Elektrikli Arabalar

Yıldız etkin değilYıldız etkin değilYıldız etkin değilYıldız etkin değilYıldız etkin değil
 

Elektrikli arabalar yakıt verimliliği, çevre duyarlılığı ve performans anlamında yeni deneyimler sunan bir motor teknolojisiyle çalışıyor. Çamaşır makinesinden küçük fanlara kadar çoğu elektronik eşyadan aşina olunan bu elektrik motorlar, otomobillerde daha verimli bir çalışma prensibinin parçası olarak ortaya çıkıyor.

Elektrikli çekiş motoru olarak asenkron motor, DC Motor, PMSM, BLDC ve SRM gibi çeşitli motor tipleri kullanılmaktadır. Bu motorların kullanıldığı hibrit/elektrikli otomobiller aşağıdaki sürüş teknolojilerinden birine sahiptir:

• Hibrit Sistem
• Şarj Edilebilir Hibrit Sistem (Plug-in Hibrit)
• Menzil Arttırıcı Sistem
• Tam Elektrikli Sistem

Hibrit araçlar, içten yanmalı ve elektrikli olmak üzere iki çeşit motor kullanılan araçlardır. Elektrikli motorların görevi, içten yanmalı olarak çalışan motorlara destek olmaktır. Ayrıca, fren yapıldığında elektrikli motor jeneratör gibi çalışır. Stator hızı, rotor hızından fazla olduğunda açığa çıkan enerji bataryayı şarj eder. Elektrikli ve içten yanmalı motorların ikisi de aracın çekişine katkıda bulunur. Farklı modellerde belirli hızlara kadar elektrikli motor çekiş görevini yerine getirir. Belirli hızın aşılmasıyla, içten yanmalı olarak çalışan motorlar devreye girer. Bu araçlar yoğun trafikte ekstra kazanç sağlamaktadır. Dur kalk esnasında elektrik motoru etkin olduğundan yakıt sarfiyatının düşmesine katkı yapar.

Şarj Edilebilir Hibrit Sistem (Plug-in Hybrid) araçların temel çalışma prensipleri Hibrit araç sistemlerine yakındır. Ancak bu tip otomobillerde yüksek kapasiteli batarya grupları bulunmaktadır. Şartlar müsait olduğunda bu bataryalar şebekeye bağlanarak şarj edilebilir. Bu sayede elektrikli motorların enerjisi şebeke, içten yanmalı olarak çalışan motor veya fren enerjisinin de geriye kazanılmasıyla temin edilebilmektedir.

Menzil Arttırıcı Sistem (Range Extender) araçların temel çalışma prensipleri hibrit araç sistemlerine yakındır. Şarj edilebilir özellikli hibrit sisteminde ki gibi araçlarda hem içten yanmalı hem de elektrikle çalışan motorlar bulunmaktadır ancak bu sistemdeki içten yanmalı motor, aracın çekişine katkıda bulunmaz. Elektrik motoru çekişi tamamen üstlenir. İçten yanmalı motor yalnızca bataryayı şarj etmektedir. Bu sistemde şebekeye bağlantı ve/ veya fren enerjisinin geri kazanımıyla bataryayı şarj etmek mümkündür.

Tam Elektrikli araçlarda içten yanmalı motor bulunmaz ve araç sadece elektrikli motor ile hareket eder. Bundan dolayı bu araçlar Zero Emission Vehicle (ZEV) olarak da adlandırılır. Bu sistemde de şebekeye bağlantı ve/ veya fren enerjisinin geri kazanımıyla bataryayı şarj etmek mümkündür.

Elektrikli Araba Motorunun Bileşenleri Nelerdir?

Elektrikli araçların çalışma prensibini daha iyi anlamak için motorda yer alan parçaların ne işe yaradığını bilmekte yarar var. Bilindiği gibi elektrikli araba motorunda mekanik parçalar bulunmuyor. Elektromanyetik alan oluşturarak hareket enerjisi elde eden bu tip motorlarda iki ana bileşen bulunuyor: Stator ve rotor.

Stator
Kısaca elektrikli motorun statik ve hareket etmeyen parçası olarak tanımlanan stator, dönen manyetik alan oluşturmakla görevli bir bileşen. Stator çekirdeği, stator çerçevesi ve bobin gibi parçalardan oluşuyor. Yüksek kaliteli silikon çeliklerin lamine edilmesiyle üretilen stator çekirdeği içinden elektrik akımı geçen bobinleri koruma işlevi görüyor. Stator bobinleri ise elektromanyetik alan oluşturmakla görevli binlerce iletken telden oluşuyor.

Rotor
Elektrikli motorun hareketli parçası olan rotor, elektriğin kinetik enerjiye dönüşümünde önemli bir role sahip. Halka şeklindeki stator çekirdeğinin içine yerleştirilen bu parçanın üzerinde iletken çubuklar bulunuyor. Statordaki bobinlerin ürettiği elektromanyetik alan rotorun iletken telleri üzerinden geçerek bu hareketli parçanın dönmesini sağlıyor. Rotor döndükçe kendisine bağlı çark ve dişlileri de hareket ettirerek kinetik enerji elde edilmesini sağlıyor.

İlk olarak elektrikli araçların çalışması için araçtaki elektrik motorunun içerisinde bulunan rotorun dönmesi gerekmektedir. Rotorun dönebilmesi için bataryada depolanan elektrik enerjisinin DC/AC invertör ile alternatif akıma dönüştürülmelidir. Ayrıca bu akımın elektrik motorunu beslemesi de gerekmektedir. Bu dönüşüm sağlandıktan sonra akım motora ulaşacak ve rotor dönmeye başlayacaktır. Böylece kinetik enerji ortaya çıkacaktır. Ardından enerji şanzıman gibi aktarım organları sayesinde tekerleklere ulaşacak ve araç hareket edecektir. Elektrikli otomobiller benzinli ve dizel araçlara göre daha süratli hızlanmaktadır. Bunun sebebi ise çalıştıktan kısa bir süre sonra maksimum tork değerine ulaşmasıdır.

Elektrikli Motor Nasıl Çalışır?

Elektrikli araçlar denilince kimi zaman hibrit elektrikli araçlar da kast edilebiliyor. Hibrit elektrikli araçlarda hem elektrik motoru hem içten yanmalı motor bulunur. Genellikle düşük hızlarda, yoğun trafikte elektrik motoruyla hareket sağlanırken yüksek hızlarda içten yanmalı motor devreye girer. Bu esnada araçta bulunan küçük batarya içten yanmalı motorla şarj edilir. Bazı hibrit araçlar fişe takılarak şarj edilebilirken bazıları sadece içten yanmalı motora bağlı dinamoyla şarj olur.

Hibrit araçlar yapısı itibariyle hem sadece elektrikle çalışan araçlardan hem de fosil yakıtlı araçlardan daha karmaşıktır. Günümüzde birçok otomobil firması özellikle yakıt tüketimini düşürmek için hibrit araçları tanıtsa da ilerleyen yıllarda hibrit araç sayısının çok fazla artış göstermesi beklenmiyor. Elektrikli araçlar fosil yakıtlı araçlara göre basittir. Daha az hareketli parça vardır. Temel olarak pil, elektrik motoru, motor sürücü devresi ve akım voltaj dönüştürücülerden oluşur. Bunun dışında elbette her arabada b lunması gereken bütün parçaları içerir.

Elektrikli otomobillerin motorları AC (alternatif akım) veya DC (doğrudan akım) olabilir. Ancak pilleri her zaman DC elektrik sağlar. DC motorlar genellikle 96 ile 192 volt arasında çalışır. Özellikle elektrikli iş makinelerinde kullanılan motorlar elektrikli otomobiller için de referans olmuştur. Tipik bir DC elektrikli otomobil motoru 20 kW ile 30 kW aralığında olur. İhtiyaç hâlinde kısa süreyle yüksek enerjiyle beslenerek yüksek güç elde edilebilir. Özellikle kısa süreli hızlanmalar için bu özellik önemli bir avantaj sağlar.

AC motorlara kıyasla basit ve ucuz olsa da ısınmaya yatkındır. Öte yandan, AC motorlar daha fazla seçenekle gelir. Genellikle üç faz çalışan 240 voltluk motorlar kullanılır. Frenleme esnasında enerji geri kazanımı mümkündür. Ancak DC pillerden AC motoru beslemek için dönüştürücüye ihtiyaç vardır. Genel olarak iki tip motor da elektrikli otomobil üreticileri tarafından kullanılabiliyor. Örneğin Nissan ve Chevrolet DC motor kullanırken Tesla AC motor kullanıyor.

Elektrik motorları çok yüksek verimliliğe sahip. Elektrik enerjisinin %90-95'ini hareket enerjisine dönüştürebiliyor, üstelik bunu sıfır emisyonla yapıyor. İçten yanmalı motorların %25-30 verimle çalıştığı dikkate alındığında bu oranın ne kadar başarılı olduğu daha da net anlaşılır. Üstelik elektrik motoru teknolojisi her geçen gün daha da gelişiyor. BMW’nin 5. nesil elektrik motorları hem daha küçük, hem daha ucuz hem de üretimi için dünyada nadir bulunan materyallere bağımlı değil.

İçten yanmalı motorlara göre daha az bileşene sahip olan elektrikli motorlar basit bir çalışma prensibine sahip.

- Elektrikli bir motorun çalışma serüveni bataryada depolanmış enerjinin motora iletilmesiyle başlıyor.
- Bataryadaki doğru akım motora verilmeden önce kontrol ünitesine gönderilerek alternatif akıma dönüştürülüyor.
- Kontrol ünitesinde dönüşüme uğrayan elektrik akımı ilk olarak motorun stator parçasına gönderiliyor.
- Statorun iç duvarlarında bulunan ve iletken tellerden oluşan karşılıklı dizilmiş üç ayrı bobin çifti bulunuyor.
- Karşılıklı dizilmiş bobin çiftlerinden sırayla geçen elektrik akımı üç fazda gerçekleştirilen bir turun ardından elektromanyetik alan oluşturuyor.
- Sabit statorun içinde oluşan elektrik akımı rotor üzerindeki iletken çubuklardan geçerek parçanın dönmesini sağlıyor.
- Rotorun dönmesi, araba dişlilerini hareket ettirerek sürüş için gereken mekanik enerjiyi yaratıyor.

Elektrikli Araçlar Kendini Nasıl Şarj Ediyor?

Bir elektrikli otomobil için belki de en önemli bileşen pil teknolojisi. Elektrikli otomobillerde ağırlıklı olarak lityumiyon piller kullanılıyor. Bu pillerde kullanılan malzemeler üreticiden üreticiye farklılık gösterebiliyor. Lityum-iyon pillerde genelde %60 Nikel, %20 Kobalt, %20 Manganez kullanılıyor. Kobalt az bulunduğu ve fiyatı sürekli arttığı için yeni pillerde bu oranların değiştirilmesine yönelik çalışmalar yapılıyor. %80 Nikel, %10’ar Kobalt ve Manganez olacak şekilde geliştirilen yeni pillerin çok daha ekonomik ve çevre dostu olması hedefleniyor.

Elektrikli otomobillerin pilleri ağırlıklı olarak Asya ülkelerinde üretiliyor. Panasonic, Samsung ve LG en büyük pil üreticilerinden. Tesla pil için Panasonic’le iş birliği yapıyor ancak pilleri yeterince hızlı olması için Gigafactory adını verdiği fabrikalarda kendisi üretiyor. Bu fabrikalarda üretilen pillerin avantajı sıra dışı teknolojisi değil, daha ucuza ve daha hızlı üretilebiliyor olması. Tesla diğer elektrikli otomobil üreticilerinin aksine büyük pil hücreleri yerine AA (kalem pil) boyutunda pilleri kullanıyor.

Bu pillerin binlercesinin bir arada kullanılmasıyla oluşan bataryalar daha ucuz ve hafif oluyor. Çünkü her bir pil hücresinde bulunan güvenlik önlemeye dair materyaller çıkarılıyor ve bunların yerine tüm batarya genel olarak ısıl izlemeye alınarak yangın engelleyici materyallerle kaplanıyor. Elektrikli otomobillerde kullanılan bataryalar tıpkı cep telefonlarındaki bataryalara benzer bir performans sergiliyor. Diğer bir deyişle, kullanıldıkça kapasitesi düşüyor. 50.000 km sonra pil kapasitesi %95,6’ya, 100.000 km sonra %94’e, 250.000 km sonra da %90’a düşüyor. Sonrasında bu oran çok aşağı inmiyor.

Pillerin en önemli problemlerinden birisi hızlı şarj edilemiyor olması. Pilleri hızlı şarj edebilmek için kısa zamanda yüksek enerji sunabilen hızlı şarj istasyonlarına ihtiyaç duyuluyor. Tabii bu yeterli değil, pillerin şarj olurken ısınmaması için yazılımlar aracılığıyla dikkatli bir şekilde izlenmesi ve ona göre enerji akışının ayarlanması gerekiyor. Voltajın belirli bir seviyenin üzerine çıkması durumunda şarj işlemi otomatik olarak kesilebiliyor.



Pillerin %80 doluluğa ulaşması nispeten hızlı olurken, bu noktadan sonra şarj işlemi yavaşlıyor ve geriye kalan %20’lik kısım için bir o kadar daha beklemek gerekebiliyor. Bu nedenle hızlı şarj istasyonlarında genelde pillerin %80 doluluğa ulaştırılması için kullanılması amaçlanıyor. Böylece daha çok kişiye hizmet vermek mümkün olabilir. Güncel teknolojilerle hızlı şarj istasyonları yaklaşık yarım saatte %80 doluluğa ulaşabiliyor. Elbette bu süre 220V standardındaki ev prizinde 8-10 saati bulabiliyor. Şarj hızı, sıklığı, yüzdesi ve sıcaklığı gibi etmenler pilin toplam ömrünü doğrudan etkiliyor.

Dünyada her yıl pillerde kullanıma uygun 1,4 milyon ton nikel üretilip bunun 85.000 tonu elektrikli otomobillerde kullanılıyor. Mevcut elektrikli otomobil sayısının on katına çıkması durumunda nikel üretim kapasitesinin de hızla artması gerekecek. Bu nedenle üretim kapasitesinde sorun olmayan Lityum-Demir-Fosfat (LFP) gibi pillerin kullanımı için çok ciddi çalışmalar yapılıyor.

Dizel ve benzinle çalışan otomobillerde marşa basılması ve diğer elektronik donanımların çalışması için ihtiyaç duyulan enerji akü tarafından sağlanıyor. Gücü azalan akülerin şarj edilmesi ise araç hareket halindeyken mekanik enerjiyi alternatif akıma dönüştüren alternatör tarafından gerçekleştiriliyor. Peki herhangi bir alternatöre sahip olmayan elektrikli araçlarda batarya kendini nasıl şarj ediyor?

Elektrikli araçlarda kinetik enerjinin elektrik enerjisine dönüştürülmesi motor tarafından gerçekleştiriliyor. Bataryanın şarj edilmesi ve motorun alternatör işlevi görmesi gaz pedalı serbest bırakıldığında başlıyor. Sürücü gazı bıraktığında stator tarafından oluşturulan manyetik alan duruyor. Bu da rotorun mevcut manyetik alanın tersi yönde daha hızlı dönmesine neden oluyor. Elektrikli araçlarda ayak gazdan çekildiğinde frene basılmışçasına bir yavaşlama hissedilmesi de bundan kaynaklanıyor.

Elektrikli araçlardaki bu enerji dönüşümü kayıpsız gerçekleşmediği için bataryanın sürekli olarak şarj istasyonlarında doldurulması gerekiyor. Bazen saatler alan bu sürecin elektrikli otomobilleri dezavantajlı konuma düşürdüğü bir gerçek. Ancak elektrikli araç sınıfının bir diğer üyesi olan hibrit teknolojisiyle bu dezavantaj büyük ölçüde ortadan kaldırılmış durumda. Çünkü hibrit otomobiller harici olarak şarj edilmeye ihtiyaç duymayan bir elektrik motoruyla çalışıyor. Benzinli motorla birlikte uyum halinde çalışan elektrikli motor sürüş sırasında kendi kendini şarj edebiliyor.

Mors Alfabesi

1844’ten beri kullanılan Mors alfabesi, sesin radyo dalgalarıyla iletilemediği zamanlarda insanların söylemek istediklerini iletebilmelerine olanak sağladı. Günümüz teknolojisinin Mors’a olan ihtiyacı ortadan kaldırmasına rağmen denizciler ve amatör radyocular hala bu...

Telefon Santrali

Telekomünikasyon sistemleri, telefonun keşfinden sonra hızla gelişen haberleşme araçları ile en yeni teknolojileri eskiden kurulmuş ve faal olan teçhizatlarla birlikte uyumlu olarak kullanan dünyanın en büyük otomatik sistemidir. Bu gelişmeler...

Polarity (Polarisation)

Polarizasyon, Polarma. Polarite, Kutuplama . Bir elektromagnetik dalganın elektrik alan vektörünün doğrultusudur. Bir sinyalin elektriksel alanının titreşim düzlemi olarak tanımlanabilir. Uydu yayınında farklı polariteler kullanılması aynı frekansın tekrar kulanılabilmesini sağlar...

    Yusuf Gökçe

    'Yusuf GÖKÇE Blog' Teknoloji'nin her dalından hayatımızı kolaylaştıran buluşların kısa ve öz teknik bilgileri bu portalda olacak...

    Aktüel Haberler

    27 Aralık 2022
    25 Aralık 2022

    Bizden Makaleler

    © 2023 Yusuf Gökçe. Elektrik, Elektronik, Bilgisayar, Otomasyon, Telekominikasyon...

    Arama