Elektrikli Aracın Anatomisi

Elektrikli Aracın Anatomisi

Elektrikli aracın anatomisi, yüksek voltajlı çekiş aküsü, güç elektroniği, elektrik motoru ve güç aktarma elemanlarının birlikte çalışmasına dayanır. Akülü elektrikli araçlar (BEV), hareket için gerekli enerjiyi tamamen yüksek voltajlı çekiş aküsünde depolanan elektrik enerjisinden alır. İçten yanmalı motora ihtiyaç duymayan bu araçlarda temel güç aktarma sistemi; yüksek voltajlı akü, güç elektroniği, elektrik motoru ve çoğu uygulamada tek kademeli bir redüksiyon dişli grubundan oluşur.

BEV ifadesi, İngilizce Battery Electric Vehicle kelimelerinin kısaltmasıdır. Bu araçlar yalnızca elektrik motoruyla hareket ettikleri için tamamen elektrikli veya saf elektrikli araç olarak da adlandırılır. Hibrit araçlardan temel farkı, tekerlekleri hareket ettirmek amacıyla bir içten yanmalı motora ihtiyaç duymamasıdır.

Elektrikli Araçlarda Menzil

Menzil, elektrikli aracın belirli bir şarj seviyesiyle kat edebileceği mesafeyi ifade eder. Üreticiler tarafından açıklanan menzil değerleri belirli standart test prosedürlerine göre belirlenir. Gerçek kullanımda elde edilen menzil ise sürüş hızı, hava sıcaklığı, klima ve ısıtma kullanımı, yol şartları, araç yükü ve sürüş tarzı gibi birçok etkene bağlı olarak değişebilir.

Elektrikli araçları yalnızca belirli kilometre değerlerine göre sınıflandırmak günümüzde yeterli değildir. Batarya kapasitesi, elektrik motorunun verimliliği, aracın aerodinamik yapısı ve kullanım amacı modele göre önemli ölçüde değişebilir. Şehir içi kullanıma yönelik küçük elektrikli araçlardan uzun menzilli ve yüksek performanslı otomobillere kadar farklı BEV türleri bulunmaktadır.

Elektrikli Araçlarda Akü Yerleşimi

Elektrikli araçlarda en büyük ve en ağır bileşenlerden biri yüksek voltajlı çekiş aküsüdür. Birçok modern elektrikli araçta akü paketi, ön ve arka aks arasında aracın taban bölümüne yerleştirilir. Bu yerleşim, yolcu ve bagaj alanının daha verimli kullanılmasına yardımcı olurken aracın ağırlık merkezinin aşağıya çekilmesini de sağlar.

Düşük ağırlık merkezi aracın yol tutuş ve sürüş özelliklerine katkı sağlayabilir. Elektrikli araçların çekiş sistemlerinde kullanılan yüksek voltajlı aküler ile klasik araçlardaki düşük voltajlı akülerin görevleri birbirinden farklıdır. Klasik otomotiv akülerinin temel yapısını öğrenmek için akü nedir? konusunu inceleyebilirsiniz.

Tek ve Çift Motorlu Elektrikli Araçlar

Elektrikli otomobiller tek veya birden fazla elektrik motoruyla üretilebilir. Tek motorlu sistemlerde çekiş ön veya arka aks üzerinden sağlanabilir. Çift motorlu sistemlerde ise ön ve arka aks için ayrı elektrik motorları kullanılabilir.

Ön ve arka aksın ayrı motorlarla tahrik edilmesi, elektronik olarak kontrol edilen dört tekerlekten çekiş sistemlerinin oluşturulmasına imkân verir. Bu yapı aynı zamanda tekerleklere iletilen torkun daha hassas biçimde kontrol edilmesini sağlayabilir. Dört tekerlekten çekiş sistemlerinin genel çalışma prensibi için 4 tekerlekten çekiş nasıl çalışır? yazısını inceleyebilirsiniz.

Yüksek performanslı bazı elektrikli araçlarda her aks veya her tekerlek için ayrı elektrik motorlarının kullanıldığı sistemler de bulunabilir. Bu tür uygulamalar çekiş kuvvetinin tekerlekler arasında elektronik olarak dağıtılmasına ve gelişmiş tork vektörleme fonksiyonlarının uygulanmasına olanak sağlar.

Yüksek Voltajlı Çekiş Aküsü

Tamamen elektrikli bir aracın temel enerji depolama elemanı yüksek voltajlı çekiş aküsüdür. Elektrikli araçlardaki yüksek voltaj sistemi, aracın tasarımına ve kullanılan elektrik mimarisine bağlı olarak yüzlerce volt seviyesinde çalışabilir.

Bunun yanında aydınlatma, kontrol üniteleri, multimedya, merkezi kilit ve diğer düşük voltajlı elektrik sistemlerinin beslenmesi için genellikle ayrı bir düşük voltaj aküsü de bulunur.

Yüksek voltajlı akü, elektrikli aracın anatomisi içerisinde en önemli bileşenlerden biridir. Akünün kapasitesi, ağırlığı, hücre kimyası ve sıcaklık yönetimi; aracın menzilini, performansını, şarj özelliklerini ve toplam ağırlığını doğrudan etkiler.

Elektrikli Araçlarda Batarya Çeşitleri

Elektrikli araçlarda farklı hücre kimyalarına sahip bataryalar kullanılabilir. Günümüzde otomotiv uygulamalarında yaygın olarak lityum iyon tabanlı batarya teknolojilerinden yararlanılmaktadır. Lityum iyon ailesi içerisinde NMC, NCA ve LFP gibi farklı hücre kimyaları bulunabilir.

Her batarya kimyasının enerji yoğunluğu, maliyet, kullanım ömrü, güç verme kapasitesi ve termal davranışı farklıdır. Bu nedenle belirli bir batarya türünün bütün elektrikli araçlar için tek başına en iyi seçenek olduğunu söylemek doğru değildir. Araç üreticileri kullanım amacı, maliyet, menzil, performans ve güvenlik gereksinimlerine göre farklı batarya teknolojilerini tercih edebilir.

Elektrikli Aracın Anatomisi ve Güç Aktarma Sistemi

Elektrikli bir aracın temel güç aktarma sisteminde şu parçalar bulunur:

1. Yüksek voltajlı çekiş aküsü
2. Güç elektroniği ve kontrol ünitesi
3. Elektrik motoru
4. Tek kademeli redüksiyon dişli grubu
5. Diferansiyel ve tahrik elemanları

Elektrik motorları geniş bir devir aralığında kullanılabildiği için birçok elektrikli araçta içten yanmalı motorlu araçlarda olduğu gibi çok kademeli bir vites kutusuna ihtiyaç duyulmaz. Bunun yerine motor hareketi genellikle sabit oranlı bir redüksiyon dişli grubu üzerinden diferansiyele ve tekerleklere aktarılır. Klasik araçlardaki şanzıman yapılarıyla karşılaştırmak için otomotiv vites kutusu eğitimi konusundan yararlanabilirsiniz.

Elektrikli Araçlarda Kullanılan Motorlar

Elektrikli araçlarda farklı çalışma prensiplerine sahip elektrik motorları kullanılabilir. Yaygın çekiş motoru teknolojileri arasında kalıcı mıknatıslı senkron motorlar, asenkron motorlar ve relüktans prensibinden yararlanan motorlar bulunmaktadır.

Elektrikli çekiş motorunun temel görevi, aküden ve güç elektroniğinden gelen elektrik enerjisini mekanik dönme hareketine dönüştürerek aracın hareket etmesini sağlamaktır. Motor tipi ve kontrol yöntemi; aracın verimliliği, tork karakteristiği ve performans özellikleri üzerinde etkili olabilir.

Rejeneratif Frenleme ve Enerji Geri Kazanımı

Elektrikli araçlarda kullanılan çekiş motoru, sürüş sırasında motor olarak görev yaparken yavaşlama ve frenleme sırasında jeneratör olarak da çalışabilir. Bu özelliğe rejeneratif frenleme veya enerji geri kazanımı adı verilir.

Araç hızlanırken yüksek voltajlı aküden alınan elektrik enerjisi motor tarafından mekanik enerjiye dönüştürülür. Araç yavaşlarken ise tekerleklerden gelen mekanik enerjinin bir bölümü elektrik motoru tarafından tekrar elektrik enerjisine dönüştürülebilir ve uygun koşullarda yüksek voltajlı aküye aktarılabilir.

Güç Elektroniği ve İnverter

Güç elektroniği, elektrikli aracın anatomisi içerisinde enerji akışının kontrol edilmesini sağlayan temel sistemlerden biridir. Yüksek voltajlı akü ile elektrik motoru ve aracın diğer elektrik sistemleri arasındaki enerji dönüşümü bu sistem tarafından yönetilir. Aracın yapısına göre temel bileşenler arasında inverter, DC-DC dönüştürücü ve araç içi şarj cihazı bulunabilir.

İnverter, yüksek voltajlı aküden gelen doğru akımı elektrik motorunun çalışması için gerekli kontrollü alternatif akıma dönüştürür. Rejeneratif frenleme sırasında ise elektrik motorunun ürettiği elektrik enerjisinin tekrar yüksek voltajlı doğru akım sistemine aktarılmasını sağlar.

DC-DC dönüştürücü, yüksek voltajlı çekiş sistemindeki enerjiyi aracın düşük voltajlı elektrik sisteminin kullanabileceği seviyeye dönüştürür. Böylece düşük voltaj aküsünün şarj edilmesine ve araçtaki yardımcı elektrik tüketicilerinin beslenmesine yardımcı olur.

Araç AC şebekesinden şarj edildiğinde araç içi şarj cihazı, şebekeden gelen alternatif akımı yüksek voltajlı bataryanın şarjında kullanılabilecek doğru akıma dönüştürür. DC hızlı şarj sistemlerinde ise gerekli enerji dönüşümünün önemli bir bölümü şarj istasyonu tarafından gerçekleştirilir.

Elektrikli Aracın Temel Çalışma Prensibi

Sürücü hızlanma komutu verdiğinde aracın kontrol sistemi ihtiyaç duyulan tork miktarını hesaplar. Yüksek voltajlı aküden alınan enerji güç elektroniği üzerinden elektrik motoruna aktarılır. Elektrik motorunun ürettiği tork, redüksiyon dişlisi ve diferansiyel üzerinden tekerleklere iletilir.

Yavaşlama sırasında uygun şartlar oluştuğunda elektrik motoru jeneratör gibi çalışarak aracın kinetik enerjisinin bir bölümünü tekrar elektrik enerjisine dönüştürür. Böylece normal frenleme sırasında ısı olarak kaybedilebilecek enerjinin bir bölümü geri kazanılarak bataryada yeniden depolanabilir.

Elektrikli araçlarda yüksek voltajlı akü, elektrik motoru, inverter, DC-DC dönüştürücü, şarj sistemi ve elektronik kontrol üniteleri koordineli biçimde çalışır. Klasik araçlardaki elektrik üretim ve şarj sistemiyle karşılaştırmak için şarj sistemi nedir? yazısını inceleyebilirsiniz.

Elektrikli araçların yüksek voltaj sistemleri özel eğitim, uygun kişisel koruyucu donanım ve güvenli çalışma prosedürleri gerektirir. Yüksek voltajlı elektrikli araç sistemlerine gerekli eğitim alınmadan ve üreticinin güvenlik prosedürleri uygulanmadan müdahale edilmemelidir.

Otomotiv teknolojisi, elektrik sistemleri ve araç teknolojisi dersleriyle ilgili diğer içeriklere MotorDersi üzerinden ulaşabilirsiniz.