Elektrikli Araçlarda Kullanılan Batarya Çeşitleri Yapısı Özellikleri

Elektrik enerjisini kimyasal olarak depolayan aygıta batarya denir. Yeniden şarj edilemez ve yeniden şarj edilebilir olarak iki temel çeşide ayrılır. Klasik anlamda bataryalar “yeniden şarj edilemez” dir, kullanım yaygınlığı bakımından batarya terimi bugün “yeniden şarj edilebilir batarya” anlamında kullanılmaktadır ve elektrikli araçlarda da yeniden şarj edilebilir bataryalar kullanılmaktadır. Bataryalar, hücre adı verilen küçük birimlerden meydana gelir, hücrelerdeki voltaj oldukça düşüktür. Batarya hücreleri seri bağlanarak, bataryanın toplam gerilimi yükseltilir. Örneğin klasik akünün bir hücresi 2 volttur ve akü birbirine seri bağlanmış 6 adet hücreden oluşur, 6x2=12 volt eder. Lityum iyon bataryalarda da benzer bir düzen vardır, batarya seti yüzlerce pil hücresinden oluşur. (Bkz: Batarya-Pil Çalışma Prensibi) Hücre paketleri birbirine seri ve/veya paralel bağlanarak; çıkış gerilimi (300-400 volt) ve akım şiddeti istenen seviyeye getirilir.

Günümüzde en yaygın olarak kullanılan, içten yanmalı motora sahip araçlardaki  aküler (akümülatör-bataryalar) kurşun asit akülerdir.  12 veya 24 volt olan bu aküler marş sırasında marş motorunun çalıştırarak motora ilk hareketi vermek için kullanılır. Alternatif tahrik sistemine sahip araçlarda (elektrikli, hibrit veya yakıt hücreli), daha fazla enerji depolayabilen daha güçlü aküler gerekmektedir, bunların kapasitesi ve gerilimi çok daha yüksektir, örneğin 100kWh ve 400 volt gibi. Bir akünün (bataryanın) aracı hareket ettirmede kullanılması için; çok ağır olmamalı, şarj ve deşarj döngüsü uygun olmalı, kimyasal yapısı stabil (kararlı) olmalıdır. Bu bakımdan klasik kurşun-asit aküler elektrikli araçların tahrik edilmesi için uygun değildir. Elektrikli araçlarda en çok kullanılan batarya çeşidi, lityum iyon tipi bataryalardır.

Elektrikli araç bataryaları, elektrik enerjisini depolayarak, aracın tahrik edilmesinde kullanılmasını sağlar. Bataryalar elektrikli aracın kalbidir. Elektrik akımını doğru akım (DC) olarak depolarlar, alternatif akımla çalışan elektrik motorlarına gönderilmeden önce, bu doğru akım, alternatif akıma dönüştürülür ve 3 kabloyla elektrik motoruna iletilir. Yine şarj sırasında da gelen alternatif akım, doğru akıma dönüştürüldükten sonra bataryaya iletilir.

    

Bataryalar, plakalarında  veya elektrolitlerinde kullanılan malzemeye göre çeşitlere ayrılır.

Araçlarda Kullanılan Batarya Çeşitleri:

*Lityum iyon batarya (Bkz: Lityum Piller)

*Kurşun-asit aküler (Bkz: Kurşun Asit Aküler)

*Nikel-metal hidrit batarya (NiMH) (Bkz: NiMH Nikel Metal Hidrit Batarya)

*Nikel-Kadmiyum batarya (NiCd) (Bkz: NiCd Nikel Kadmiyum Batarya)

*Yüksek sıcaklıklı akü

BATARYA GÜÇ KAPASİTESİ

Bataryada ne kadar enerji depolanabileceğini gösterir. Watt saat (Wh) veya kilowatt saat (kWh) olarak ifade edilir. Güç (watt); gerilim (volt) ve akım (amper) çarpımından oluşur: (P=I x V). Kapasite ifadesi watt saat olduğuna göre bu durumda Kapasite= Volt x Amper x Saat formülüyle ifade edilebilir. Örneğin 300 volt gerilime sahip pil 40 amper akımı 6 saat veriyorsa; Kapasite= 300x40x6=72000 wattsaat(wh)= 72kWh. Örneğin 100kWh kapasiteye sahip bir batarya, 1 saat boyunca 100kW'lık güç verebilir.

BATARYADA DÖNGÜ SAYISI (BATARYA ÖMRÜ)

Elektrikli araç bataryaları tekrar şarj edilebilir yapıda olmalıdır. Bir bataryanın tam şarj ve deşarj sayısına döngü denir.  Pil (batarya) döngüsü, o pilin yıllar içindeki kararlılığını (düzgün çalışmasını) belirleyen bir özelliktir. Batarya ömrü için belirleyici bir özelliktir. Akülerin döngü sayısı, üretiminde belirlenir, döngü sayısından sonra akünün kullanılamayacağı varsayılır (örneğin 1000 döngü). Bir batarya döngü sayısına ulaştığında, artık kapasitesi %80’e düşmüştür ve çoğunca artık kullanılamaz. Bir elektrikli aracın yüksek gerilimli bataryası yılda 300 kez şarj edilip boşaltılacağı öngörülerek belirlenir, yani yıllık döngü sayısı 300’dür. Bataryanın toplam döngü sayısı 10 yıl için 3000 döngüdür. Bu bakımdan elektrikli araç pilleriyle, telefon ve laptop pilleri ayrı tutulmalıdır.

Hibrit araçlarda batarya tam olarak deşarj olmadan, kısmi deşarj ve şarj işlemine tabi tutulduğundan dolayı, döngü sayısı önemli ölçüde daha fazladır.

Bazı bataryalarda döngü sayısı:

Kurşun asit akü: 300-400

Nikel metal hidrit akü: >2000

Lityum iyon batarya: >1000

BATARYALARDA KENDİ KENDİNE DEŞARJ

Bataryalarda, dahili kimyasal olaylar sebebiyle kendi kendine boşalma (deşarj) meydana gelebilir. Kendi kendine deşarj; akünün yapısına, yaşına (artar), sıcaklığa (artar) bağlı olarak değişir. Sıcaklık her 10 derece arttığında, kendi kendine deşarj 2 kat artar.

Bir ayda 20 ^oC gerçekleşen kendi kendine deşarj olayı:

*Kurşun-asit akülerde %2 - %30

*Nikel-metal hidrit akülerde %15 - %100

*Lityum iyon akülerde %2’den az.

BATARYADA ENERJİ YOĞUNLUĞU

Her bir kilogram (kg) akü ağırlığı başına, Watt saat (Wh) cinsinden enerji miktarı demektir. Birimi Wh/kg (watt saat / kilogram). Elektrikli araçların menzilini belirleyici bir özelliktir. Enerji yoğunluğu ne kadar fazlaysa, araç aynı ağırlıktaki aküyle daha uzun bir menzil elde edebilir, veya daha hafif bir aküyle aynı menzili gidebilir. Eğer akünün kapladığı yer, ağırlığından daha önemliyse, bu durumda oranlama hacimsel olarak da yapılabilir (bu durumda litre birimi kullanılır Wh/lt). Elektrikli araçlarda kullanılan bataryalarda en fazla geliştirilmeye çalışılan değer, enerji yoğunluğudur. Bataryalar çok ağır olmalarına rağmen, depolayabildikleri enerji sınırlıdır. Enerji yoğunluğu arttıkça, elektrikli araçların menzilleri artacaktır.

Sıradan içten yanmalı bir araçta kullanılan kurşun asitli bir akünün enerji yoğunluğu 30 Wh/kg (30 watt saat bölü kilogram.) Bunun anlamı, 1kg’lık bir asitli akü, 1 saat boyunca 30 watt’lık bir güç üretebilir. Bugün enerji yoğunluğu en yüksek batarya tipi lityum iyon bataryalardır ve enerji yoğunlukları 130 Wh/kg’dır. Bununla birlikte benzinle kıyaslandığında lityum iyon bataryaların enerji yoğunluklarının çok düşük olduğu söylenebilir. Benzinin enerji yoğunluğu 12.000 Wh/kg’dır. Yani benzinin enerji yoğunluğu, lityum iyon pilin neredeyse 100 katıdır.

Bazı batarya tiplerinin enerji yoğunlukları:

*Kurşun asit akü: 30 Wh/kg

*Nikel metal hidrit akü: 80 Wh/kg

*Lityum iyon akü: 150 Wh/kg

BATARYADA GÜÇ YOĞUNLUĞU

Bataryanın her bir kilogramından (kg) alınabilecek azami (maksimum) elektrik gücüne (watt), güç yoğunluğu denir. Burada hacimsel kıyaslama için litre (lt) de alınabilir. Hibrit ve elektrikli araçlarda kullanılan batarların güç yoğunluğunun yüksek olması gerekir.

Bazı bataryaların güç yoğunluğu:

*Kurşun asit akü: 200 W/kg

*Nikel-metal hidrit akü: 200 W/kg

*Lityum iyon batarya: 700 W/kg

BATARYA VERİMİ

Batarya verimliliği, şarj etmek için kullanılan elektrik enerjisinin ne kadarının, deşarj sırasında kullanılabilir halde olduğunu gösterir. Bir pil asla %100 verimli olamaz çünkü şarj sırasında enerjinin bir kısmı ısıya dönüşür (şarj kayıpları). 
Devamı: (Bkz: Batarya-Pil Çalışma Prensibi)  

Üst konu (Bkz: BEV Elektrikli Araçlar)

Ana konu (Bkz: Elektrikli Araç Çeşitleri)