Bataryalı Elektrikli Araçlar

03.07.2021
69
A+
A-
Bataryalı Elektrikli Araçlar

Bu makalede, akülü elektrikli aracın (BEV) neden mobilite için geleceğin çözümü olduğunu keşfedeceğiz . Zorunlu değildir, ancak bu makaleye geçmeden önce akülü elektrikli araçların nasıl çalıştığını iyi anlamak faydalı olacaktır. Bu nedenle akülü elektrikli araçların temel prensiplerini öğrenmek için Pilli Elektrikli Aracın (BEV) Anatomisi makalesini okumaya çalışın  .

Ayrıca bilinen Pil elektrikli araçlar (BEVs) vardır saf elektrikli araçlar , hareketlilik için uzun vadeli bir çözümdür. İçten yanmalı motorlu (ICE) araçlarla karşılaştırıldığında , bir BEV’nin birçok avantajı vardır, ancak bazı dezavantajları da vardır.

ICE ile çalışan bir araca kıyasla bir BEV’nin avantajları

Motor Verimliliği

Sabit mıknatıslı veya endüksiyon rotorlu alternatif akım (AC) elektrik motorları, çok yüksek bir genel verime sahiptir. Çekiş için kullanılan tipik bir sabit mıknatıslı elektrik motoru, minimum %70-75 ve maksimum %95-97 verimliliğe sahiptir.

Buna karşılık, içten yanmalı bir motorun verimliliği çok daha düşüktür. Motor tipine (sıkıştırma veya kıvılcım ateşlemeli), yakıt enjeksiyon sistemine (doğrudan veya dolaylı), hava giriş tipine (atmosferik veya güçlendirilmiş) ve çalışma noktasına (hız ve tork) bağlı olarak, içten yanmalı bir motorun verimliliği şu şekilde olabilir: %10 ile %45 arasında herhangi bir yerde.

Bir elektrik motoru, ortalama %85-90 verimle (sürüş çevriminde) kolaylıkla çalıştırılabilir. Aynı zamanda motorun ortalama verimi muhtemelen %25-30 arasında olacaktır. Sonuç olarak , bir elektrik motorunun otomotiv uygulamaları için verimliliği, içten yanmalı bir motora kıyasla ortalama olarak üç kat daha yüksektir .

Dinamik performans (araç ivmesi)

Sabit mıknatıslı bir elektrik motoru ideal bir çekiş özelliğine sahiptir . Ayrıca, sıfır hızda, elektrik motoru maksimum kullanılabilir torku sağlayabilir, bu da aracın çok iyi kalkış performansı anlamına gelir.

 

Bir elektrik motoru, sınırlı bir süre (birkaç saniye) için bir tepe torku ve (besleme enerjisi olduğu sürece ) sürekli bir tork sağlayabilir. Pik tork, güç elektroniği ve motorda yüksek sıcaklıklar üreten aküden çekilecek çok yüksek miktarda akım gerektirir. Bileşenleri korumak için maksimum tork zamanla sınırlıdır, ancak aracın hızlanma performansını artırmaya yetecek kadar mevcuttur.

Öte yandan, içten yanmalı bir motor minimum hızdan (rölantide) maksimum tork sağlayamaz. Ayrıca mekanik bileşenler ve emme havası dinamikleri (atalet, turbo gecikmesi vb.) nedeniyle maksimum torka ulaşmak için daha fazla zamana ihtiyaçları vardır.

En iyi, son teknoloji, içten yanmalı motor bile, çekiş özellikleri (tork ve güç) açısından bir elektrik motorunu geride bırakamaz. Bu açıdan bakıldığında, elektrik motoru, otomotiv uygulamaları için açıkça daha iyi bir çözümdür.

Bir diğer önemli faktör ise tork/güç yoğunluğudur . Bir içten yanmalı motorla karşılaştırıldığında, bir elektrik motoru gravimetrik [Nm/kg, kW/kg] veya hacimsel [Nm/l, kW/l] tork / güç yoğunluğunun en az iki katına sahiptir . Aynı çıkış torku/gücü için elektrik motoru çok daha hafif ve küçüktür.

Güvenilirlik

  1. güç elektroniği denetleyicisi
  2. stator
  3. rotor
  4. tek vitesli şanzıman ve diferansiyel

Bir içten yanmalı motora kıyasla daha az hareketli parçaya sahip olan bir elektrik motorunun olası arıza kaynakları daha  azdır . Ayrıca elektrik motorunun yüksek tork ve yüksek hız özelliği sayesinde çok kademeli bir redüktöre ihtiyaç yoktur, çekiş gereksinimleri için tek kademeli bir mekanik redüktör yeterli olabilir.

İçten yanmalı motor birçok hareketli parçaya ve ayrıca olası arızalara yol açabilecek ek sistemlere (yakıt sistemi, egzoz gazı son işlem sistemi vb.) sahiptir. Ayrıca, tork özelliği nedeniyle, motorla çalışan bir araç, olası arızaların ek bir kaynağı olan çok kademeli bir şanzıman gerektirir.

Tork vektörü

Tüm tekerleklerden çekişli (AWD) bir akülü elektrikli araç için, viraj alma sırasındaki denge, tekerleklerdeki tork kontrol edilerek geliştirilebilir. Ayrıca, içten yanmalı bir motora kıyasla, bir elektrik motoru daha hızlı tork tepkisine sahiptir ve negatif tork sağlayabilir.

Enerji geri kazanımı ve fren rejenerasyonu

Bir elektrikli makinenin bir diğer önemli avantajı, tersine çevrilebilir olmasıdır . Bu, elektrik enerjisi ile beslendiğinde tork üretebileceği veya giriş torku olduğunda (araç ataleti nedeniyle) elektrik enerjisi üretebileceği anlamına gelir. Elektrik makinesi tork üretirken motor modunda , elektrik enerjisi üretirken jeneratör modundadır .

Yukarıdaki resimde görebileceğiniz gibi, negatif tork, pozitif tork kadar yüksek olabilir. Bu, elektrikli makinenin önemli miktarda frenleme torku üretebileceği anlamına gelir . Haritadaki herhangi bir seviyede frenleme torkunu kontrol edebilen akülü bir elektrikli araç, sürücü gaz pedalını kaldırdığında aşağıdaki işlevlere sahip olabilir :

Mod Aktivasyon koşulları Açıklama
Yokuş Aşağı
  • sürücü gaz pedalından yavaşça kalkar
  • araç hızı nispeten yüksek
  • elektrikli makine torku yaklaşık 0 Nm’dir (aslında biraz negatiftir, yalnızca DCDC aracılığıyla 12V sistemini canlı tutmaya yetecek kadar elektrik enerjisi üretir)
  • elektrikli makine aracı ne çekiyor ne de frenliyor
  • araç ataleti nedeniyle hareket ediyor
Yokuş Yukarı
  • sürücü gaz pedalından hızlı bir şekilde kalkıyor
  • araç hızı nispeten düşük
  • elektrikli makine torku negatiftir (örneğin -50 Nm) ve elektrik enerjisi üretir
  • bu modlar, ICE ile çalışan bir araçtan motor freni modunu simüle eder
Frenleme
  • sürücü fren pedalına hafif veya orta derecede basar
  • elektrikli makine, fren pedalının konumuna bağlı olarak yüksek miktarda negatif tork (örn. -150 Nm) üretir
  • bu mod, ICE ile çalışan bir araçta (hidrolik) temel frenleriyle frenlemeyi simüle eder
  • sürücü fren pedalına sertçe basarsa, (hidrolik) temel frenleri devreye girer

Tüm bu modlar, sadece tork kontrolü ile bir elektrikli makine ile oldukça kolay bir şekilde elde edilebilir. Etkinleştirme modları üreticiye bağlıdır ancak davranış herkes için ortaktır.

Servis bakımı

Daha az hareketli parça ve bileşene sahip olan bir akülü elektrikli aracın bakımı daha kolay ve daha ucuzdur . Öte yandan içten yanmalı motorun iyi çalışır durumda muhafaza edilmesi için düzenli servis/bakım aralıklarına (hava ve yakıt filtreleri değişimi, yağ değişimi vb.) ihtiyacı vardır.

Kirletici emisyonlar

Tahrik için sadece elektrik enerjisi kullandığından, akülü elektrikli araç için geçerli olan emisyon düzenlemeleri yoktur.

Otonom araçlar

Otomotiv endüstrisi açıkça otonom araçlara yöneldiğinden, akülü elektrikli araç kullanmanın bazı açık avantajları var. Ana avantajı, bir BEV’nin kablosuz olarak şarj edilebilmesidir , bu da elektrik kontaklarının getirdiği olası tehlikelerin çoğunu ortadan kaldırır. Ayrıca, sıvı yakıtın denklemden çıkarılması, bir aracın enerji doldurma işleminin güvenliğini önemli ölçüde artırır.

ICE ile çalışan bir araca kıyasla bir BEV’nin dezavantajları

İYM’lerin yerine elektrikli makinelerin kullanılmasının araçlara verimlilik, dinamik performans (tork ve güç) ve güvenilirlik açısından muazzam avantajlar sağladığı açıktır.

Enerji kaynağı

Bataryalı bir elektrikli aracın ana dezavantajı, enerji depolama sistemi , yüksek voltajlı bataryadır.

Benzin ve dizel yakıtlara kıyasla aynı hacim için bir aküde depolanan enerji yaklaşık 10 kat daha azdır. Aşağıdaki şekilde pillerin benzin ve dizel yakıta göre daha büyük hacimli, kütleli ve daha az enerji depoladığını görebiliriz.

Akünün zayıf enerji yoğunluğu, araç menzili üzerinde doğrudan bir etkiye sahiptir. Bir BEV için, pil hücrelerinin mevcut performansı ile iyi bir menzile (200 – 300 km) sahip olmak için pil takımı oldukça ağır ve hacimli olacaktır.

Ayrıca, soğuk ortamlarda , pil performansının düşmesi (düşük sıcaklıklarda) ve elektrik enerjisinin ısıtma için kullanılması (kabin, pil) nedeniyle BEV aralığı daha da azalır.

Şarj Süresi

Yüksek voltajlı pilin yeniden şarj olma süresi, BEV’nin bir diğer önemli dezavantajıdır. ICE ile çalışan bir araç için yakıt deposunu doldurma süresi 10 dakikadan az sürer. Pille çalışan bir araç olması durumunda, yeniden şarj süresi 30 dakika (“hızlı şarj”) ile yaklaşık 8 – 10 saat (“normal şarj”) arasında sürebilir.

Pille çalışan araçların bir diğer endişesi de şarj/şarj döngüsüdür . Pil sıklıkla yüksek akımla (“hızlı şarj” yöntemiyle) şarj edilirse, enerji depolama kapasitesi zamanla azalır.

Şarj Altyapısı

Şarj altyapısı şu anda akülü elektrikli araçlar için başka bir konu. Artan BEV sayısını karşılaması gereken daha fazla şarj noktasına açıkça ihtiyaç vardır. Ayrıca, trafik yönetimi verileri dikkate alınarak ücretlendirme noktasının dağıtımı planlanmalıdır.

Herhangi bir ülke için, büyük şehirlerde ve çevresinde elektrikli araç şarj noktaları (EVCP’ler) merkezleri bulunmalıdır. Şarj merkezleri, iki şarj noktası arasındaki maksimum mesafe yaklaşık 80 km (piyasadaki mevcut BEV aralığının altında) olacak şekilde bir BEV’nin ülke genelinde seyahat etmesine izin vermelidir.

Daha İleri Gitmek

Bir BEV’nin enerji depolama, pil ömrü ve şarj altyapısı açısından üstesinden gelmesi gereken büyük engeller olduğu açıktır. Bununla birlikte, her alanda ilerleme kaydedilmektedir.

Pil teknolojisi de sürekli bir hızla gelişiyor. Lityum-iyon pil hücrelerinin hacimsel enerji yoğunluğu 1991’de 190 Wh/l’den 2005’te 580 Wh/l’ye yükseldi. Mevcut üretim lityum-iyon piller yaklaşık 676 Wh/l veya daha fazlasına sahiptir.

Halihazırda pazarlanan BEV, esas olarak yüksek voltajlı akü fiyatı nedeniyle yüksek bir satın alma fiyatına sahiptir. Ancak fiyatın yıldan yıla azalacağı ve 2020 yılına kadar kWh başına 300 – 200 USD’nin altına düşeceği tahmin ediliyor. Pil fiyatları rekabetçi hale geldiğinde ve elektrikli bir aracın toplam fiyatı ICE ile çalışan bir araçla benzer olduğunda, pazar değişecek BEV’e doğru.

Elektrikli Araçlar Girişimi (EVI) dünya çapında elektrikli araçların tanıtımını ve benimsenmesini hızlandırmak amacıyla bir çok hükümet politikası forumdur.

EVI, dünyanın önde gelen ekonomilerinden enerji bakanları arasında üst düzey bir diyalog olan Temiz Enerji Bakanlığı kapsamında 2010 yılında başlatılan birkaç girişimden biridir. EVI şu anda Afrika, Asya, Avrupa ve Kuzey Amerika’dan 15 üye hükümetin yanı sıra Uluslararası Enerji Ajansı’nın (IEA) katılımını içermektedir.

EVI, 2020 yılına kadar akülü elektrikli araç satışlarının katlanarak artacağını tahmin ediyor. 2015 yılında satılan yaklaşık 1 milyon BEV’den yaklaşık. 2020’de 6 milyon akülü elektrikli araç satılacak. BEV için en büyük pazar Çin olacak, onu ABD, Japonya ve Avrupa ülkeleri izleyecek. Ayrıca Çin ve ABD, 2020’de toplam BEV satışlarının yarısı (yaklaşık 3 milyon araç) için sayılacak.

Şu anda, enerji depolama sistemi (yüksek voltajlı pil), akülü elektrikli araçların ICE ile çalışan araçlara daha iyi bir alternatif olmamasının ana nedenidir. Pillerin enerji yoğunluğu arttıkça ve fiyat düştükçe, ICE ile çalışan araçların modası geçeceği bir devrilme noktası olacaktır.

Soru, EĞER yerine NE ZAMAN sorusudur. O an muhtemelen 2025 yılı civarında gelecek.

Kaynak: x-engineer.org

 

BİR YORUM YAZIN

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 1 YORUM
  1. Süleyman Çoşkun dedi ki:

    Ellerinize sağlık hocam 👌