1. GİRİŞ

 

Elektrikli araç (EA) kavramı geçtiğimiz on yılda otomobil sektörünün ArGe bölümlerinden prototip atölyelerine doğru yolculuğunu bitirmiştir. Seri üretim hatlarına doğru olan yolculuğu ise kısmen tamamlanmıştır. Bu arada uzun yıllardır özel kullanımlar için geliştirilmiş bataryalı araçlar, batarya ve güç elektroniği teknolojilerinin gelişimine paralel olarak, kullanıcılarına daha yüksek menzil ve kullanım rahatlığı sağlamaktadır. Elektrikli araçlar kavramı bu çalışmada incelenmiştir

 

EA’ların gelecekte kullanımın artmasına yol açacak etkenler özetle aşağıda verilmiştir:

 

• Ulaşım maliyetlerinin azaltılması,

• Fosil kökenli yakıtların kullanımının azaltılması,

• Özellikle kentlerde hava kirleticilerinin azaltılması,

• Global ölçekte sera gazı oluşumunun bertaraf edilmesidir.

 

  EA’ların yollarda çoğunluk haline gelmesi ile otomotiv sektörünü bekleyen büyük değişimler çeşitli otoriteler tarafından aşağıdaki şekilde belirtilmektedir:

• EA’lara ait bataryalar, elektrik motorları, güç elektroniği gibi parçalar üreten sanayilerin oluşması,

• Ana üretici firmaların üretim ve pazarlama teknikleri açısından değişime uğraması,

• Gerçekleşecek büyük değişim sırasında otomotiv sektöründe önde gelen ülkelere, elektro mekanik dalında yüksek kaliteli, düşük maliyetli ve yenilikçi ürünlere sahip ülkelerin rakip olması,

 

Yakıt dağıtım ve alt yapı değişikleri,

• Bakım tekniklerinin ve personelinin eğitiminde değişiklikler,

• Standartlar ve yönetmelikler,

• Kullanıcıların uyumu,

• Akıllı trafik sistemlerinin ortaya çıkışı,

 

• EA’ları 1900’lü yılların başlarında kullanılmaya başlanmıştır. Tümü elektrikli araçların getireceği yenilikler kısaca aşağıda özetlenmiştir.

• Elektrikli araç, modern elektrikli tahrik teknolojisi kullanılarak geliştirilmiş elektrik motoru, güç konvertörü ve enerji kaynağını içermektedir.

• EA’larda yakıt, elektrik enerjisi dönüşümü gerçekleşmemekte, elektrik enerjisi batarya, volan veya süperkapasitörler ile depolanmaktadır.

• EA’lar yeni bir araç konseptinin ötesinde taşımacılık hizmetlerinin sıfır emisyon ve daha yüksek verim ile sağlanmasına yol açacak köklü bir değişimdir.

• EA’lar modern taşımacılık ağları ile uyumlu olarak akıllı sistemleri oluşturmayı sağlayacaktır.

• İşletme koşulları ve çalışma döngüleri yeniden tanımlanacaktır.

• Son kullanıcı, her bakım-üretim seviyesi ve alakalı sektörlerde altyapı, eğitim ve standardizasyon ihtiyacı ortaya çıkacaktır.

 

 

Konvansiyonel araçlar ile elektrikli araç tipleri arasında, aynı şartlarda verim ve emisyonlar açısından farkları incelendiğinde özetle şu sonuçlara ulaşılmaktadır.

 

Benzinli konvansiyonel araç (100 km de 8.4 litre ortalama yakıt tüketimi):

 

§         Verim: %28

§         Sera gazı ve çeşitli kitleciler yüksek, menzil yakıt deposunun kapasitesine oranla değişmektedir.

 

Tümü elektrikli araç:

 

§         Verim: %32

§         Sera gazları ve kirleticiler elektrik santralleri tarafından üretilmekte, menzil sınırlı/düşük ve şarj sistemlerine bağımlılığa sahiptir.

 

Fosil kökenli yakıtların azalması ve çevresel beklentilerin artması ile önümüzdeki 10 yıl otomobil kavramında ve sanayisinde yeni tanımlar ile birlikte yeni oyuncular yerlerini alacaktır.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ELEKTRİKLİ ARAÇ TEKNOLOJİSİNİN TARİHÇESİ

 

İlk EA modeli 1835 yılında Profesör Stratingh tarafından Hollanda’da yapılmıştır. 1834-1836 yılları arasında Thomas Davenport tarafından ABD’de elektrikli yol aracının geliştirildiği ve uygulamasının yapıldığı raporlanmıştır. Bu araç üç tekerlekli olmakla beraber şarj edilmeyen bataryalarla tahrik edilmiştir. 4 yıl sonra Robert Davidson şarj edilemeyen batarya ile tahrik edilen elektrikli lokomotifi geliştirmiştir. 1859 yılından sonra kurşun-asit bataryaları geliştirilmiş ve kullanılmaya başlanmıştır.

 

1882 yılında İngiltere’de Prof. William Ayrton ve John Perry elektrik tahrikli 3 adet tekerlekli aracın uygulamasını yapmıştır. Bu araçların her birinde 10 tane kurşun-asit batarya kullanılmıştır. Aracın menzili araziye bağlı olarak 16-20 km arasında olup azami hızı ise 14 km/saattir. Bundan 3 yıl sonra Carl Benz İYM ile 3 tekerlekli aracı geliştirmiştir.

 

19. yüzyılın son dönemlerine doğru Amerika, İngiltere ve Fransa’da bir çok şirket elektrikli araç üretmeye başlamıştır. Bu üreticilerden en önemlisi Morris ve Salomon’un sahibi olduğu Electric Carriage and Wagon Company adlı şirkettir. Morris ve Salomon 1895 yılında 2 oturma koltuğu olan Electrobats isimli elektrikli aracı geliştirmişlerdir (Şekil 1).

 

 

Şekil 1. Morris ve Salomon’un Electrobats elektrikli aracı

 

EA’larla ilgili bu gelişmeler olurken, İYM’larda hızla gelişmeye başlamıştır. 1900 yılında Amerika’da üretilen araçların 1684 tanesi buhar tahrikli, 1575 tanesinin elektrik tahrikli ve 963 tanesinin de İYM’lu olduğu belirtilmektedir. Amerika’da bu gelişmeler devam ederken, 1897 yılında İngiltere’de “Londra Elektrikli Taksi Şirketi” (London Electrical Cab Comp) tarafından 15 tane taksi kullanıma alınmıştır. (Şekil 2).

 

 

Şekil 2. Londra elektrikli taksi aracı

1900-1912 arası dönemde menzil ve performansı arttırma düşüncesi oluşmaya başlamıştır. Bu amaçla 1900 yılında French Electroautomobile ve 1903 yılında Krieger elektrikli-benzinli araçları geliştirmiştir. Bu araçta elektrik motor, benzinli motor ile birlikte kullanılmış ve ilk defa hibrid konfigürasyonu denenmiştir.

 

1920’lerin başında ise hemen hemen tüm elektrikli araç üreticileri İYM kullanarak üretimlerini sürdürmüşlerdir. 1920’lerin ortasından itibaren 1960 yıllara dek İYM’lu araçlar tüm dünyada tamamen üstünlük kurmuştur.

 

1960’lı yıllarda EA’lara duyulan ilgi yeniden artmaya başlamıştır. İYM’lardan kaynaklanan hava kirliliği bu araçların üretimine geçiş düşüncesini oluşturmuş ve bazı küçük üreticiler hava kirliliğine karşı EA’ların üretimine geçmiştir. Üretilen çoğu elektrikli araçlar, konvansiyonel araçların elektrikli hale dönüştürülmüş şeklidir. Örneğin 1960’da Illinois’deki Eureka Williams Şirketi 4 kapılı Renault Dauphine’i elektrikli versiyona dönüştürmüştür.

 

İYM’lu araçları elektrikli versiyona dönüştüren bazı önemli otomotiv firmaları, bu dönemlerde elektrikli aracı baştan sona tasarlamak üzere harekete geçmiştir. Buna bir örnek, İngiltere’deki Ford Motor firmasıdır. 1966 yılında bu firmada aşağıdaki gereksinimleri yerine getirebilecek bir elektrikli aracın tasarlanmak üzere işe koyulmuştur.

 

• En düşük kirlilik,

• Kolay Çalışma,

• Düşük ilk satın alma ve kullanım maliyeti,

• En düşük yol ve park alanı kaplayacak kadar küçük olmasıdır.

 

1967 yılında ilk prototip yapılmış ve Comuta adı verilmiştir. Bu araç şekil 3’de gösterilmiştir.

 

Comuta her biri ön tekeri tahrik eden 2 tane DC motoruna sahiptir. Her motor 18 kg ağırlığında ve 14 cm çapındadır. Motorun titreşimini kontrol eden bir sistem geliştirilmiştir. Aracın gücü, toplam ağırlığı 170 kg olan 4 adet kurşun-asit bataryasından sağlanmaktadır. Araç 40 km/saat hız ile 64 km menzile sahip olup; azami hızı 64 km/saattir.

 

 

Şekil 3. Ford Comuta elektrikli araç

 

 

1968 yılında General Electric GE Delta aracının uygulamasını ortaya çıkartmıştır. Bu aracın menzili 64 km, azami hızı da 89 km/saattir. Bu araçta nikel-demir bataryaları kullanılmıştır. Aynı yıl Ford nikel-kadmiyum bataryaları kullanarak deneysel E-Car aracının prototipini yapmıştır. Bu dönemde, AC tahrikindeki çok önemli gelişme olmadığı takdirde kabul edilebilir menzil ve performansa sahip EA’ların üretiminin zor olduğu görülmüştür.

 

1970’lerin ortalarına doğru petrol krizi ile birlikte başta Amerika, İngiltere, Fransa, Almanya, İtalya ve Japonya gibi bir çok ülke, elektrikli araç araştırmalarına tekrar hız vermişlerdir. Amerika’daki bazı küçük firmalar konvansiyonel araçları elektrikli hale dönüştürme çabalarına girmiştir. Avrupa’da 1970’li yıllar çok aktif bir dönemdir. 1973’de Electricite de France 80 tane konvansiyonel aracı elektrik tahrikli hale dönüştürmüştür. Almanya’da Daimler – Benz ve Volkswagen ise deneysel EA’lar yapmışlardır. 1975 yılında İtalya’da Fiat X1/23 B isimli deneysel bir prototip geliştirmiştir. Bu araç 2 kişilik olup kurşun-asit bataryaları içermekte ve DC elektrik motoru tarafından tahrik edilmektedir. Menzili 48 km ve azami hızı 64 km/saatin altındadır.

 

Japonya’da 1970’li yıllar boyunca Daihatsu, Toyota, Mazda ve Mitsubishi birlikte prototip EA’lar üzerine çalışmışlardır. Bu çalışma için Japonya hükümeti 1971-1976 yılları arasında 20 milyon dolarlık destek sağlanmıştır. İlk araçlarda kurşun-asit bataryalarıyla birlikte DC tahriki kullanmıştır ve 1980’lerden itibaren AC tahrikinin kullanılmaya başlandığı görülmektedir.

 

1980’li yıllarda hükümetler EA’ların çevresel avantajları nedeniyle bu araçlara karşı ilgi duymaya ve elektrikli araç programları için resmi kaynaklardan parasal destek vermeye başlamışlardır. Böylece 1980 yılların ortalarında ABD Enerji bakanlığının sponsorluğu ile Ford/GE tarafından ETX-1 aracının geliştirilmesi sağlanmıştır. Bu araçta ileri AC tahrik sistemi kullanılmıştır. 200 V’luk kurşun-asit bataryaları, 300A AC güç üreten Darlington transistör bazlı evirici ile birlikte 37 kW’lık 2 kutuplu indüksiyon motorunu tahrik etmek için kullanılmıştır.

 

1988 yılında Ford ve GE birlikte ETX-1 isimli aracın AC tahrikli sistemini geliştirmiş ve sodyum-sülfür bataryaları kullanmışlardır. Temel olarak Ford Araştırma Laboratuvarlarında geliştirilen evirici, senkron kalıcı manyetik motoru sürmektedir. Bu motor, 2 kademeli entegre dişli kutusu ile, taşıtın ön aksına monte edilmiştir. 160 km menzile sahip ve 96 km/saat hızı olan ve sodyum-sülfür bataryaları da içeren 2 tane ETX-2 prototipi üretilmiştir. Bu 2 araç 1988 yılı Aralık ayında ABD Enerji bakanlığına teslim edilmiştir.

 

Fransa’da 1988 yılında 500 kadar elektrikli araç deneysel olarak kullanılmıştır. Bu araçların çoğu Peugeot 205 ya da Citroen C15 modellerinin dönüşümleridir. Almanya’da 1970’lerin sonlarındaki deneysel araçlar daha geliştirilmiştir ve 1988 yılında GES City Stromer isimli aracın dönüşümü gerçekleştirilmiştir. Taşıt, o dönemin Avrupa Güvenlik Standartlarını karşılayacak şekilde tasarlanmıştır.

 

Aynı dönemde İtalya’da Fiat Panda Elettra modelinin dönüşümü olan elektrikli aracı geliştirmiştir. 1988’ de Japonya’da DC tahriki AC’nin yerini almış hem kurşun-asit hem de nikel-demir bataryaları ile senkron ve indüksiyon tahrik motorları kullanılmıştır.

 

2.1. EA’ların tarihçesindeki dönüm noktaları :

 

 

1800                Volta primer hücre ve bataryayı geliştirdi.

1821                Faraday elektrik motorunun temel prensibini ortaya koydu.

1834                Davenport primer bataryalı ilk elektrikli yol aracının uygulamasını yaptı.

1859                Plante sekonder hücre ve bataryayı geliştirdi.

1869                 Gramme 1 BG’ den daha fazla ilk DC elektrik motorunu yaptı.

1881                 Trouve sekonder bataryalı ilk elektrikli aracı yaptı.

1885                 Benz ilk İYM’lu aracın uygulamasını gerçekleştirdi.

1887-98          Avrupa’da ve Amerika’da kullanılan EA ların menzili geliştirildi.

1899                 Jenatzy 105.9 km/saat ile dünya hız rekorunu kırmış ve bu rekoru 3 yıl elinde tutmuştur.

1900                 Eşit sayıdaki buharlı, elektrikli ve benzinli araçlar birbirleriyle yarıştı.

1900-12           EA’ların altın dönemi yaşandı.

1921-60           Benzin motorlu araçlar tamamen yaygınlaşmaya EA’lar ise yok olmaya başladı.

1960-90          EA’lar çok az sayıda da olsa tekrar görünmeye başlandı.

1990                Yeni batarya teknolojileri ile artan sayıda elektrikli araç görülmeye başladı.

 

1990 yılından sonra birçok araç üreticisi elektrikli araç geliştirmeye başlamıştır. Hali hazırda bulunan bazı EA’lara örnek olarak GM EV1, Ford Think City, Toyota RAV4, Nissan Hipermini ve Peugeot 106 Electric gösterilebilir. Bunlarla birlikte prototip ve deneysel amaçlı üretilmiş birçok elektrikli araç daha bulunmaktadır. Bu araçların çoğu AC indüksiyon motor veya sürekli mıknatıslı (SM) senkron motor kullanmışlardır.

 

2.2. Üretim Hattındaki Tümü Elektrikli Araçlar

 

2.2.1. The General Motors Ev1

 

EV1 ilk olarak 1990 yılında Ocak ayında Los Angeles Auto Show Otomobil Fuarında sergilenmiştir ve ABD’de 1996 yılında pazara sunulmuştur. EV1, şehir içi kullanımı için tasarlanmıştır. İki kişilik bu araç, çift hava yastığı, CD çalar, anti-lock frenleme sistemine sahiptir (Şekil 4). GM EV1, 530 kg ağırlığında ve 16.2 kWh depolama özelliğine sahip VRLA (Valf regulated lead acid) bataryalar ile donatılmıştır. Bataryaların araca toplam 145 km menzil sağlayabildiği ve 450 derin deşarj çevrimine sahip olduğu ifade edilmektedir. 1998 yılında GM bir başka opsiyon olarak nikel-metal hidrür (NiMH) bataryaları kullanmıştır. Bu ileri batarya sisteminin aynı ağırlık ve boyuttaki VLRA bataryalarına kıyasla 2 kat daha fazla enerji depo ettiği belirtilmektedir.

 

Geliştirme testleri ve deneyler boyunca EV1’in 600 km menzile kadar çıkabildiği ifade edilmektedir. NiMH bataryaları VLRA bataryalarından 4 kat daha pahalı olmasına rağmen, 4 kat daha uzun ömre sahiptirler. Tahrik sistemi için kullanılan üç fazlı AC asenkron motor, tekerleklere 102 kW güç verebilmektedir. Elektrik motoru aynı zamanda frenleme esnasında bataryaların rejeneratif olarak şarjı için generatör gibi görev yapmaktadır. Batarya ve motor sistemi, aynı zamanda batarya şarjını kontrol eden elektronik modül ile kontrol edilebilmektedir. Bataryalar 312-V civarındadır. EV1 konvansiyonel araçlara göre üretim amaçlı geliştirilmiş ilk elektrikli araç olması yanında aynı zamanda EA’larında normal üretim yöntemlerine göre üretildiğini göstermektedir. 2000 yılı Nisan ayında bu aracın üretimi durdurulmuştur.

 

 

Şekil 4. General Motors EV1 elektrikli araç

 

 2.2.2 Ford Think City

 

Ford Think City, Pivco Industries isimli bir Norveçli şirket tarafından geliştirilen ve şehir içinde kullanıma uygun 2 kişilik küçük bir elektrikli araçtır (Şekil 5). Bu firma 1998 yılında Ford Motor şirketinin yönetimine geçmiştir. Think City elektrikli aracı 1999 yılı Kasım ayından beri üretimdedir. 1999 yılı Aralık ayında da 120 araç siparişi olmuştur. Think City aracının ABD versiyonu hala geliştirilme aşamasındadır. Bu araçta 3 fazlı AC asenkron motor kullanılmıştır ve gücü 27 kW civarındadır. 0’dan 50 km/saate toplam 7 saniyede ulaşabilmektedir ve azami hızı 90 km/saattir. Güç nikel-kadmiyum bataryalardan elde edilmektedir .

 

Şekil 5. Ford Think City elektrikli araç

2.2.3 Nissan Hypermini

 

Nissan Hypermini birçok yönden Think City’ye benzemektedir (Şekil 6). Bu araç yine 2 kişilik kompakt bir şehir içi ulaşım aracıdır. Bu araçta 24 kW güç üreten azami torku 130 Nm ve azami hızı 6700 d/d olan SM senkron motor kullanılmaktadır. Motor arka tekerlekleri tahrik etmektedir. Aracın düşük titreşim ve gürültü ile iyi ivmelenme kabiliyetine sahip olduğu ifade edilmektedir. Motor, 90 Wh/kg enerji yoğunluğuna ve 15 kWh enerji depolama kapasitesine sahip lityum-iyon bataryalardan güç almaktadır. Bu batarya normal kurşun asit bataryalara göre enerji depolamada üç kat ve nikel-kadmiyum bataryalara göre de iki kat daha yüksek enerji yoğunluğuna sahiptir.

 

 

Şekil 6. Nissan Hypermini elektrikli araç

 

2.2.4 Toyota RAV 4 EV

 

Toyota RAV 4 EV yukarıdaki araçlar arasında hem görüntü hem de konfor açısından konvansiyonel araçlara en yakın olan araçtır (Şekil 7). RAV 4 EV Japonya’da 1996 yılının Eylül ayında 45 000 ABD Doları civarında bir fiyatla otomotiv pazarında yerini almıştır. Bu araçta tahrik SM senkron motordan sağlanmaktadır ve 2 kademeli dişli kutusu bulunmaktadır. Bu motorun azami gücünün 50 kW, azami torkunun 190 Nm ve aracın azami hızının 125 km/saat olduğu ifade edilmektedir. Araçta, 450 kg ağırlığında ve 27 kWh enerji depolama kapasitesine sahip nikel-metal hidrür bataryaları kullanılmıştır. Aracın ABD kombine test çevrimine göre şarj edildiği zaman 200 km menzile ulaştığı ifade edilmektedir.

 

 

 

Şekil 7. Toyota RAV4 elektrikli araç

 

 

2.3 Prototip ve Deneysel Tümü-Elektrikli Araçlar

 

Tablo 1’de üretilmiş bazı tümü-EA’lar ve Tablo 2 ve 3’de ise prototip amaçlı geliştirilmiş tümü-EA’lar listelenmiştir. Bu araçlarda birçok farklı batarya teknolojisi kullanılmıştır. Kurşun asit bataryaların maliyeti düşük olmasına rağmen sadece bir araçta yer aldığı görülmektedir. Diğer batarya tiplerinden nikel-kadmiyum tip bataryalar 5 araçta, NiMH bataryalar 3 araçta ve lityum-iyon bataryalar ise bir araçta yer aldığı görülmektedir. Beş araçta ise (GM, BMW ve DaimlerChrysler’in ürettiği) sodyum-nikel klorür teknolojisi kullanılmıştır.

TABLO 1- Üretim Hattındaki Tümü Elektrikli Araçlar

TABLO 2- Prototip Ve Deneysel Amaçlı Geliştirilmiş Tümü Elektrikli Araçlar

TABLO 3- Prototip Ve Deneysel Amaçlı Geliştirilmiş Tümü Elektrikli Araçlar(Devamı)

 

2.3.1 Elektrikli Muharebe Araçları

 

Dünyada gelişen çevresel duyarlılık ve fosil kökenli kaynakların azalmasının oluşturduğu talep doğrultusunda elektrikli araç teknolojisinde ve elektrikli sürüş tahrik sistemlerinde hızlı gelişmeler ortaya çıkmaktadır. Bu durum Sivil araç uygulamalarının yanında elektrikli muharebe araç konusunda yapılan çalışmaları hızlandırmıştır.

 

Elektrikli muharebe araçlarının askeri alanda kullanımı envanterinde bulundukları ordulara büyük avantajlar sağlayacaktır.Askeri alanda kullanımın sivil uygulamalara nazaran avantajları aşağıda özetlenmiştir.

 

§         Esneklik

§         Düşük ağırlık/hacim

§         Yüksek menzil

§         Optimum dizel performansı

§         Sessizlik

§         Düşük iz

§         Yüksek ivmelenme

§         Frenlemede enerji kazanımı

§         Düşük maliyet

§         Düşük lojistik destek ihtiyacı

§         Güç kaynağı modu

 

Avrupa Uzun Vadeli Savunma İşbirliği (EUCLID) programı çerçevesinde “Elektrik Mühendisliği” konulu çalışma alanında elektrikli taşıtların gelişmesinde büyük rol oynayacak “Enerji Depolama Sistemleri”, “Yakıt Pilleri” ve “Kara Taşıtları Entegrasyonu” projelerinde Türkiye adına Milli Savunma Bakanlığı AR-GE dairesi ile TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi görev almıştır.

 

Kara Taşıtları Entegrasyonu projesi, 24 ton ağırlığında konvansiyonel bir muharebe aracının savaş gücünün ve hareket kabiliyetinin artırılması amacıyla, elektrikli hale dönüştürülmesiyle ilgili yeni bir çalışmadır. Projede kullanılacak ana sistemler, ayrı projelerde tek tek ele alınmakla birlikte, araç tasarımında bir bütün olarak incelenmiştir. Muharebe aracı ve sivil araç uygulamasında kullanılacak teknolojilerin gelişmesine ışık tutmuş önemli bir projedir. Bu projeye 6 ülkeden (İsveç, Hollanda, İtalya, Finlandiya, Yunanistan ve Türkiye) 12 şirket ve araştırma kurumları katılmıştır.

 

Bu projelere katılan ülkeler, proje çalışmalarının paralelinde kendi milli araçlarını geliştirebilmek için ayrı projeler başlatmışlar ve önemli adımlar atarak ilk prototiplerini dünyaya sergilemişlerdir. (Şekil 8-9)

 

 

 

Şekil 8. WIESEL Hafif Zırhlı Elektrikli Paletli Araç

 

 

Şekil 9. SEP Lastik Paletli Hafifi Zırhlı Piyade Aracı

Türkiye’nin küresel rekabet gücünün arttırılmasını misyon edinen TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi, diğer ülkeler gibi çalıştığı projelerin paralelinde kendi ülkesinin ilk prototiplerini yapabilecek aşamaya gelmiştir.

Devamında, savunma sanayiimizin önemli kuruluşu olan FNSS Savunma Sistemleri A.Ş. ile TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi birlikte elektrikli muharebe aracı çalışmalarına başlamıştır. Bu çalışmalarda, önümüzdeki yıllarda paletli ve lastik tekerlekli muharebe araçlarının ilk prototiplerinin üretimi hedeflenmektedir. (Şekil 10)

 

 

Şekil 10. FNSS Muharebe Aracı

 

Elektrikli araç konsepti, değerlendirildiğinde sivil ve askeri amaçlı teknolojilerin kullanıldığı farklı amaçlara sahip platformlara da zemin hazırladığı görülmektedir. Günümüzde insansız kara aracı olarak adlandırılan uygulamanın önemli bir yeri vardır. İnsansız araç uygulamasına en çarpıcı örnekler, emniyet birimlerinin kullandığı uzaktan kontrollü araçlardır. Bu araçların gelişmesi ve işlevlerinin arttırılması elektrikli araçlarda kullanılan elektrik teknolojisinin gelişmesine bağlıdır.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ELEKTRİKLİ ARAÇ TEKNOLOJİSİNİN GELİŞİMİ

 

Gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerdeki ulaşım yoğunluğunun artması nedeniyle çevre kirliliği ortaya çıkmıştır. İYM’lardan çıkan emisyonlar (azot oksitler-NOx, karbon monoksit -CO, küçük partiküller, uçucu organik bileşikler vb.) bölgesel ve hatta global ölçülerde çevreye önemli zararlar vermektedir. Büyük şehirlerin bir çoğunda trafik emisyonlarından kaynaklanan azot oksit ve karbon monoksit oranları istenilen standartların üzerindedir.

 

Almanya’da ve Amerika’da yapılmış olan araştırmalardan havadaki küçük partiküllerin insan sağlığı üzerinde olumsuz etkilerinin olduğu görülmüştür. İYM’ların her türü (dizel, benzinli, LPG’li vb.) yüksek miktarda partikül açığa çıkarmaktadır. Özellikle dizel motorların benzinli ya da LPG’li motorlara göre daha fazla partikül açığa çıkardığı gözlemlenmiştir. Bu sebeple şehirlerdeki bu küçük partiküllerin oluşmasının en önemli sebebinin trafik olduğu düşünülmektedir. Katalitik dönüştürücülerin kullanılması ile emisyonlar azalmakta, ancak trafiğin artması nedeniyle emisyon konsantrasyonlarının artmaya devam ettiği saptanmıştır.

 

Artan araç sayısına bağlı olarak, atmosferde kirletici emisyonların ve karbon dioksit gazı miktarının hızla artması, dolayısıyla sera etkisinin oluşması ve iklim değişikliği sorunları alternatif yakıtların kullanılmasını gündeme getirmiştir. Avrupa’nın ve Dünyanın diğer ülkelerinde her geçen yıl ulaşım yoğunluğunun artması ve açığa çıkan emisyon miktarlarının da buna paralel olarak artması alternatif yakıtların kullanımının etkisini sınırlamaktadır.

 

Ayrıca mevcut sistemler ve altyapı olanaklarının getirdiği kısıtlamalar nedeni ile fosil yakıtlardan alternatif yakıtlara geçilmesi beklenen hızda gelişmemektedir. Bunlar üretim potansiyelleri, üretim teknikleri, dağıtım, pazarlama ve motor uyumudur. Örneğin çevre açısından kirletici emisyon açığa çıkarmayan hidrojenin istenen saflıkta eldesi ve depolama sistemleri zor ve pahalı teknikler gerektirmektedir Tüm bu problemleri gidermek için uygun alternatif yakıtlar ve/veya daha verimli alternatif araçların geliştirilmesi gündeme gelmiştir.

Bu sebepten elektrikli araçlara ilgi tekrar artmaya başlamıştır. Esasında otomobillerin tahriki için kullanılan elektrik enerjisi ve elektrikli araç teknolojisi yaklaşık 1800’lü yıllardan ve otomobilin icadından beri mevcuttur. Fakat 1900’lerin başlarında içten yanmalı motorlar (İYM), ağırlık güç oranının düşük olması ve yakıt için kullanılan petrolün enerji yoğunluğunun yüksek olması nedeniyle daha fazla ilgi görmekteydi. Elektrikli tahrik birçok açıdan üstün olmasına rağmen bataryaların enerji yoğunluğunun az olması nedeniyle 1970’lere değin geri planda kalmıştır. Ancak 1970’teki petrol krizi petrol fiyatının ve yakıta bağımlılığın artmasıyla birlikte yeni teknoloji arayışları ile elektrikli araçlar (EA) yeniden gündeme gelmiştir.

 

EA’larla ilgili üç değişik tahrik teknolojisi vardır. Bunlar bataryalı elektrikli araç (tümü-elektrikli), birden fazla tahrik gücüne sahip (örneğin elektrik motoru ve İYM)

 

3.1. Tümü-Elektrikli Araçların Avantajları ve Dezavantajları

 

3.1.1 Tümü-Elektrikli Araçların Avantajları

 

Tümü-elektrikli araçlarda (tümü-EA) tekerlek elektrik motoru tarafından tahrik edilmektedir. Elektrikli araçta yüksek miktarda itme kuvvetinin sağlanabilmesi için gerektiğinde birden fazla elektrik motoru kullanılabildiği çeşitli uygulamalardan görülmektedir. Elektrik motoruna sağlanan güç ise enerji depolama sistemlerinden elde edilen elektrik enerjisinden sağlanmaktadır. Burada gücün elde edilebilmesi için gerekli olan enerji yakıtın yanmasıyla değil enerji depolama sistemi olan bataryalardan elde edildiğinden tümü-EA’larda benzin, dizel ya da yanabilen diğer yakıtlar kullanılmamaktadır. Bu nedenle tümü-EA’larda hiç yakıt tüketilmediği için emisyon açığa çıkmaz ve bu araçlar “sıfır emisyonlu araçlar” olarak adlandırılmıştır. Taşıtta bulunan bataryaların şarj edilmesi için gerekli elektriğin üretilmesinde az miktarda emisyon açığa çıksa bile tümü-EA’larda tüm yakıt çevrimi boyunca konvansiyonel taşıtlara göre daha az seviyede toksik ve ozon tabakasına zarar verici emisyonların açığa çıktığı görülmektedir

 

Tümü-EA’larda İYM olmadığı ve elektrik motoru olduğu için bu araçlar sesiz çalışmaktadır. Rejeneratif frenleme sayesinde daha uzun fren ömrü vardır ve kinetik

enerji geri kazanılarak elektrik motoru generatör gibi kullanılarak kinetik enerji elektrik enerjisine dönüştürülmekte ve bataryaları besleyerek şarj etmektedir. Yakıt maliyeti de dahil olmak üzere bakım maliyeti konvansiyonel araçlara göre çok daha düşüktür. Hareketli elemanlar fazla olmadığı için bunların ayarına ya da yağ değişikliğine gerek yoktur.

 

3.1.2 Tümü-Elektrikli Araçların Dezavantajları

 

3.1.2.1 Elektrikli Araç Maliyeti

 

Tümü-EA üretimindeki yüksek maliyet elektrikli araç pazarının gelişmesini sınırlamaktadır. Bu araçların pazarda geniş bir şekilde yayılmasını engelleyen en önemli etken satın alma maliyetinin çok yüksek olmasıdır. Örneğin General Motors’un EV1 modeli 33.995 $ iken benzinli Chevrolet Cavalier 13.670 $’e satılmaktaydı. Fakat tümü EA’ların yakıt maliyeti konvansiyonel araçlara göre çok daha düşüktür. Örnek olarak küçük bir konvansiyonel aracın yakıt maliyeti yıllık ortalama 690 $ iken tümü-EA’ların çok daha düşük olup 390 $ - 480 $ arasındadır. Tümü-EA’ların yakıt maliyet düşük olduğundan petrol fiyatlarının artmasıyla bu araçların ön plana çıkması beklenmektedir. Ancak tümü-EA maliyetinin önemli bir kısmını oluşturan bataryalar gibi henüz geliştirilme aşamasında olan kritik parçaların mevcut durum da 3-5 yıl içerisinde yenilenmesi kullanım maliyetinin arttırmaktadır.

 

EA’ların yaygınlaşıp pazar potansiyelinin artması için elektrikli araç satış maliyetinin azaltılması gerekmektedir. ABD Enerji Bakanlığı (U.S Energy Department) Mayıs, 1995 ve ABD Genel Muhasebe Bürosu (U.S General Accounting Office) ise Aralık,1994’den itibaren tümü-EA’ların hem satış hem de yaşam-döngüsü maliyetlerinin azaltılması üzerinde çalışmaya başlamışlardır. Otomobil üreticileri yeni tasarımlar yaparak araç maliyetini azaltmaya çalışmaktadırlar. Bununla birlikte elektrikli araç teknolojisi ile batarya teknolojisi gelişmekte ve bu nedenle taleplerin artmaya başlayacağı düşünülmektedir. Maliyeti azaltmanın bir diğer yolu ise hükümet ve endüstri destekli teşviklerin arttırılması yönündedir. Böylelikle araç maliyetinin yanında kullanım maliyeti de azalacaktır. Elektrikli araç teknolojisi geliştikçe talebin  artacağı ve maliyetin düşeceği açıktır. Bu durum tümü-EA’ların tüketiciler tarafından kabulünü hızlandıracaktır.

 

3.1.2.2 Servis İstasyonları

 

EA’lar piyasada satışa sunulduğu zaman konvansiyonel araçlarda olduğu gibi bakım ve onarım için gerekli servis istasyonları olmalıdır. Önemli sayıda elektrikli araç pazarda olduğu zaman araç üreticileri tüketicinin isteklerine cevap verebilecek kadar eğitimli teknik personel bulundurmalı ve araçta herhangi bir problem olduğu zaman aracına gerekli bakımını ve onarımını yaptırabileceği servislere ihtiyaç duyulmaktadır.

 

3.1.2.3 Araç Menzili ve Batarya Teknolojisi

 

Tümü-EA’ların yayılmasını engelleyen bir diğer etken de araç performansıdır. Taşıtlara tahrik sağlayan bataryalar oldukça ağırdır ve taşıtın menzili sınırlıdır. Konvansiyonel yolcu aracı depoyu yakıtla doldurduktan sonra yaklaşık 500-600 kilometre yol alırken tümü-EA’lar şarj edildikten sonra çok daha az yol alabilmektedirler. Tüm dünyada ileri kurşun-asit bataryaların geliştirilmesi konusunda yoğun çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmalardaki temel amaç bataryaların enerji yoğunluğunu arttırarak tümü-EA’ların menzilini arttırmaktır.

 

Elektrikli aracın gelişimine bir diğer engel olarak konvansiyonel bir aracın deposunun doldurulmasının birkaç dakika almasına karşın, bir tümü-EA’ı tamamen şarj etmenin yaklaşık 5-8 saatlik zaman gerektirmesidir. Bazı yüksek hızlı şarj cihazları, aracı 3-4 saatte şarj edebilmektedir. Fakat bu şarj cihazları bataryaların ömrünü kısaltmaktadır.

 

TABLO 4- Tümü Elektrikli Araç Tipleri

4. ELEKTRİKLİ ARAÇ SİSTEMLERİ

 

Elektrikli araçlarda, araç içerisine yerleştirilmiş enerji üretim, dağıtım ve tahrik sistem elemanları birlikte çalışmaktadır. Sistem içerisindeki elemanların birbirlerine bağlanma şekilleri, enerji akışındaki tercihleri ve farklılıklarına göre tahrik sistem konfigürasyonları tanımlanmıştır. Elektrikli araç teknolojisinde kullanılan konfigürasyon ve temel bağlantı şekilleri hakkında bilgi aşağıda sunulmuştur.

 

4.1. Tümü-Elektrikli Araçların Çalışma Prensipleri

 

Tümü-Elektrikli Araçlar (tümü-EA), depolanan ya da üretilen tüm itici gücü elektrik olarak kullanmaktadır. Bu tip araçlarda ana güç kaynağına ek olarak yardımcı güç kaynakları da bulunmaktadır. Daha önce de bahsedildiği gibi elektrik motorunun dönmesi için gerekli olan elektriksel enerji bataryalardan elde edilmektedir. Bunun yanında tümü-EA ’larda ana bataryaya ilave yardımcı güç kaynağı olarak ikinci bir batarya veya süper kapasitör kullanılabilir. Bu yardımcı güç kaynakları pik çalışma şartları altında örneğin bir yokuşu tırmanırken veya ivmelenirken kısa periyotlar için yüksek güç sağlayabilmektedir. Yüksek enerji yoğunluğu uzun sürüş menzili, yüksek güç yoğunluğu ise ivmelenme ya da yokuş tırmanma ihtiyacını karşılayan dizayn parametreleridir. Bu durumun etkisi öncelikle yüksek enerji, düşük güç yoğunluğuna sahip batarya tipleri için önemlidir.

 

Örneğin alüminyum-hava bataryalar 220 Wh/kg gibi yüksek enerji yoğunluğunun yanında, 30 W/kg gibi düşük güç yoğunluğuna sahiptirler. İyi bir ivmelenme veya tırmanma performansı için yüksek güç yoğunluğuna ihtiyaç duyulması durumunda yüksek güç yoğunluğuna sahip yardımcı güç kaynağına gereksinim duyulmaktadır. Şekil 11’da tümü-EA akış şeması görülmektedir.

 

Şekil 11. Tümü-EA akış şeması

 

Yüksek bir ivmelenme için son yıllarda prototip tümü-EA’larda yardımcı güç kaynağı olarak süperkapasitörler de kullanılmaktadır. Mevcut süperkapasitörlerin enerji yoğunluğu yaklaşık 15 Wh/kg civarında olmasına rağmen güç yoğunluğu 1 kW/kg dır. Yürütülen çalışmalarda önümüzdeki yıllarda bu değerin 4 kW/kg değerine yükseltilmesi hedeflenmektedir.

 

Tümü-EA’ların şarj edilebilir bataryalarında depolanmış bulunan elektrik enerjisi motor kontrolörüne güç sağlamaktadır. Motor kontrolörü gaz pedalının pozisyonuna bağlı olarak elektrik motoruna gidecek gücün miktarını ayarlamaktadır.

 

Tümü-EA’lar konvansiyonel araçlara göre daha verimlidir. Bir bataryalı elektrikli araç yaklaşık % 46 verimle çalışmasına karşın, konvansiyonel araçlar %18-25 arasında çalışmaktadırlar. Bir başka deyişle elektrikli araç bataryalarının şarjı için prizden çekilen enerjinin % 46’sı tekerleklerde kullanılabilir işe dönüştürülmektedir. Bunun tersi, konvansiyonel araçlarda yakıt tankında bulunan sıvı yakıtın % 18–25 kadarı tahrik tekerlerinde işe dönüştürülebilmektedir. Ancak bu durumda elektriğin santrallerde üretilmesi sırasında oluşan kayıpla dikkate alınmalıdır.

 

5.ELEKTRİKLİ ARAÇLARDA KULLANILAN ALT SİSTEMLER

 

Elektrikli araçlarda çeşitli alt sistemler kullanılmaktadır. Bunlar sırası ile güç üretim sistemleri, enerji depolama sistemleri, güç kontrol sistemleri, tahrik sistemleri ve enerji yönetim sistemlerdir. Güç üretim sistemi olarak tanımlanan alt sistem elemanları, aracın elektrik dağıtım şebekesini tek başına veya farklı enerji üreticileri ile birlikte beslemektedir. Güç üretim sistemleri hakkında detaylı bilgi aşağıda sunulmuştur.

 

5.1 Güç Üretim Sistemi

 

            Sistem mimarisinde kullanılan topoloji ne olursa olsun (hibrid/doğrudan), neticede elektrikli bir araçta elektrik enerjisi mekanik enerjiye dönüştürülecektir. Bu açıdan incelendiğinde, elektrikli tahrik motoru ve söz konusu motoru besleyecek elektrik şebekesi güç üretim modülüne doğrudan bağlı sistemlerdir.

Elektrikli araç teknolojisinde güç üretim modülü ana hareketlendirici ve generatör ile birleşik bir modül olarak düşünülmelidir. Güç üretim modülü aracın elektrik şebekesine AC ya da DC elektrik enerjisi sağlamaktadır. Bu yaklaşımla güç üretim sisteminde kullanılan alt sistemler, sabit olan bara gerilimini sağlayacak şekilde farklılıklar gösterebilir.

 

Güç üretim modülü, kullanılan enerji kaynakları açısından da serbestliğe sahiptir. Bir başka deyişle elektrik enerjisi direkt ya da dolaylı enerji kaynaklarından üretilebilir. Ana enerji kaynağından tekerleklere kadar enerji dönüşüm adımları toplam sistem verimliliği açısından önemlidir.

 

Bataryalar

 

Elektrikli araçlardatek güç üretim moldülü bataryalardır. Bataryalarda elektrokimyasal olarak depolanmış enerji kullanılmaktadır. Elektrokimyasal reaksiyon sonucunda ortaya çıkan doğru akım elektrik enerjisi ile sürüş sistemi doğrudan beslenmektedir. Enerji dönüşümü açısından bataryadaki kimyasal enerji direk olarak elektrik enerjisine dönüştürülmektedir.

5.2. Enerji Depolama Sistemleri

 

5.2.1 Bataryalar

 

Elektrikli araç uygulamalarında bataryaların yüksek özgül güç, yüksek özgül enerji ve uzun çevrim ömre sahip olması beklenmektedir. Özgül enerji yoğunluğu enerji kaynağının birim kütlesinde depolanan enerji miktarını göstermektedir. Özgül güç ise yine enerji kaynağının birim kütlesinin verdiği güç olarak ifade edilmektedir.

 

Tablo 5’de EA’larda kullanılan ve gelişme altındaki bataryaların listesi verilmektedir. azami enerji yoğunluğu; batarya ağırlığının her bir kilogramından, 3 saatlik deşarj döngüsü boyunca elde edilen enerji miktarını belirtmektedir. Bu gösterge batarya tamamen deşarj olmadan ne kadar kullanılabileceğini ifade etmektedir.

 

Azami güç yoğunluğu depolanan enerjinin bataryadan ne kadar hızla çekilebileceğini göstermektedir. Tablo 5’da ayrıca her bataryanın çalışma sıcaklıkları verilmiştir. Çalışma sıcaklığı hangi bataryanın kullanılacağına karar verilmesi aşamasında çok önemli bir faktördür. Sodyum-sülfür, sodyum nikel klorür, lityum –demir sülfür gibi daha yüksek sıcaklıklarda çalışan bataryalar için özel sistemlerin kurulmasına ihtiyaç duyulur.

Batarya ömrü de bir diğer önemli faktördür. Bir batarya için hedef 1000 çevrim ömre sahip olmasıdır. Bu yaklaşık olarak 3-4 yıllık bir kullanım ömrüne karşılık gelmektedir. Birçok batarya çeşidinde derin deşarj çevrimi bataryanın hem enerji hem de güç yoğunluğunu bir miktar azaltmaktadır. Bu nedenle bataryanın ömrü azalmaya yakın performansı da önemli ölçüde azalmaktadır.

 

Günümüzde EA’lar için maliyet açısından bir değerlendirme yapıldığında enerji depolama konusunda en uygun batarya teknolojisinin kurşun-asit olduğu ifade edilmektedir. Ancak kurşun-asit bataryaların aracın menzilini doğrudan etkileyen enerji yoğunluğu oldukça düşüktür. Gelişmekte olan batarya tiplerinden nikel kadmiyum, nikel metal hidrür, lityum iyon yüksek enerji yoğunluğu ile öne çıkmaktadır. Diğer yandan sodyum sülfür gibi yüksek sıcaklık bataryaları da elektrikli araç uygulamalarında kullanım alanı bulmaktadırlar. Tablo 6’da kullanılan anot, katot ve elektrolit malzemeleri ile birlikte bataryanın hücre voltajları gösterilmektedir. Yüksek hücre voltajı ile istenilen gerilimdeki bataryayı sağlamak için daha az sayıda hücre gerekir. Böylelikle bataryanın karmaşıklığı azalır ve güvenilirliği artar.

.

 

TABLO 5- Tümü Elektrikli Araç Bataryaları Özellikleri

   

 

TABLO 6- Tümü Elektrikli Araç Bataryaları (Gerilim Değerleri ve malzemeleri)

 

5.2.1.1 Kurşun-Asit Batarya

 

Tüm İYM’larda ilk hareket bataryası olarak kullanılan düşük maliyet versiyonları negatif kurşun elektrotu, pozitif kurşun dioksit elektrotu ve de sülfürik asit elektrolit çözeltisinden oluşmaktadır. Genelde 6 tane hücre yaklaşık 12 voltu sağlamak için seri bir şekilde bağlanır.

 

Bu batarya 100 yıllık bir gelişme süreci geçirmesine rağmen 25-35 Wh/kg gibi düşük bir enerji yoğunluğuna sahiptir. Buna karşın güç yoğunluğu ise 150 W/kg gibi yüksek bir değerdir.

 

Kurşun asit bataryaları düşük çevre sıcaklıklarından şiddetli bir şekilde etkilenmektedir. Özellikle 10°C’nin altındaki çalışma koşullarında hem enerji hem de güç yoğunluğunda belirgin ölçüde düşüş görülür. Bu batarya tipini kullanan elektrikli araçların daha düşük ortam sıcaklıklarına maruz kalması durumunda yardımcı bir batarya ısıtmasına ve izolasyonuna ihtiyaç duyulur.

 

Kurşun asit bataryalarının ömrü yaklaşık %80 derin deşarj koşulunda 1000 çevrimdir. Bu yaklaşık 3 yıla tekabül etmektedir.

5.2.1.2 Nikel-Demir Batarya

 

Nikel demir bataryaları 1901 yılında Thomas Edison tarafından elektrik araçlarının daha uzun yol kat edebilmesi amacıyla geliştirilmiştir. Nikel demir bataryaları güvenilir, uzun ömürlü, fakat pahalı bir sekonder bataryadır.

 

Bataryada nikel pozitif elektrot, demir negatif elektrot ve potasyum hidroksit ise sıvı elektrolittir.

 

Süre gelen geliştirme çalışmaları sayesinde enerji yoğunluğu 50 Wh/kg’a mertebesine ulaşmıştır. Bu gelişme aktif malzeme oranının arttırılması ve pasif batarya komponentlerinin ağırlıklarının azaltılması ile sağlanmıştır.

 

Nikel demir bataryalar –20°C’de dahi nispeten performanslarını korumaktadır. Azami güç yoğunluğu 100 W/kg’dır ve bu değer ivmelenme için iyi bir değerdir. Bununla beraber güç yoğunluğu deşarjın derinliği ile önemli bir biçimde etkilenir. Bu bataryaların yaklaşık 6 yıla karşılık gelen, 2000 derin deşarj çevrimine kadar kullanım ömrü vardır.

5.2.1.3 Nikel-Çinko Batarya

 

Şarj edilebilen nikel çinko bataryalar ilk olarak 1899 yılında icat edilmiştir. Şarj esnasında çinko plakanın üzerinde dendritler kullanım ömrünü kısalttığından, bu bataryalar kullanımı yaygınlaşmamıştır. Son dönemde yüksek güç ve enerji yoğunluğu sayesinde EA’larda kullanım imkanı doğmuştur. Enerji yoğunluğu 70 Wh/kg ve güç yoğunluğu 150 W/kg olmasına rağmen bu bataryalarda temel problem dendrit oluşumu nedeniyle kullanım ömrünün 300 çevrim kadar kısa olmasıdır.

 

Bataryanın geniş bir çalışma sıcaklığı toleransı vardır (-39 ile +81oC arası). 30 günlük kullanım sonrası % 60 şarj azalması görülmektedir. Son zamanlarda bataryaların ömürlerinin uzatılabilmesi için bazı çalışmalar yapılmasına karşın nikel-çinko bataryaların gelişimi konusundaki araştırmaların yoğunluğu gittikçe azalmaktadır.

5.2.1.4 Nikel Kadmiyum Batarya

 

Son yıllarda nikel-kadmiyum (NiCd) bataryalar özgül enerji, özgül güç, çevrim ömrü ve güvenilirlik bakımından en iyi dengeyi sağlayan bataryalar olarak kabul edilmektedir.

 

Nikel kadmiyum batarya sinterlenmiş pozitif nikel elektrot, negatif kadmiyum elektrot ve sulu elektrolit olarak potasyum hidroksitden oluşmuştur. Nikel kadmiyum bataryaları kurşun asit bataryalarına göre birim ağırlık başına bir miktar daha fazla enerji depolamaktadır. Bataryanın enerji yoğunluğu 50 Wh/kg ve güç yoğunluğu 200 W/kg’dır. Bu bataryalar yüksek şarj ve deşarj oranlarına sahip olduklarından EA’larda kullanılabilmektedir. Derin deşarj çevrim sayısı 2000 civarındadır.

 

Kadmiyumun toksik ve çevreye zararlı olmasından dolayı, nikel-kadmiyum bataryaların geri kazanımı oldukça önemli ve bir o kadarda karmaşıktır. Çevreye verdikleri zarardan dolayı kullanımları durdurulmuştur.

5.2.1.5 Nikel-Metal Hidrür Batarya

 

Nikel-metal hidrür (NiMH) bataryalar, toksik özelliği olmayıp daha iyi performansa sahip olduklarından son zamanlarda birçok elektrikli araç uygulamalarında nikel kadmiyum bataryanın yerini almıştır. NiMH, nikel kadmiyum bataryalara göre daha fazla enerji depolamaktadır. Batarya, metal hidrür karışımı olan negatif elektrot, potasyum hidroksit elektroliti ve de aktif malzemesi nikel hidroksit olan pozitif elektrottan oluşmaktadır. Negatif elektrot olarak hidrojen içeren metal alaşım kullanılır. Hidrojen içeren metal alaşımları iki kategoriye ayrılmaktadır:

 

• AB5 alaşımları; nikel bileşikleri

• AB2 alaşımları; titanyum vanadyum ve zirkonyum alaşımlı nikel bileşikleri.

 

NiMH bataryası 70 Wh/kg’dan fazla enerji yoğunluğuna ve 200 W/kg dan daha fazla güç yoğunluğuna sahiptir. Batarya %80 derin deşarj durumunda 600’ün üzerinde tam şarj/deşarj çevrimine sahiptir ve hızlı bir şekilde % 80 tekrar şarj olması yaklaşık 35 dakikadır. NiMH bataryalar, kurşun asit bataryalardan yaklaşık 5 katı kadar daha pahalıdır.

5.2.1.6 Sodyum-Sülfür Batarya

 

Sodyum sülfür batarya, ilk olarak 1960’li yıllarda Ford Araştırma laboratuarında elektrikli taşıtlar için gerekli enerji ve güç yoğunluğunu sağlamak için geliştirilmiştir. Birçok Avrupa, Amerika ve Japon şirketinde ticari prototiplerde kullanılmaktadır. Batarya negatif sodyum elektrotundan ve pozitif sülfür elektrotundan oluşmaktadır. Batarya yüksek sıcaklıklarda (350oC) çalışmaktadır ve her iki elektrot bileşenleri de sıvı durumdadır.

 

Sodyum sülfür bataryalar, 110 Wh/kg gibi yüksek enerji yoğunluğu ile 150 W/kg gibi yüksek güç yoğunluğu ve 1000 derin deşarj çevrimi sağlamaktadır. Bataryanın optimum çalışma sıcaklığı 350°C’dir ve 200°C’nin altında çalışılması durmaktadır. Bu sıcaklığın altında sodyum elektrolit donmaktadır. Sodyumun donması reaksiyonu yavaşlatarak, mekanik gerilmelere yol açması nedeniyle bataryaya zarar vermektedir.

 

 

5.2.1.7 Sodyum-Nikel Klorür Batarya

 

Sodyum-nikel klorür bataryasında, nikel klorür pozitif elektrot sodyum ise negatif elektrottur. Sodyum tuzu elektroliti yerine sodyum klorür elektrotu yer almaktadır. Bu elektrodun donma noktası daha düşük olup 160oC civarındadır.

 

Bu batarya türü, sodyum sülfür bataryasına göre bir miktar düşük sıcaklıklarda çalışmakta (300oC) olup, benzer enerji (100 Wh/kg) ve azami güç yoğunluğuna (150 W/kg) sahiptir.

5.2.1.8 Lityum-Demir Sülfat Batarya

 

Elektrikli taşıtlarda potansiyel kullanım alanı bulunan üçüncü yüksek sıcaklık bataryasıdır. Lityum, özellikle üstün enerji depolama yeteneği sağlayan yüksek elektrot potansiyeline sahip olmasından dolayı bataryalarda kullanılması uygundur .

Bataryanın demir sülfat pozitif elektrotu ve alüminyum lityum negatif elektrotu vardır. Çalışma sıcaklıkları 450°C civarındadır. Azami enerji yoğunluğu 150 Wh/kg, güç yoğunluğu 300 W/kg ve derin deşarj çevrimi 1000 mertebesindedir.

5.2.1.9 Lityum-Katı Polimer Batarya

Lityum-katı polimer bataryada diğer yüksek sıcaklık bataryalarından farklı olarak, ergimiş tuz elektroliti yerine iletken polimerler kullanılmaktadır. 150 Wh/kg enerji ve 300 W/kg güç yoğunluğuna sahiptir. Bataryanın düşük güçte dış ortam sıcaklıklarında çalışması mümkün olmakla birlikte, optimum çalışma sıcaklığı 80°C ve 120°C aralığındadır.

 

5.2.1.10 Lityum-İyon Batarya

 

Lityum-iyon hücrelerin yapısı lityum-katı polimer batarya hücrelerine benzemektedir. Ancak negatif lityum metal plaka yerine grafit veya kalay oksit gibi negatif “host” kullanılmasıdır. Deşarj esnasında lityum iyonları negatif “host”tan organik elektrot yardımıyla manganez, kobalt ya da nikel oksit pozitif “host”a geçer. Şarj esnasında da tam tersi proses gerçekleşir. Lityum iyonları katot ve anot arasında sarkaç gibi hareket eder. Lityum-iyon bataryalar yaklaşık 120 Wh/kg enerji yoğunluğuna ve 1000 çevrimlik derin deşarj çevrimine sahiptirler. Bu bataryalar, %80 şarj durumuna 1 saatten daha kısa sürede tekrar şarj edilebilmektedir.

 

Bu bataryayı, elektrikli araç uygulamalarında kullanılabilecek maliyet ve özelliklere getirebilmek için Japonya (Sony ve Panasonic), Avrupa (SAFT ve Varta) ve ABD’de (Duracell) çeşitli çalışmalar sürdürülmektedir. Sony, 3500 derin deşarj çevrimli 35 kWh kapasite ve 120 Wh/kg enerji yoğunluğuna sahip bir lityum-iyon batarya yaptığını bildirmiştir.

 

Lityum-katı polimer bataryalar ve lityum-iyon bataryalar yüksek enerji yoğunlukları nedeniyle, elektrikli araç uygulamaları için en uygun potansiyele sahip bataryalar olarak değerlendirilmektedir. Gelecek 15-20 yıl içinde lityum-iyon bataryanın henüz yüksek olan maliyetlerinin düşerek EA’larda kullanılabilecek ekonomik seviyeye inebileceği öngörülmektedir. Şekil 12’de lityum-iyon bataryanın şematik şekli görülmektedir.

 

 

Şekil 12. Lityum-iyon hücrenin yapısı

5.2.1.11 Alüminyum-Hava ve Çinko-Hava Bataryalar

 

EA’larda kullanılan bir diğer batarya türü metal-hava bataryalarıdır. Çinko ve alüminyum, bu türden uygulamalarda en fazla kullanılan metal elekrotlardır. Tüm metal hava bataryalarda ince gaz geçirgen katot ve potasyum hidroksit gibi alkali su bazlı elektrolit kullanılır.

Alüminyum-hava bataryasının azami enerji yoğunluğu 220 Wh/kg, çinko-hava bataryasının ise 200 Wh/kg olarak belirtilmektedir. Ancak hava ve elektrolit arasındaki değiş-tokuş hızı güç yoğunluğunu belirler ve bu hız oldukça düşüktür.

 

5.3. Tahrik Sistemleri

 

Tümü-elektrikli kullanılan tahrik sistemleri elektrik motoru, güç elektroniği ve kontrol ünitelerinden oluşur. Güç elektroniği ve yeni manyetik malzemelerdeki hızlı gelişmeler nedeniyle, bu sistemler her geçen gün yenilenmektedir.

 

Bugüne gelene kadar farklı elektrik motor tipleri tümü-elektrikli denenmiştir. Tümü-Elektrikli  araç motorlarında beklenen özellikler şunlardır:

 

• Yüksek anlık güç ve yüksek güç yoğunluğu,

• Kalkış ve yokuş tırmanma durumları için düşük hızlarda yüksek moment,

• Normal seyir sırasında yüksek hızlarda yüksek güç,

• Sabit moment ve sabit güç bölgelerini içeren çok geniş hız aralığı,

• Moment ihtiyacına hızlı cevap verebilme,

• Geniş hız ve moment aralıklarında yüksek verim,

• Geri kazanımlı frenleme için yüksek verim,

• Aracın değişik çalışma koşulları için yüksek güvenirlik ve sağlamlık,

• Kabul edilebilir seviyede maliyet.

 

EA’lardaki elektrik tahrik sistemlerinin seçimi, esas olarak üç faktöre bağlıdır. Bunlar; sürücünün beklentileri, araç kısıtları ve enerji kaynaklarıdır. Sürücünün beklentileri; ivmelenme, en yüksek hız, tırmanma kabiliyeti, frenleme ve menzil özelliklerini içeren sürüş profili ile tanımlanır. Araç kısıtları aracın çeşidine, araç ağırlığına ve aracın taşıdığı yüke bağlıdır.

 

Geçmişte kontrolünün kolay olması nedeniyle tercih edilen DC motor türleri, günümüzde güç elektroniği alanında yaşanan gelişmeler sonucunda yerlerini AC motorlara bırakmaktadır. Fırça-kolektör bakım gereksinimi DC motor kullanımının azalmasındaki en önemli faktördür.

 

Güç elektroniği ve kontrol teknolojilerinde gelinen noktada, asenkron motor hız kontrolü problem olmaktan çıkmış ve endüstride oldukça yaygın olarak kullanılan bu motor EA’larda kullanım imkanına kavuşmuştur. Özellikle kısa devre kafesli asenkron motorlar, üretimin kolaylığı, maliyet avantajı ve sağlam yapısı nedenleri ile tercih edilmektedir.

 

Günümüzde hali hazırda üzerinde çalışılan EA’ların çoğunda vektör kontrollü asenkron motor kullanılmaktadır. Ancak, sürekli mıknatıslı elektrik motorları da gelecek vaat etmektedir.

 

 

Elektrikli araç tahrik sistemlerinde başlıca 4 elektrik motoru kullanılmaktadır.

 

• DC motor

• Asenkron motor

• Sürekli mıknatıslı motor

• Anahtarlamalı relüktans motoru

 

5.3.1 Doğru Akım Motorlar

 

DC motorlar, bir manyetik alan içerisinde bir iletkenden akım geçirilmesi sonucunda, o iletkene kuvvet etki etmesi prensibiyle çalışırlar. DC motorlarda manyetik alanın oluşturulması için statorda bir alan sargısı ve rotorda da dönme hareketinin sağlanması içinde bir endüvi sargısı bulunur. DC gerilim dönen kısma da uygulandığından fırça kolektör düzeneği kullanılmaktadır. Bu düzenek DC motorun bakım gereksinimini arttırmakta ve sanayide olduğu gibi EA’larda da kullanımının azalmasına neden olmaktadır.

 

DC motorlar alan sargısının türüne göre serbest uyarmalı, seri uyarmalı, paralel uyarmalı ve kompund uyarmalı olmak üzere 4’e ayrılırlar. Şekil 13’de DC motor türlerinin şematik resimleri görülmektedir.

 

Serbest uyarmalı DC motorlarda, uyarma sargısı ve besleme sargısı elektriksel olarak birbirinden bağımsız olan iki kaynaktan beslenir. Seri uyarmalı DC motor da uyarma sargısı ve endüvi sargısı birbirine seri, paralelde ise paralel olarak bağlanmıştır. Kompund motor bu iki türün birleştirilmesiyle elde edilir.

 

Şekil 13. DC motor türleri

 

Seri uyarmalı motorlarda uyarma sargısından akan akım, endüvi sargısı ile aynıdır. Üretilen moment akımın karesi ile orantılı olması, elektrikli araç uygulamalarında seri uyarmalı DC motorların tercih edilmesine neden olmuştur. Buna karşın yüksüz çalışma durumunda çekilen akımın çok düşük olması motorun çok yüksek devirlere çıkmasına ve sonucunda da mekanik olarak zarar görmesine neden olur. Bu nedenle motor sürekli yüklü halde çalıştırılmalıdır.

 

Paralel uyarmalı DC motorda uyarma sargısına ve endüviye aynı gerilim uygulanmaktadır. Üretilen moment endüvi akımıyla lineer olarak orantılıdır, dolayısıyla seri uyarmalıya göre daha azdır.

 

Kompund motorlar ise seri ve paralel motorun kombinasyonudur. Uyarma sargılarının birbirine göre ters veya düz sarılması ile farklı karakteristikler gösteririler. Hız kontrolü, endüviye uygulanan gerilimin arttırılması veya uyarma sargısından akan akımın azaltılması ile sağlanır. Ters yönde çalışma için ise endüvi sargısı ya da uyarma sargısından birine uygulanan gerilim yön değiştirilmektedir.

 

Seri, paralel ve kompund DC motorlarda ters yönde çalışma için ilave mekanik veya elektronik bağlantılar kullanılır. Bu anahtarlar sargılardan birine uygulanan gerilimin yönünün değiştirilmesini sağlar.

 

Serbest uyarmalı DC motorlarda her iki sargıya uygulanan gerilimin ayrı ayrı kontrol edilebilmesi, hız ve moment kontrolü açısından üstünlük sağlamaktadır. Motorun ters yönde dönmesi için, uygulanan gerilimlerden birinin yön değiştirmesi yeterlidir. Şekil 14’de serbest uyarmalı DC motor kontrol sisteminin şematik resmi görülmektedir.

 

 

 

Şekil 14. Serbest uyarmalı DC motor kontrol sistemi

 

 

DC makinalar kolay kontrol edilebilmesi, moment ve akı kontrolünün bağımsız olarak sağlanabilmesi ve yerleşmiş üretim teknolojisi gibi üstünlüklerine rağmen, yüksek bakım gereksinimine yol açan fırça aşınmaları, düşük nominal hız, komütatör nedeniyle oluşan yüksek elektromanyetik girişim, düşük özgül güç oranı (W/kg) ve düşük verimlilik gibi dezavantajları vardır.

 

Şekil 15’da DC motor endüvi eşdeğer devresi görülmektedir. Devre, iç direnç Ri, endüvi sargı endüktansı (Li) ve rotorda endüklenen gerilimden (Ea) oluşmaktadır

 

 

 

Şekil 15. DC Motor eşdeğer devresi

 

DC motor devre eşitlikleri aşağıdaki gibidir;

Va = Ea + Ri.Ia + Li.dia/dt (1)

Ea = K.φ.wr (2)

wr: motor hızı

φ: akı

K: makinanın yapısına bağlı olan bir sabit

J: motor eylemsizliği

Tl: yük momenti

2 numaralı eşitlik 1 numaralı eşitlikte yerine konulur ve ifade düzenlendiğinde,

 

 

 

 

3 numaralı eşitlikte de görüldüğü gibi DC motor hız kontrolü, rotora uygulanan gerilim veya akının kontrol edilmesiyle sağlanabilir.

Endüviye uygulanan gerilim Va’nın yükseltilmesi akımın artmasına neden olur. Bunun sonucunda elektriksel momenti yükselir ve motor hızlanır. Endüviye uygulanan gerilim nominal değerine ulaştığında, motor baz hızına ulaşmıştır. Bu durumda gerilimin daha fazla arttırılması mümkün değildir. Bu noktadan sonra motorun hızlanabilmesi için sabit gerilimde, uyarma devresi gerilimi düşürülerek akı azaltılmaya başlanır. Azaltılan akı endüvide endüklenen gerilimin düşmesine neden olur. Ea düştüğünde endüviden akım artar. Bu artış alan akısındaki azalmadan çok daha fazla olduğundan motor momenti artar ve sonucunda motor hızlanır. Motorun baz hızına ulaşana kadarki çalışma bölgesine moment bölgesi, alan zayıflatılarak hızın arttırıldığı bölgeye ise sabit güç bölgesi adı verilir. Şekil 16’da DC motor çalışma bölgelerinin şematik resmi görülmektedir.

 

 

 

Şekil 16. DC motor çalışma bölgeleri

 

EA’larda tahrik için DC motor kullanılması durumunda, hız kontrol bölgesinin arttırılabilmesi için endüvi kontrolü ve alan kontrolü birleştirilmelidir.

 

5.3.2 Asenkron Motorlar

 

Asenkron motorlar basit ve sağlam yapısı nedeniyle endüstride olduğu gibi EA’larda da en çok tercih edilen motor türüdür. Tek ve üç fazlı olarak üretilebilmekle beraber, yüksek güç gerektiren elektrikli araç uygulamalarında üç fazlı asenkron motor kullanılmaktadır.

 

Dışta AC gerilimin uygulandığı stator sargıları, içte ise akım taşıyan iletkenlerin bulunduğu rotordan oluşur. Stator sargısına uygulanan 3 fazlı AC gerilim döner manyetik alan oluşturur. Bu manyetik alan rotorda gerilim endükler ve rotor sargılarından akım akmaya başlar.

 

Asenkron motorun iki türü bulunmaktadır:

 

• Kısa devre kafesli asenkron motor

• Bilezikli asenkron (rotoru sargılı) motor

 

Kısa devre kafesli asenkron motorun rotoru, mıknatıslanmayı sağlayacak silindir şekline demir malzemeden oluşur. Bu malzemenin çevresi, uçları birbirine halkalarla kısa devre edilmiş iletken çubuklarla kaplanır.

 

Bilezikli asenkron motorun rotorunda endüvi sargıları bulunmaktadır. Üç fazdan oluşan sargılar yıldız şeklinde bağlanmış ve faz uçları bilezik olarak tanımlanan iletkenlerle dışarıya çıkarılmıştır. Dışarıya çıkarılan fazlar, isteğe bağlı olarak değişken dirençler ile kısa devre edilerek devre tamamlanır. Direnç değerinin değiştirilmesi ile motor hız kontrolü sağlansa da elektriksel verimliliği düşüreceğinden bu yönteme EA’larda başvurulmaz.

 

Elektrikli araç uygulamalarında sağlam yapısı nedeniyle kısa devre kafesli asenkron motorlar tercih edilmektedir.

 

Asenkron motorlarda hız kontrolü, DC motorlara göre daha karışıktır. 3 fazlı eviriciler farklı kontrol stratejileri ile birleştirilirler. Asenkron motor kontrolünde kullanılan viricilerde, DC gerilimin anahtarlanarak AC’ye dönüştürülmesi çoğunlukla MOSFET veya IGBT’ler ile yapılmaktadır. Bu anahtarlar çeşitli PWM teknikleri kullanılarak kontrol edilir. Şekil 17’de asenkron motor sürücü devresinin şematik resmi görülmektedir.

 

 

Şekil 17. Asenkron motor sürücü devresi

 

Statora uygulanan 3 fazlı gerilimin neden olduğu döner alan hızına, senkron hız adı verilir. Stator senkron hızı ile rotor hızı arasındaki fark kayma hızıdır ve rotorun stator senkron hızından farklı bir değerde döndüğünü ifade eder. Kayma hızının, senkron hız cinsinden ifadesine kayma adı verilir.

 

 

n: motor hızı

 

ns: döner alan senkron hızı

 

s: kayma

 

Kayma ifadesinin düzenlenmesiyle asenkron motor hız kontrolü için temel eşitliğe ulaşılır;

 

p: kutup sayısı

 

f: besleme frekansı

Görüldüğü gibi kutup sayısı ancak üretim anında değiştirilebileceğinden, asenkron motor hız kontrolü stator besleme frekansı veya kaymanın değiştirilmesi ile sağlanır. Kaymanın değiştirilmesi için statora uygulanan gerilim kontrol edilmelidir.

 

Gerilim/frekans (V/F) oranının sabit tutulması prensibine dayanan klasik asenkron motor hız kontrol yöntemine skalar kontrol adı verilir. Asenkron motor sürekli hal devre eşitlikleri temel alınarak geliştirildiğinden, dinamik durumlarda ve düşük hızlarda zayıf performans gösterir. EA’larda motor sürücü performans gereksinimleri, skalar kontrol yöntemin ile sağlanamayacak kadar zorludur. Bunun yerine çoğunlukla vektör kontrol yöntemi kullanılır. Vektör kontrol yöntemi, motora uygulanan gerilimin genliği ve faz açısının kontrolünü içerir.

 

Bu kontrol stratejilerinin yanında uyarlamalı kontrol, optimal kontrol gibi daha gelişmiş kontrol yöntemleri de hızlı cevap süresi ve yüksek verim sağlamak amacıyla kullanılabilmektedir.

 

5.3.3 Sürekli Mıknatıslı Motorlar

 

Manyetik alan yaratmak için uyarma sargılarının yerine mıknatıs kullanılan motorlardır. Bu yöntem, rotor bakır kayıplarını ve uyarma devresi bakım gereksinimini ortadan kaldırır.

 

Sürekli mıknatıslı motorlar (SM) genellikle 2 gruba ayrılırlar:

 

• SM Senkron makinalar: Bu makinalar, asenkron makinalardaki gibi düzenli olarak dönen stator alanına sahiptir.

• Kare Dalga SM makinalar: Fırçasız DC makina olarak da adlandırılırlar. Stator sargıları ayrık zamanlarda kare dalga ile beslenirler.

 

Uyarma için kullanılan mıknatıslar, rotor ve stator arasındaki hava boşluğunda akı yoğunluğunun artmasına neden olur. Buna bağlı olarak güç yoğunluğu (W/kg) ve eylemsizliğe göre moment (Nm/kgm2)oranları yüksektir.

Sürekli mıknatıslı makinalarda çoğunlukla ferritler, samaryum kobalt (SmCo) ve neodmiyum-demir boron (NdFeB) olmak üzere 3 tip mıknatıs kullanılır. SM makinalar için en büyük tehlike, yüksek ısı ve yük koşullarının, mıknatısların özelliklerini kaybetmelerine neden olabilmesidir. Bunu için SM makina tasarımında mıknatıs korunmasına yönelik uygun önlemler alınır.

 

Asenkron motorlara göre kayma açısı hesaplamasının olmaması nedeniyle sürekli mıknatıslı motor kontrolü daha kolaydır. Rotorunda kafes bulunmaması eylemsizliği düşürerek elektriksel cevap süresinin azalmasını sağlar. Ancak daha düşük zaman sabitine sahip asenkron motorun cevap süresi daha kısadır. Aynı güç oranında, sürekli mıknatıslı motorun boyutları asenkron motora göre daha küçüktür. Rotor bakır kayıpları olmaması soğutma açısından SM motorlara avantaj sağlamaktadır. Buna karşın asenkron motor fiyat açısından SM motora üstünlük sağlamaktadır.

Sürekli mıknatıslı senkron motorun hız kontrolünde vektör kontrol yöntemi kullanılabilir. Motor sürekli senkron hızda döndüğünden vektör kontrolün uygulanmasını kolaylaştırmaktadır. Ancak SM senkron motor hız kontrolünde yüksek çözünürlüklü pozisyon sensörü kullanılmalıdır.

 

Fırçasız doğru akım motor hız kontrolü ise daha kolaydır. Fazlara uygulanan gerilimler kare dalga şeklindedir ve konum belirlemek için yalnızca 3 adet akım sensörü kullanmak yeterlidir. Üç fazlı kare dalga evirici hız kontrolü sağlanır.

 

 

5.3.4 Anahtarlamalı Relüktans Motoru

 

Anahtarlamalı relüktans makinasının (SRM) en belirgin özelliği rotorunda mıknatıs veya sargı olmaması ve statorunda bağımsız faz sarımlarının olmasıdır. Rotor ve stator, ince manyetik çelik tabakaların üst üste konulmasıyla oluşturulur.

 

SRM stator faz sargıları birbirinden bağımsız olarak sırayla DC gerilimle beslenir. Dört fazlı bir SRM’nin hız kontrolü için kullanılabilecek devre Şekil 18’de görülmektedir.

 

Şekil 18. SRM sürücü devresi

 

Diğer motorlardan farklı olarak SRM motorlarının dönüş yönü fazların beslenme sırasına bağlıdır. Örneğin 1-2-3-4 besleme sırası uygulandığında motor saat yönünde dönüyorsa, 4-3-2-1 besleme durumunda ters yönde dönecektir.

Anahtarlamalı relüktans motorları basit yapı ve düşük üretim maliyeti avantajlarına sahiptirler ve elektrikli araç tahrik sistemi için moment-hız karakteristiğini karşılamaktadırlar. SRM kayıplarının çoğunun statorda oluşması, soğutma açısından kolaylık sağlamaktadır. Birbirinden bağımsız stator fazları, fazlardan birinde sorun oluşması durumunda bile çalışmanın devam etmesine olanak sağlar.

 

Yapısındaki basitliğine karşın, tasarım ve kontrolünde basitlik içermez. Kutup uçlarındaki şiddetli doyma ve kutupların saçak etkisinden dolayı, tasarım ve kontrolü zor ve karmaşıktır. Aynı zamanda, genellikle akustik gürültü problemi gösterirler. SRM’nin en önemli dezavantajlarından biride moment karakteristiğindeki dalgalanmadır.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. ELEKTRİKLİ ARAÇ TEKNOLOJİSİNDE SON GELİŞMELER

 

 

Son on yıl içinde çevre dostu yeşil araçların geliştirilmesi konusunda değişik  seçenekler tartışılmakta ve bu kavramlar çerçevesinde yeni prototipler oluşturulmakta.1970’lerde çeşitli ülkelerde benzin ve dizel alternatifi yakıtlar üzerinde çalışmalar yapılmakta ve ülkemizde gündeme pek oturmayan alkol katıklı benzin (gazohol) ve doğrudan metanol kullanan otolar caddelerde boy göstermekteydi. 2030’larda pik yapması beklenen petrol serüvenimiz birçok ülkede yalnız otomotiv sektöründe değil yaşamın pek çok alanında yeni enerji kaynaklarının oluşturulması çabalarını getirmiştir.

 

Yenilenebilir enerjilerin ciddiye alınması aslında çok kolay olmamıştır.Bu konularda öncülük yapan ülkelerde rüzgar,güneş ve biyokütle vd.enerjiler konusunda yapılan çalışmalar bu teknolojilerin artık yaşama girmesini çoktan sağlamıştır.

 

2007 yılında prototipi tamamlanan bir spor otomobil ABD de oldukça sansasyon yarattı, çünkü bu araç Ferrari ve Porsche gibi çok iddialı süper otoları kalkışta oldukça zor durumda bırakan bir ivmeye sahipti ve tam elektrikli bir otomobildi. İsmi, meşhur fizikçi Nikola Tesla’ya ithafen Tesla olarak alan bu zarif oto aslında İngiliz yapımı Lotus’ Elise’nin tümü ile değişik bir işletim teknolojisi kullanan yepyeni versiyonu.3-fazlı, 4-kutuplu elektrikmotoru, 13,000 devirde 248hp güç oluşturmakta (185kW).Peki bu gücü oluşturan motor ne büyüklükte derseniz konvansiyonel elektrik motorları aklınıza hiç getirmeyin ,irice bir karpuz büyüklüğünde bir motor hayal edin.

Elektrikli otomobil üretiminde enerji depolama sürekli kilit noktalardan birini oluşturmaktadır..

Elektrik enerjisinin depolanmasında Tesla da kullanılan teknoloji için Tesla Motor’un başkanı Elon Musk “cep telefonunuz kadar basit” diyerek esprili bir yanıt vermektedir. Li-iyon teknolojili yeni ve hızlı şarj edilebilir hafif piller bu yeni araçların kalbi sayılır. Şüphesiz bu hareket kabiliyeti de günümüz otoları ile kıyaslandığında yetersiz olarak görülebilir.Ancak kullanmakta olduğumuz otolar nedeniyle ödediğimiz bedelleri nedense görmekten gelmede de çok başarılıyız.Biz yine konumuza dönelim isterseniz. Li-iyon batarya teknolojisi de sürekli evrim geçirmekte. ABD, AB ,Çin ve Japon üreticilerin seri üretim için hedefledikleri 2010 yılına değin bu konuda büyük adımlar atılabilecek.Hatta atıldı bile! 

 

6.1 Batarya teknolojisinde Yeni ufuklar

 

Bir Amerikan firması olan Altair Nano, nanosafe markası ile yepyeni ve nanoteknoloji ürünü olan bataryaların Özellikleri:

 

Uzun ömür potansiyel olarak 20+ yıl ömre

Dakikalarla ifade edilebilecek çok hızlı şarj süresi,

Ekstrem genişlikte çalışma sıcaklıkları -50°C/-60°F tan+75°C/165°F’a kadar.

   Emniyet Termal kaçakların olmaması

 

   Konvansiyonel Lityum Iyon Bataryalar sıcaklık ekstremlerine karşıt toleranslı değildir   0°C altında ve 50°C üzerinde bataryalar şarj edilemez ve 130°C üzerindeyse patlamaya neden olan termal kaçışlar nedeniyle emniyetli değildirler.

 

Lityum iyon bataryalar ile kıyaslandığında,Lipolimer bataryalar önemli avantajlara sahiptir.

Öncelikle büyük bir yaşam döngüsü oranı gösterirler gerçi son yıllarda firmalar 500şarj deşarj döngüsünden önce kapasitenin %80 düzeyine indiğini beyanetmektedirler. Bu durum elektrikli otomobilin yaşamsal güç kaynağı olacak pahalı bir donanımın tüketici tarafından hem ekonomik hemde psikolojik yönden olumsuz değerlendirilmesine yol açacaktır.

 

Şekil 19. Eski ve Yeni Li-iyon polimer batarya

Li-iyon teknolojisindeki daha güvenilir son ürünler ise “ince tabaka şarj edilebilir” polimer hücrelerden oluşan, (thin film rechargeable lithium battery)“ bataryaların10,000 döngüye sahip olan türleridir.

 

6.1.1. NanoSafeTeknolojisi

 

Altairnano firmasının gerçekleştridiği bataryalar-50°C ve+75°C sıcaklıkları arasında verimli çalışarak emniyetsizlik karakteristikleri göstermezler.

 

NanoSafe bataryalar  , gerçekleştirilen “sıcaklık deneylerinde240°C sıcaklıklara kadar bataryanın verimiyle emniyet değerlerinin uygunluğu belirlenmiştir grafit bazlı bataryaların 100°C üzerindeki sıcaklıklarda patladığı akılda tutulmalıdır sıfır patlama riski ve yüksek emniyet özelliği bu bataryaları en ön sıraya yerleştirmektedir.Nanosafe bataryalarda katod Li-metaloksit(LiCoO2,LiMO2,gibi.) ve anotise katman yapılı grafitik karbondan oluşmaktadır. Bataryadaki elektrolitise organik karbonatlar içinde çözünmüş LiPF6 tuzlarından oluşmaktadır

 

Batarya şarj olmaya başladığında, katottaki lityum atomları,iyonlaşır ve elektrolit aracılığıyla karbonanoda doğru hareket ederek lityum atomları şeklinde karbon katmanları arasında depolanırlar.Bu olay deşarj durumunda tersine cereyan eder.

 

Lityum iyonlarına no-titanat parçacıklar arasında hareket eder ve bu süreçte nano-titanate materyalde büzülme ve genleşme olmaz.Bu özellik konvansiyonel şarj edilebilir bataryalara göre daha sık şarj ve deşarj edilebilme özelliği sağlar.

 

NanoSafe™ batarya hücresi Süper elektrikli oto “Lightning” nano batarya teknolojili ve geliştirilmiş elektrik motorları ile 700 beygir gücünde.

 

Konvansiyonel Lityum bataryalar yaklaşık 750 kez şarj-deşarj sürecinden sonra kullanılamaz hale gelirken Altairnano NanoSafe batarya hücreleri 9,000 şarj ve deşarj döngüsü sağlayabilmekte ve sarj kapasitesini %85 muhafaza edebilmektedirler.

 

MIT’den Joel Schindall eski teknolojiyi yeni bir yöntemle değişime uğratmak için nano teknolojiyi kullandı.Bu düşüncede kimyasal pillerden ziyade bir kapasitör oluşumuna yakın bir düşüncenin varlığı söz konusudur. Kapasitörler  elektrik enerjisini iki metal elektrot arasındaki elektriksel alanda saklarlar, daha hızlı şarj olur ve daha dayanıklıdırlar.Ancak kapasitörlerin dezavantajı depolama kapasitelerindedir ve bu ise batarya elektrotlarının yüzey alanları ile orantılıdır.MIT araştırıcıları bu sorunu elektrotları milyonlarca nanotüp ile kaplayarak çözdüler.

 

İngiliz lüks spor otoları üreticisi Lightning Car Company güç ve performansı birleştiren yeni elektrikli bir süper oto geliştirmeyi hedefledi.Bu araç nanoSafe™,batarya teknolojisi ile güçlendirilecek ve 700 beygir gücüne denk bir elektrik gücü oluşturacak.

 

Bu süper arabanın da kız kardeşi Tesla gibi saatte 130 milden fazla sürat yapması bekleniyor.Bunun altında yatan teknoloji ise İngiliz klasik spor araba dizaynı ile batarya teknolojisi ve elektrik motorunda sağlanan gelişmelerin birleştirilmesi olarak özetlenebilir

 

Kirletici emisyonlar çıkartmayan, enerji etkenliği yüksek temiz teknoloji ürünü olacak bu konsepti değişik başka prototiplerin izleyeceği belirtilmekte.Özet olarak bu teknolojinin sağladığı verileri gözden geçirecek olursak içten yanmalı araçlara göre olağanüstü çevreci ve enerji etken ürünler olduğunu hemen değerlendirebiliriz.

 

 

 

Bu araçlar;

 

• Olağanüstü sessiz,100% elektrik gücü kullanan (700+bhp)
• 10 dakika şarj zamanı ile250 mil’den fazla yol alabilme özelliği(GTSE modeli)
• 0-60mph hıza erişme süresi 4 saniyeden daha az(GTS modeli)
• NanoSafe™batarya sistemive Hi-Pa Drive™elektrik motorteknolojisi
• Frenleme yaptığında tümü ile rejeneratif şarj sistemi.

 

 

 

 

• Karbon fiber/Kevlar gövde,
• Temiz teknolojibazı vergilerden muaf olması ve üst düzey A sınıf yeşil araç derecelendirmesine girmesi
• Olağanüstü ekonomi,petrol ile çalışan modellere göre 10 kat daha ucuza koşması.

 

6.1.2. Elektrikli Araç Motorları için Ames Laboratuarları Yeni Manyetik Alaşım Geliştirdi

 

Araştırmacılar 200 C derecede yüksek performans gösteren daimi mıknatıs geliştirdiler.Bu alaşım sayesinde elektrik lisürüş motorları daha etkili ve daha uygun fiyatla üretilebilecek. Bill McCallum ve Matthew Kramer, bu projeyi ABD Enerji ve Çevre Ajansları Araç Teknolojileri programı çerçevesinde daha enerji etken ve çevre dostu ekspres yol ulaşım sistemleri için geliştirdiler.Bu gelişme ABD’ de çok daha az petrol kullanılmasında olanak sağlayacak.

 

Çok yakın gelecekte ultra yeşil araçların tamamiyle elektrikli araçlar olacağından bahisle, yakıt hücreli otomobiller ile hibrit araçların hepsinin elektrikli sürüş motorlarına sahip olduğu,dolayısı ile bu tür gelişen teknolojilerin büyük yaygınlıkta işe yaracağı belirtilmekte. Otomotiv şirketlerinin gelecek üretimlerinde elektrik motorlarına daha çok gereksinim duyacağı ve otomobil üretim konseptinde çok yakında büyük değişimler beklendiği de ifade ediliyor.

 

Mevcut mıknatısların orta-ılımlı sıcaklıklarda bile manyetik enerjilerini yitirme eğiliminde olduğu ve sıcaklık 100 C dereceden 125 C’açıktığında sahip oldukları güçlerinin yarısını kullanılabildiği yeni geliştirilen yüksek performans manyetlerininise 200 C derecede çok iyi bir mıknatıs özelliği gösterdiği ilgililer tarafından vurgulanmaktadır.Bumıknatıs, formülünden anlaşılacağı gibi nadir toprak elementlerinden neodmiyum,itriyum ve disporyumunbir kombinasyonu.Bu elementlerin hepsi de 2-14-1 kristal yapıya sahip.Sıcaklık değişimine karşı çok daha az deformasyon veya bozulma söz konusu.Bu alaşımın üretim şeklininde otomobil endüstrisinin talep ettiği yüksek hacımlıüretim gereksinmesine uygun olduğu.belirtiliyor.Zira enjeksiyon moldingyöntemi ile(plastik veya metal tozları karışımlarının ısı ile ergitilmesi ve enjeksiyona uygun akışkan bir hale getirilmesi) çok miktarda üretimin gerçekleştirilebileceği,böylelikle üretimin talep ettiği yoğunluğu ekonomik olarak sağlayabileceği de vurgulanmakta.

 

Çevre Ajansından I.Anderson,günümüzde mıknatısların üretimi ve elektrik motorlarına montajında klasik el emeği yöntemlerinin uygulandığını, ve bu üretim şeklinin 50,000 otomobillik “küçük” üretim şekilleri için yeterli olabileceğini fakat elektrik motorlu bir milyon araç üretmeye kalktığınızda tüketici taleplerine karşı yeterli olunamıyacağını ifade ederek bu yeni üretim şeklinin elektrikli otomobil üretiminde yeni boyutlar kazandıracağını vurgulamaktadır.

6.2.  Nissan Hatchback

 

Keskin hatları ile batman filimlerinden fırlamış gibi duran Miximüç kişilik orijinal dizayna sahip bir araç,en ilginç yönü ise sürücünün tam ortada oturması.

 

Şekil 20. Nissan Hatchback Görünüşü

      Araç 952 kg ağırlığında, 2 adetNissan "Süper Motor" tüm tekerlekleri kontrol ediyor

 

 

 

Nissan hatchback yalnızca 3.65m uzunluğunda.Fakat buna rağmen konforlu üç oturma yeri bulunmakta.Hareket sistemi tekerleklere yerleştirilmiş iki adet Nissan "Süper Motor" ile sağlanıyor.

 

Süper motor ,motor hacmini üçte bir azaltan yeni bir teknoloji.Bu araç konsept bir oto olmakla birlikte seri üretim için planlanmakta ve süper motor tüm Nissan ürünlerine büyük avantajlar sağlayacak gibi görünüyor.

 

 

Şekil 21. Çift şaftlı motor

 

Çift şaftı ile hem motor hem de jeneratör işlevi görmesi nedeniyle bu yenilikçi teknolojinin ufku gerek tam elektrikli ve gerekse hibrit arabalar bakımından çok açık.

 

 

 

Şekil 22. Nissan firmasının süper E-motoru

 

 

 

 

Şekil 23. Tam Elektrikli Sistem

 

 

6.3 Mitsibushi İmiev

 

Şekil 24. Mitsibushi imiev

 

 

Diğer bir Japon oto devi Mitsibushi, Miev ile daha önceki içten yanmalı bir modelini tam elektrikli hale getirdi.2010 yılında Japonya’da 2011 de ise İngiltere’de satışa çıkması beklenen bu kullanışlı araç yüksek enerji kullanıyor.330-volt lityum- iyon bataryaları firma tarafından özel olarak geliştirilmiş.Doğrudan tekerleklere yerleştirilmiş motorlar araçta vites ve aktarma sistemlerini en aza indiriyor. Bataryalar 16 kilowat-saat enerjiile yaklaşık 80 millikmenzil sağlıyor

 

 

Şekil 25. iMiev’in tekerlek yerleşimli motor ünitesi

 

MIEV‘in inverter şarj ünitesi zemine ve bagaj kısmına yerleştirilmiş, 22 lityum-iyon hücresi sanatsal bir şekilde zemine dağıtılmış.Araç benzinli modelinden 180 kg daha ağır.1080 kg’lık iMiev1 saatlik tek bir şarj ile 100 mile yakın yol yapabiliyor.

 

Şekil 26. iMiev’in batarya yerleşimi

 

Araçtaki en kritik yenilik konvensiyonel nikel-metal hidrür bataryaların lityum-iyon türü ile yer değiştirmiş olması.Küçük,hafif ve çok daha güçlü olan bu bataryalar Mitsubishi Motors, GS Yuasa Ltd. ileMitsubishi Trading Co.tarafından birlikte geliştirilmiş.

 

 

6.4. Türkiye’de Neler Oluyor?

 

Radikal gazetesinde 17 nisan 2003 tarihli çıkan bir haberde; Türkiye'nin ilk elektrikli otomobilinin, TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi'nce (MAM) 'ELİT-1' adı ile üretildiğinden bahisle çok sessiz ve yüksek miktarda yakıt tasarrufu sağladığı belirtiliyordu. TÜBİTAK MAM, 'ELİT-1 Elektrikli Taşıt' projesinde, TOFAŞ Türk Otomobil Fabrikası üretimi olan Doblo marka otomobili, hibrit (iki sistemle birden çalışabilen) elektrikli taşıta dönüştürerek Türkiye'nin prototipini geliştirdi. Hem benzin hem de elektrikle çalışan 'hibrit elektrikli taşıt', mevcut düzeneğiyle 90 kilometre hıza ulaşıyordu. Elektrik enerjisi kullanarak 130 kilometre mesafe kat eden prototip, frenleme sırasında oluşan enerjiyi elektrik motorunun 'rejeneratif frenleme' yapması sayesinde geri kazanılarak akülerde topluyor. Ayrıca araca hibrit özelliğini sağlayan içten yanmalı motor, şarj istasyonlarına bağımlılığı ortadan kaldırıyor. İçten yanmalı motor çalıştırıldığında akülerin şarj olmasıyla araç sürekli kullanılabiliyor. Bataryalar, normal şarj koşullarında evlerdeki prizlerden 12 saatte şarj ediliyor.

 

 

Şekil 27.Tübitak’ın geliştirdiği ilk konsept elektrikli / hibritaraç

 

130 kilometre yol alabiliyor Taşıt, şehir içi sürüş koşullarında elektrik motorunu kullanarak azami 90 km/saat hız yaparak 130 km’likbir menzile sahip olabiliyor.Sorun elektriğin depolanmasında.Bu amaçla 25 kurşun-asit batarya kullanılıyor.Bu durum şüphesiz yer ve ağırlık bakımından dezavantajlar oluşturarak performansı etkilemekte.Bu süreçte ülkemizdeki uzman görüşlerine göre ,15 yıl sonra dünyada elektrikli otomobiller ve şarj istasyonları gibi altyapı hizmetlerinin tamamlanarak yaygınlaşacağı ifade edilmekteydi.Oysa son zamanlardaki hareketlilik, bu sürecin daha hızlı

 

6.5. Türkiye'nin ilk elektrikli otosu

 

TÜBİTAK-MAM 2003 yılındaki çalışmalarından sonra ,Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Türkiye'nin ilk lityum iyon bataryalı elektrikli otomobilini Mayıs 2006 tarihinde duyurdu.

 

Hidrojenle de çalışacak ilk Türk yapımı elektrikli otomobilin 1 ay içinde görüşe çıkacağı belirtiliyordu.Bu konudaki gelişmelerin daha da ileriye götürülmesi ve yüksek başarı sağlanması umudumuz ve dileğimiz.Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü, Türkiye'nin ilk lityum iyon bataryalı otomobilini, gerçekleştirmek için çalışıyor.Yapılan yorumlara göre Türk otomotiv sanayinin 1961'de üretilen Devrim marka otomobilden sonra yeni bir sıçrama fırsatıyla karşı karşıya olduğu belirtilerek, Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü'nün (GYTE) 100 bin dolar harcayarak ürettiği, Türkiye'nin ilk yerli yapım elektrikli otomobilinin test sürüşlerinin başlayacağı müjdelenmişti.

 

Kendine özgün bir tasarımı olan bataryalı araç, lityum iyon polimer batarya ile çalışıyor ve konut elektrik sistemleri şarj için yeterli olacak. Araç 2007 yılında yakıt hücresi (fuelcell) de monte edilerek. hidrojen desteğiyle çalışır hale gelecekti.Bu konudaki aşamalar henüz belirsizliğini korumakta.Japon ve amerikan firmaları sedan tipli elektrikli araçların fiyatlarını 30.000 dolar civarında tutmaya gayret gösteriyorlar.Oysa ülkemizde hedef, maliyeti 10 bin dolara indirmek olarak belirlenmiş. Enstitü ekibi, aracı teknik olarak geliştirmek için iki yıllık zamanlama planlamıştı. Ancak üretim için alınması gereken yol uzun görünüyor.

 

GYTE Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü Başkanı Doç. Ali Ata içten yanmalı motorda gidecek yeri kalmayan otomotiv endüstrisinde, artık sıfırdan bir yarış başladığını vurgulamakta. Yarışın adı elektrik ve hidrojen enerjisi. Ata, GYTE araştırma grubu olarak elektrik ve hibritoto çalışmalarında bir zemin oluşturduklarını fakat büyük otomobil üreticilerinin şuanda elektrikli motorda Türkiye'den önde fakat kapatılabilir bir mesafede, ancak batarya ve malzeme gibi diğer teknolojilerde çok önde olduklarını vurgulamaktadır.

 

GYTE ekibinin geliştirdiği aracın lityum iyon polimer bataryası Çin'den, elektrikli çekiş sistemi de Almanya'dan alınmış. Enstitü, batarya grubu da dahil olmak üzere birçok parçayı Türkiye'de üretmek için planlar yapıyor. GYTE ayrıca, bir hibritaraç laboratuarı kurmayı da düşünüyor.Ata ve 10 kişilik enstitü ekibinin, elektrik enerjisini bataryadan alan prototip aracının 2007'de hidrojenle çalıştırılacağı duyurulmuştu. Araç başlangıçta yakıt hücreli olmayacak, enerjisini lityum iyon polimer bataryadan alacak ve elektrikli çekiş sistemi oluşturulduktan sonra yakıt hücresi eklenerek araç bu sefer hidrojenli hale getirilecekti. Türkiye'nin ilk gelişmiş elektrikli otomobilinin elektrik tüketimi saatte 10 kilowaat. GYTE, bunun şarj ünitelerini de geliştiriyor. Bu sayede otomobil sahibi evinin garajında 220 voltla bataryasını kendi basit bir şekilde şarj edebilecek.

 

Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü, elektrik ve hidrojen enerjisi konusundaki çalışmalarıyla dikkat çeken bir kuruluş. Oluşturulan prototipin basit teknik özellikleri kısaca şöyle özetlenebilir; Özel şarj cihazı sayesinde 2 saatte şarj olacak tamamen elektrikli (EV) bir araç olacak, en fazla hızı saatte 60-70 kilometre.-Bir şarjla 60-80 kilometre yol yapabilecek

 

 

Şekil 28 Tübitak’ın başka bir konsept çalışmasında batarya dizini

 

 

 

 

 

7. GELECEKTE ELEKTRİKLİ ARAÇ TEKNOLOJİLERİNİN OTOMOTİV SEKTÖRÜNE ETKİLERİ VE YENİ OLUŞUMLAR

 

Bu bölüme kadar elektrikli araç teknolojilerinin günümüzdeki durumu anlatılmıştır. Bu kısımda ise elektrikli araç teknolojilerinde beklenen değişimler ve bunların etkileri üzerine çeşitli yaklaşımlar verilmektedir.

 

Daha önceki bölümlerde de bahsedildiği üzere elektrikli araç teknolojileri arasında yer alan kritik unsurlar sırası ile;

• Daha hafif, küçük, güvenilir ve düşük maliyetli elektrik motorları/generatörleri,
• Daha yüksek enerji ve güç yoğunluğuna sahip, uzun ömürlü, güvenilir ve düşük maliyetli batarya sistemleri,
• Güç elektroniği sistemleridir.

 

Bu konularda, otomotiv sektörünün tüm önemli firmaları, çeşitli uzmanlıklar ve büyük mali kaynak kullanarak nihai ürüne ulaşmayı hedefleyen çalışmalar yürütmektedir. Bunun yanında bir çok ülke ulusal araştırma programlarını yönlendirerek bu çalışmaları ivmelendirmektedir. Başta Japonya olmak üzere Güney Kore ve İsveç gibi ülkelerde, elektrikli taşıtlara olan ilgiyi arttırabilmek için satın alma fiyatına destek teşvikleri uygulanmaktadır.

 

Bir çok ülkede çeşitli programlar ve hedefler tanımlanarak, finansman, altyapı ve insan kaynakları ile desteklenmektedir. En önemli programlar arasında

 

• ABD; Freedom Car Programı ve ileri batarya teknolojileri programı gibi projeler ile milyar dolara varan yıllık destekler oluşturmaktadır.
• Japonya, tüketiciye direkt mali teşvikler, Zero Emission Vehicle Programı ve diğer ilgili projelerde büyük çaplı destekler yaratmaktadır. Japon hükümeti bu sayede Toyota ve Honda gibi şirketlerinin büyük pazar payları kazanmasını hedeflemektedir.
• Çin hükümeti bir çok firmayı alt sistemlerin üretilmesi için doğrudan desteklemektedir. Bilhassa güç elektroniği ve batarya teknolojilerinde batılı firmaların oldukça altında fiyatlar ile üretim başlatılmıştır. Çin yeniden oluşacak otomotiv sektöründe en ön saflarda yer almayı hedeflemiştir.
• Avrupa topluluğu nispeten nihai ürünlere doğru olan bu yarışta daha geriden takip etmekle birlikte çerçeve programları ile ciddi finansman kaynakları ayırmaktadır. Ayrıca ana üretici şirketlere elektrikli araç çalışmalarında doğrudan destek sağlamaktadır.
• Güney Kore’de farklı şirketler devletin araştırma kurumları ile birlikte çalışmaktadır. Mali ve uzmanlık destekleri ile yürütülen programlarda aracın kendisi ve alt sistemler üzerinde uzmanlaşılması hedeflenmektedir.

 

SAE International Başkanı 2000 yılı Elektrikli Araç Sempozyumunda (EVS) verdiği açılış konuşmasında belirttiği gibi, otomotiv sektörü geçtiğimiz yüzyılda mevcut içten yanmalı motora sahip araç konseptini neredeyse mükemmelleştirmiştir. Ancak önümüzdeki 10–15 yıl içerisinde sektörde yeniden yapılanma gerçekleşecektir. Bu yapılanmaya hazır firmalar ve ülkeler kendilerini başrollerde bulabilecektir.

Bu bölümde önümüzdeki 20 yıl içerisinde elektrikli araç teknolojilerindeki tahmin edilen gelişmeler anlatılacaktır.

 

7.1. Tahrik Yöntemleri

 

Son yıllarda özellikle daha düşük maliyetli, hafif, az yer kaplayan ve verimli elektrik motorlarının geliştirilmesi amacıyla çalışmalar yürütülmektedir. Önümüzdeki 10 yıl içerisinde EA’lar için tüm kriterleri sağlayan elektrik motorlarının tasarlanması beklenmektedir.

 

EA’larda ağırlık ve boyut olarak avantajları nedeni ile DC/AC eviricisi ile birlikte AC senkron motor kullanımı artmaktadır. AC motorlar, jant içerisine konulacak kadar küçük, hafif ve güçlü tasarlanabilir olduğundan araç diferansiyel kullanmadan direkt tahrik edilir. Sürekli mıknatıslı motorları, maliyetindeki beklenen düşüşler, yüksek manyetik performansı, sıcaklık dayanımı ve korozyona karşı dirençleri önümüzdeki dönem için rakipsiz kılmaktadır.

7.2. Enerji Sistemleri

 

Enerji depolama kapasitesi bakımından kurşun-asit bataryalara nazaran iki kat yüksek NiMH veya üç kat yüksek lityum-iyon bataryaları hızla geliştirilmektedir. Yüksek sıcaklık bataryalarının (sodyum-sülfür, sodyum-nikel klorür, lityum-demir sülfit), enerji depolama kabiliyetleri yüksek olmasına rağmen, karmaşık yapısı ve yüksek çalışma sıcaklığı (300-450oC) nedeni ile kullanılmasının zordur.

 

NiMH bataryaları nispeten daha az performansa sahip nikel kadmiyum bataryalarının yerini almaktadır. Bu bataryalar kısa ve orta vadede elektrikli araç uygulamalarında büyük oranda kullanılacaktır. Bu süre sonunda endüstrinin lityum-iyon bataryaları kullanıma alması beklenmektedir.

 

Lityum iyon bataryalar, maliyet ve stabilite açısından istenilen seviyeye ulaştıklarında rakipsiz kalacaklardır. Kullanım kolaylığı ve ömürleri ile yüksek hücre voltajı (3.6 V), enerji yoğunluğu (100-125 Wh/kg) ve hacimsel yoğunluğu birlikte değerlendirildiğinde çeşitli tasarım problemlerine anahtar olacaktır.

 

7.3. Geleceğin Elektrikli Araçları

Gelecek 20 yıl içerisindeki elektrikli araç teknolojilerinde beklenen gelişmelerden yola çıkılarak 2025 yılına değin elektrikli araç konseptleri hakkında düşünceler aşağıda verilmiştir.

 

 Tümü EA’lar kısa vadede şehir içi gibi kısa menziller için tercih edilecek ve düşük maliyetli, düşük teknolojili bataryalar kullanılacaktır (nikel-metal hidrür veya kurşun-asit). Daha sonra teknolojinin gerektirdiği ileri lityum-iyon bataryalı tümü-EA’lar yollarda görülecektir. Kısa vadede performansın şehir içi kullanım için değişmeyeceği ve bataryalar tam şarj edildiğinde 100 km kadar menzil vereceği düşünülmektedir. Aracın şarjı, bir güç kaynağından endüktif olarak ve hızlı sistemler ile sağlanacaktır. Ancak kısa ve orta vadede hibrid araçların avantajları ve uzun dönemde yakıt pilli araçların devreye girmesi nedeni ile tümü EA’lar belli satış rakamlarında kalacaktır.

8.ELEKTRİKLİ ARAÇLAR VE ÇEVRE

8.1 Türkiye Ve Dünyadaki Motorlu Taşıtlar İçin Emisyon Standartları

 

Dünyadaki enerji kullanımı bakıldığında artan araç sayısı ve artan ulaşım ihtiyacı ile birlikte ulaştırmanın toplam enerji tüketimindeki payının arttığı görülmaktedir.Karayolu taşımacılığı ulaştırmada enerji tüketiminin en önemlı kısmını oluşturmaktadır.

 

 

 

 

 

□  TARIM

□   HİZMET SEKTÖRO

■   EVSEL UYGULAMALAR

■   ENDÜSTRİ

■   ULAŞIM

 

Şekil 29.1995-2006 Arası AB-27 Ülkelerindeki Enerji Tüketiminin Sektörlere Göre Dağılımı

 

 

 

 

 

 

 

Şekil 30.Avrupa Birliği'ne üye 27 ülkenin toplam enerji tüketiminin 1995- 2006 yıllan arası sektörlere göre

 dağılımı eşdeğer petrol ağırlığı olarak görülmektedir. Bu dağılımda ulaştırma, 2006 yılındaki %31.5'lik oran ile en büyük paya sahiptir. Şekil 2'de ise kara ve deniz yolu ulaştırmalarının paylarının Avrupa'daki ülkelere göre dağılımları görülmektedir. Bu grafikte görüldüğü üzere karayolu taşımacılığı, hemen hemen tüm ülkelerde en büyük paya sahiptir.

 

 

 

 

Karayolu taşımacılığında kullanılan motorlu kara taşıtlarının günümüzdeki en önemli enerji kaynağı olan fosil yakıtların içten yanmalı motorlarda tahrik gücüne çevrilmesi sonucunda ortaya çıkan emisyonların insan ve çevre sağlığı açısından zararları olduğu bilinmektedir. Bu çerçevede dünyada bölgesel olarak ülkeler çeşitli emisyon standartlarına uyum konusunda anlaşmalara varmışlardır. Örneğin, Avrupa Birliği karayolu taşımacılığı için üretilmekte olan motorlu taşıtların uyması gereken standartları ilgili yönetmelikler ile Tablo l0'da verildiği üzere uygulamaktadır.

 

Bu emisyon standarttan araç tiplerine göre (binek, hafif, ağır) ve araçların yakıt tiplerine göre (benzin, dizel, LPG, CNG, vb.) çeşitlendirilmiş olup belirli zaman aralıkları ile güncellenerek daha da kısıtlayıcı hâle gelmektedir