştürücü
Şarj ünitesi elektrikli araçlarda alternatif akımı (AC) doğru akıma (DC) dönüştürerek bataryaya iletir. Elektrik akımı bataryalarda sadece doğru akım (DC) olarak depolanabilir. Şehir şebekesi 220 volt iki fazlı alternatif (AC) akıma sahiptir. 380-400 volt gerilime sahip hızlı şarj istasyonları da 3 fazlı alternatif (AC) akım verirler. Elektrikli araçlar şarj edilmek üzere bu güç kaynaklarına bağlandıklarında, AC akım burada DC akıma dönüştürülerek bataryaya iletilir.
Elektrikli Araçta Yüksek Gerilim Tesisatı
Elektrikli araçlarda iki ayrı elektrik şebekesi (tesisatı) vardır; ilki klasik oto elektrik donanımları için 12 voltluk araç şebeke gerilimidir. Diğeriyse elektrikli aracın yüksek gerilimle çalışan bataryası ve elektrikli motorunu kapsayan yüksek gerilim tesisatıdır.Elektrikli araçlarda aracın tahriki için kullanın elektriğin gerilimi 300-400 voltluk yüksek gerilime sahiptir. Bu iki elektrik şebekesi birbirinden tamamen ayrıdır, sadece DC/DC dönüştürücü bu iki sistemin birleştiği donanımdır, yüksek gerilim düşük gerilime dönüştürülüp araç aküsünü şarj etmek için gönderilir.
Elektrikli araçlarda yüksek gerilim kabloları TURUNCU renklidir ve darbelere karşı dayanıklı yapıdadır. Kablolar turuncu renkli ilave örgü tabakayla takviye edilmiştir. Elektrik bağlantı uçları (konnektörler) ters kutuplama korumalı ve renk kodludur.
Yüksek voltajlı sistemin dışındaki donanımlar, 12 voltluk klasik (geleneksel) araç elektrik şebekesine bağlıdır. Örneğin elektrikli direksiyon, farlar, lambalar vb.
Araçtaki bazı donanımlar ise yüksek gerilimle çalıştırılır, örneği klima sistemi (klima kompresörü), ısıtma sistemi ve havalandırma sistemi gibi sistemler elektrikli aracın yüksek gerilimiyle beslenir, yani yüksek gerilim bataryasından tüketirler. Eğer elektrikli donanımın çalışması için çok fazla güç gerekmiyorsa, bunun elektrik beslemesi 12 voltluk şebekeden yapılır. Yüksek güç çeken donanımlar yüksek gerilim şebekesiyle beslenir ve bunların üzeri uyarı etiketleri yapıştırılır.
Elektrikli Araçta Fren Sistemi
Elektrikli araçlarda iki bağımsız fren sistemi bulunur.
*Klasik hidrolik fren sistemi
*Rejenerasyon fren sistemi
Klasik hidrolik fren sistemi, geleneksel araçlardakinin aynıdır. Fren servosunda ihtiyaç duyulan vakum etkisi, bir elektrikli vakum pompası tarafından sağlanır.
Rejenerasyon freninde, sürücü ayağını gazdan geçtiğinde ve yokuş inişlerinde, aracın mevcut hareket enerjisiyle dönen tekerleklerin hareketin elektrik üretilir, tekerleklerin dönüş hareketi, elektrik motoru/jeneratörünü döndürür ve elektrik üretilir, buna rejenerasyon denir. Üretilen elektrikle batarya şarj edilir, bu sayede menzil uzatılmış olur. Özellikle şehir içi trafiğindeki sürüşlerde bu sistem verimliliği çok artırır. Bu sırada oluşan frenleme etkisi aracın hızını düşürür, böylece frene basma ihtiyacı ve balataların aşınması azalır.
Elektrikli Araçların Sürüş Modları (BEV: Battery Electric Vehicle)
Elektrikli Sürüş Modu
Yüksek gerilimli batarya güç kontrol ünitesine elektrik akımını gönderir, güç kontrol ünitesi (içindeki invertör) doğru akımı alternatif akıma dönüştürür, gerilim güç ünitesinde güç ihtiyacına göre ayarladıktan sonra elektrik motoruna iletir, araç tahrik edilir.
Frenleme Rejenerasyonu
Sürücü ayağını gaz pedalından çektiğinde veya fren pedalına bastığında, aracın sahip olduğu hareket enerjisinin bir kısmı tekerlekler vasıtasıyla elektrik motoruna iletilir, bu durumda elektrik motoru bir jeneratör gibi çalışarak elektrik üretir ve bataryayı şarj eder.
Klima Sisteminin Çalışması (Isıtma ve Soğutma)
Aracın ısıtma ve soğutma sistemi, yüksek gerilimli bataryadan enerji alarak çalışır. Örneğin klima kompresörü elektriklidir ve enerjisini bataryadan alır. Bu sistemler aracın menzilinin kısalmasına sebep olur.
Elektrikli Aracın Şarj Durumu
Araç üzerinde bulunan şarj kablosu bağlantı ucundan araç şarj edilir. Şarj işlemi bittiğinde otomatik olarak sona erer. Şarj işlemi sırasında araçta elektrikli donanımlar kullanılıyorsa, örneğin klima ve kalorifer gibi, enerjilerini şarj voltajından alırlar.
Elektrikli Araçların Gelişimini Etkileyen Faktörler
Bugün içten yanmalı motorlardan, elektrik motorlu araçlara geçişin yaşandığı devrimsel yıllar yaşanmaktadır. Bu değişim, otomotiv endüstrisini baştan sona dönüştürecektir. Elektrikli araçların gelişimini ve yaygınlaşmasını etkileyen temel faktörler; Çevresel Etkiler, Politikalar (Devletler ve Yasalar), Ekonomi, Teknoloji, Toplumlar, Altyapı olarak sayılabilir.
Çevresel Etkiler: İklim değişikliği, küresel karbon dioksit (CO2) oranının azaltılması çabaları, gürültü emisyonunun azaltılması, hammadde tüketiminde oluşan farkındalık.
Politikalar: Emisyon sınırlaması getiren uluslar arası yasalar ve anlaşmalar, Düşük emisyonlı (low) veya emisyonsuz (zero emission) araçların piyasaya girişi, Ülkelerin gelişim planlarları ve hedefleri.
Ekonomi: Sınırlı petrol rezervleri, fosil yakıt fiyatlarının artması, petrol ihraç eden ülkelere bağımlılıktan kurtulma isteği.
Teknoloji: Elektrikli motorların, içten yanmalı motorlardan teknik olarak daha üstün ve verimli olması. Elektrikli araçlarda verimliliğin artması. Elektrikli araçlardaki yüksek gerilimin (300-400 volt) güvenli hale getirilmesi.
Toplum: Mobilitenin gelişmesi. Elektromobiliteye (elektrikli araçlara) karşı kabul edişin artması. Düşük tüketimli ve emisyonlu araçlara ilginin artması. Şehirleşmenin (kalabalık şehirlerin) artması.
Altyapı: Araçların şarjı için elektrik enerjisinin, evde, iş yerinde ve yolda sunabilecek şekilde alt yapıda kapsamlı gelişimin sağlanması.
Elektrik Motoru ve İçten Yanmalı Motor Verim Karşılaştırması
Verim, elde edilen faydanın, harcanan çabaya oranıdır (alınan/verilen). Gücün veya enerjinin aktarılmasında her zaman kayıplar yaşanacağından, verim daime %100'den küçüktür. Bir termik güç kaynağı olan içten yanmalı motorlarda, motordan alınan faydalı enerjinin (hareket enerjisi), yakılan yakıtın enerjisine oranı, motorun verimini verir. Yüksek verimli motorlar, kullanılan enerjiyi daha büyük oranda faydalı işe dönüştüren motorlardır, örneğin elektrik motorları gibi. Bir otomobilde nihai verimi hesaplamak için, içten yanmalı motorun verimi ve tüm aktarma organlarının verimleri çarpılır (Tahrik sisteminin verimi= İçten yanmalı motorun verimi x şanzıman verimi x diferansiyel verimi).
Yakıtın yanmasıyla elde edilen enerjinin yaklaşık olarak ancak %40-45’i kullanılabilir hareket enerjisi olarak alınabilmektedir. Enerjinin geri kalan %30’u egzoz gazlarıyla, geriye kalan %30’ise soğutma ve ısının yayılması yoluyla kaybolmaktadır. Benzinli motorların verimi %30-35, dizel motorların verimi %35-40 civarındadır. Yakıt hücreli (hidrojenli) araçlarda verim %85, elektrikli araçların elektrik motorunda verim %99'dur (aktarma kayıpları hariç). Birbirine hareket aktaran iki dişlinin verimi %98 - %99'dur, görüldüğü gibi birbirine hareket veren iki dişlide de sürtünme kayıpları sebebiyle az da olsa kayıplar meydana gelmektedir.
Yakıtın yanmasıyla elde edilen enerjinin yaklaşık olarak ancak %40-45’i kullanılabilir hareket enerjisi olarak alınabilmektedir. Enerjinin geri kalan %30’u egzoz gazlarıyla, geriye kalan %30’ise soğutma ve ısının yayılması yoluyla kaybolmaktadır. Benzinli motorların verimi %30-35, dizel motorların verimi %35-40 civarındadır. Yakıt hücreli (hidrojenli) araçlarda verim %85, elektrikli araçların elektrik motorunda verim %99'dur (aktarma kayıpları hariç). Birbirine hareket aktaran iki dişlinin verimi %98 - %99'dur, görüldüğü gibi birbirine hareket veren iki dişlide de sürtünme kayıpları sebebiyle az da olsa kayıplar meydana gelmektedir.
Elektrikli araçlarda emisyon durumu: enerji olarak elektrik enerjisi kullanır. Kullanımı sırasında karbon emisyonu oluşmaz. Kullanılan elektriğin üretim biçimi emisyon durumunu belirler. Elektrik enerjisinin üretiminde termik (kömür) santraller kullanılırsa, bu enerjinin üretiminde karbondioksit salınımı meydana gelir. Enerji üretiminde yenilebilir (rüzgar ve güneş) enerji kullanılırsa karbondioksit salınımı oldukça düşük olacaktır. (Bkz: Karbondioksit Salınımı)
Elektrikli Araçlarda Güvenlik Tedbirleri
*Elektrikli aracı hareket ettiren sisteme ait yüksek gerilim (300-400 volt) kabloları, turuncu renkli kablolarla diğer tesisattan belirgin şekilde ayrılmıştır.
*Turuncu renkli yüksek gerilim kabloları sağlam şekilde izole edilmiştir.
*Kontak kapalıyla elektrikli tahrik sistemine ait tesisat ve elektrik motoru tamamen gerilimsiz hale getirilir.
*Elektrikli tahrik sistemi ve tüm donanımları elektronik olarak denetlenir.
*Elektrikli tahrik sisteminde bir arıza, kısa devre olması durumunda veya bir kaza anında, sistem kendini kapatır.
(Bkz: Elektrikli Araçta Aktarma Organları-Motor Konumu-Çekiş Sistemleri)
(Bkz: Elektrikli Araçların Avantajları ve Dezavantajları)
(Bkz: Elektrikli Araçta Aktarma Organları-Motor Konumu-Çekiş Sistemleri)
(Bkz: Elektrikli Araçların Avantajları ve Dezavantajları)
Ana konu (Bkz:Elektrikli Araçlar ve Çeşitleri)
Yorumlar
Yorum Gönder