04 Haz 2018

ELEKTRİKLİ ARAÇLARIN ÇALIŞMA PRENSİBİ

İçten yanmalı motor olarak tabir edilen ve günümüzde kullandığımız arabalara hareket kabiliyetini veren motorlara bir övgüyle başlayalım. Bu motorlar gerçekten de övgüyü hak ediyor, çünkü mühendislik kökenli çoğu insanın hemfikir olacağı üzere, kusursuz bir orkestra ahengiyle çalışan, muhteşem bir makineden bahsediyoruz:

Dakikada yapılan binlerce devir sırasında kusursuz bir ahenkle açılıp kapanan valfler, çakan kıvılcımlar, pistonların inanılmaz devinimi ve krank biyel mekanizmasıyla, çıplak gözle çalışmasına tanık olduğunuzda hayran kalacağınız, yıllar boyu süren çalışmalarla bugünkü performansına ulaşmış bir teknoloji var karşımızda.

Fakat bu mühendislik harikasının, maalesef pek harika olmayan yönleri de var. Her şeyden önce yakıttan gelen enerjiyi devinime dönüştürmek için tasarlanan bu teknoloji çok karmaşık. Ve bu karmaşıklık, motor içinde açığa çıkan enerjinin çoğunun ziyan olmasına yol açıyor. İyi bir verimle çalışan bir içten yanmalı motorda bile, yakıttan gelen enerjinin sadece yaklaşık %30’luk bir kısmının kullanılabildiğini görüyoruz. Enerjinin geri kalan kısmı ise ısı ve ses halinde harcanıp gidiyor. Bu kayıplar aslında o kadar ciddi bir boyutta ki, motorun arabayı hareket ettirebilecek kadar tork üretebilmesi için, yani kendi içindeki kayıpların üstesinden gelip de arabayı hareket ettirebilmesi için, bir dakika içinde yüzlerce defa devinip yapabileceği bir hızda çalışıyor olması gerekiyor. Bu nedenle arabanızı çalışır vaziyette durduğunuzda (rölantide) 750-900 RPM gibi bir devirde motorun çalıştığını görüyorsunuz.

Bir başka problem ise, motorun üretebildiği en yüksek torkun, sadece dar bir devir aralığında elde edilebiliyor olması. Bu maksimum tork değerini elde edene kadar, motorun birkaç bin RPM’lik bir devire çıkması gerekiyor. Bu devire ulaştıktan sonra ise, torkun tekrar düştüğünü görüyoruz.

 

Elektrikli motorda farklı olan ne?

Her şeyden önce çok daha basit bir teknoloji var karşımızda. Elektriği mekanik enerjiye çeviren basit bir elektrik motorunda, içten yanmalı motorun aksine, sadece tek bir dönen parça bulunuyor: Rotor. Rotorun zaten dönerek çalışıyor olması, içten yanmalı motorda olduğu gibi doğrusal piston hareketini dönme hareketine çevirmek için ekstra bir tasarım yapılmasına gerek bırakmıyor. Ayrıca içten yanmalı motorda olduğu gibi senkronize çalışması gereken parçalar da bulunmuyor. İş basitleştikçe, kayıplar azalıyor. Tesla’nın yayımladığı değerlere göre, Roaster modeli ortalama %88 gibi, oldukça yüksek bir verim değerinde performans gösterebiliyor.

İçten yanmalı motorun aksine, elektrikli motorlar herhangi bir devir değerinde tork üretebiliyorlar. Çünkü elektrik motorlarında sürtünmeye dayalı kayıpları görmüyoruz. Gaza dokunduğunuz anda, üretilen devinim harekete aktarılabiliyor. Yine Tesla’dan bahsedecek olursak, Roadster modeli için açıklanan değerlere göre, 6000 RPM gibi yüksek motor devirlerine kadar tork en yüksek değerinde kalabiliyor. Elektrik motorundan elde edilen tork aralığı bu kadar geniş olunca, ister istemez vites de gereksiz bir teknoloji haline geliyor. Arabayı kaldırdıktan sonra en yüksek hıza çıkana kadar sadece tek bir vites kullanmanız yeterli oluyor.

Aşağıdaki videoda, Tesla’nın Model S 85D modelinin sahip olduğu bu hızlanma becerisinin insanlar üzerinde nasıl bir etki yarattığını görebilirsiniz.

 

Tam Elektrikli Otomobil Sistemler

Elektrikli Otomobillerde kullanılan tam elektrikli sistem şöyle çalışmaktadır. Bu sistemde otomobillerde bir elektrik motoru bulunur bu motorlar 60 volt enerjiyle çalışır. Bu motora elektrik enerjisini sağlayan birde batarya bulunur. Günümüz şartlarında batarya kullanım süreleri kısa olsa da üreticiler bu konuda büyük araştırmalar ve ARGE çalışması yapmaktalar. Elektrikli otomobilde bulunana batarya uygun elektrik prizine takılarak şarj edilir. BMW i3 bu sistemle çalışmaktadır. Ayrıca fren yapma zamanlarında motorun enerjisini şarj etmek için hazırlanmış bir teknoloji de bu tür arabalarda kullanılmaktadır.

 

 

 

Hybrit Sistemli ( Melez ) Otomobiller

Elektrikle çalışan arabaların yanı sıra hybrit sistemli arabalarda hayatımızda yerini almış durumda. Adından da anlaşılacağı üzere otomobilde hem içten yanmalı bir motor birde elektrik motoru bulunmakta.

Hybrit sistemli otomobiller şu şekilde çalışır.

Araçta bulunan elektrik motorunun görevi içten yanmalı motora destek olmak ve bu sayede yakıt kullanımını azaltmaktır. Hybrit sistemli arabalarda bulunana bataryalar prize takılarak şarj edilmemektedir. Bataryaların şrj olma şekli araç hareket halindeyken frenleme yapıldığı zamanlarda açığa çıkan kinetik enerjiyle pilleri şarj etmektir. Yani anlaşılacağı üzere araç çalışır durumdayken batarya şarj olmaktadır. Hybrit sistemle çalışan otomobiller yolun durumuna göre yalnız içten yanmalı motor kullanarak gidebilir, ya da hem içten yanmalı motor aktif hemde elektrik motoru aktif olarak yol alabilir. Ya da sadece elektrik motoruyla yol ala bilir. Araç içinde bulunan elektronik sistemler aracın motoruna binen yük göre önceden programlanmış sistemlerle yürütülür. Elektrik motpru devrede olduğu sürece araç yakıttan tasarruf sağlamış olur.

Toyota Prius hybrit araçlara örnek verebileceğimiz bir araçtır. Zate hybrit arabaların mucidi toyota markasıdır.

 

 

 

Menzil Artırıcılı Sistem ( Range Extender ) Otomobiller

Şarj edilebilir sistemlerin bir benzeri olan bu sistem de hem içten yanmalı motor hem de elektrik motoru vardır. Bu tür arabalarda içten yanmalı motor hiç bir surette arabanın çekişinde kullanılmaz. İçten yanmalı motorun görevi sadece pilleri şarj etmektir. Arabanın çekişini sağlayan ise sadece elektrik motorudur. Bu tür araçlarda da yine enerji geri kazanımı frenleme ve prize takılarak şarj şeklinde olmaktadır.

Range Extender sistemiyle çalışan araçlar Opel Ampera ve BMW i3 modeli otomobillerdir.

 

 

 

Şarj Edilebilir Özellikli Hybrit Sistem ( Plug-in Hybrit ) Otomobiller

Plug-in Hybrit sistemle çalışan otomobillerin çalışma prensibi ise şöyledir. Bu tür arabaların temel prensibi ayni Hybrit otomobiller de olduğu gibidir. Bu duruma ek olarak bu otomobillerde daha büyük piller kullanılır. Bu piller prize takılarak şarj edilebildiği gibi frenleme esnsında oluşan kinetik enerjiylede şarj olabilmektedir. Bu tür araçlarda hem içten yanmalı motor hem de elektrik bataryaları bulunmaktadır.

Plug-in hybrit sistemle çalışan arabalara en iyi örnek BMW X5 ve BMW i8 model hibrit otomobillerdir.