Günümüzde Kullanılan Elektrikli Otomobil Tipleri

Günümüzde Kullanılan Elektrikli Otomobil Tipleri

30 Ağustos 2021 0 Yazar: emre ekici

Günümüzde elektrikli otomobil tipleri farklı farklı yapılmaktadır. Bunun sebebi ise kullanıcıların ihtiyaçlarına göre farklı tiplerin gerekli olmasıdır. Araç çeşitleri araçlardaki enerji kaynağı ve motor tahrik yöntemine göre üç grup altında sınıflandırılmıştır. Bunlar içten yanmalı motorlu araçlar, hibrit elektrikli araçlar ve tümü elektrikli araçlardır. Araç teknolojilerinin sınıflandırılması aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

Elektrikli Otomobil Tipleri Hangileridir ?

İçten Yanmalı Motorlu Araçlar

İçten yanmalı motorlu araçlarda motorun çalışması için gerekli olan enerji yakıt deposunda bulunan fosil yakıttan karşılanır. Bu araçlarda enerji sağlayıcı olarak kullanılan fosil yakıtlar benzin, dizel ve henüz araştırma aşamasında olan hidrojen yakıtları olarak adlandırılmaktadır. İçten yanmalı araç yapısı aşağıdaki şekilde gösteriilmiştir.

İçten yanmalı motorlar için çalışma prensibi şu şekildedir: yanma odasında yüksek sıcaklık ve basınç altında yanma odasına püskürtülen yakıt hava ile karışır ve motor tipine göre dışarıdan ateşlemeyle veya kendiliğinden tutuşur. Bu reaksiyon sonucunda yanma meydana gelir. Yanma odasında gerçekleşen bu olaydandan sonra ortaya bir enerji çıkar ve bu enerji hareket enerjisine çevrilir. Aracın hareketi için gerekli olan hava ve yakıt karışımı optimum seviyede olmalıdır. Eğer yanma odasında olması gerekenden fazla ya da eksik hava varsa yanma işlemi bozulacaktır. Böyle bir durumda yanma odasındaki yakıtın yanması için ihtiyaç olan reaksiyonlar tam anlamıyla gerçekleşemeyecektir. Bu sebeple de alınan verimlerde kayıplar yaşanır ve ciddi çevre kirliliklerine neden olunur.

İçten yanmalı motorlu araçtan ne kadar güç elde edilmek istenirse motor boyutu büyütülmeden yeterli miktarda yakıt ve hava karışımı yanma odası için sağlanmalıdır. Eğer küçük motorlu bir araç için yüksek güç istenirse daha fazla yakıt sağlanmalı ve yeterli hava ile karışım yapılmalıdır. Bu durum araç için tüketimi artırmak demektir.

Hibrit Elektrikli Araçlar

Motor tahrikinin hem içten yanmalı motor ile hem de elektrik motoru ile sağlandığı araçlar hibrit elektrikli araçlar olarak tanımlanmaktadır. Hibrit elektrikli araçlar için dört farklı karakteristik mevcuttur. Bunlar seri, paralel, seri-paralel ve kompleks olmak üzere dört çeşit hibrit elektrikli araç mevcuttur.

Seri hibrit elektrikli araçlar

Bu tip hibrit elektrikli araçlarda ana tahrik ünitesi olarak içten yanmalı motor kullanılır. İçten yanmalı motor bir jeneratörü çalıştırarak enerji üretilmesini sağlar. Üretilen elektrik enerjisi elektrik motorunu sürebilmekte ve pil paketlerini şarj edebilmektedir. Seri hibrit elektrikli aracın yapısı aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

Seri hibrit elektrikli araçta tekerleklere iletilen hareket gücü elektrik motorlarından sağlanmaktadır. Elektrik motoru, bataryalardan veya hibrit güç ünitesinden sağlanan elektriksel gücü mekanik enerjiye dönüştürmektedir. Hibrit güç ünitesi ise bir içten yanmalı motordan ve bu motordan elde edilen mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren jeneratörden meydana gelmektedir. Yakıt tankında bulunan fosil yakıtlı enerjiyi içten yanmalı motor sayesinde mekanik enerjiye çevrilmektedir. Buradan elde edilen mekanik enerji ise jeneratör sayesinde elektrik enerjisine çevrilmektedir. İhtiyaç durumuna göre güç kontrol ünitesi (Power Control Unit – PCU) tarafından verilen kararla, depolanmak üzere bataryalara ya da hemen kullanılmak üzere elektrik motoruna iletilmektedir.

Motor kontrol ünitesi, bataryaların aşırı şarj veya aşırı deşarj olmasını önlemek için içten yanmalı motor ve jeneratör grubunu kullanarak bataryaları % 60 – % 80 doluluk oranında tutar. Batarya doluluk oranı belirlenen limitin altına düşerse, içten yanmalı motor çalışmaya başlar. Benzer şekilde batarya şarjı bu limitin üstüne çıkarsa, içten yanmalı motor çalışmayı durdurur. Kullanılan bu sistemin en önemli avantajlarından biri de yokuş aşağı gidiş ve frenleme sırasında açığa çıkan enerjinin elektrik motoru tarafından aküleri şarj etmede kullanılabilmesidir. Bu olay rejeneratif (faydalı) frenleme olarak adlandırılmaktadır. Yapı olarak seri hibrit sistem, yakıt pilli aracın sistemine en yakın olanıdır. Yakıt pilli sistemde içten yanmalı motor ve elektrik jeneratörü yerine yakıt pili sistemi, yakıt tankı yerine ise hidrojen depolama sistemi kullanılmıştır. Geleceğin teknolojisi olarak gösterilen bu sistem için seri hibrit sistemler altyapı hazırladıkları için ayrı bir öneme sahiptirler.

Seri hibrit sistem ile paralel hibrit sistem kıyaslandığı zaman seri hibrit sistem için en büyük dezavantaj, jeneratörün varlığıdır. Jeneratör bu sistemde elektrik üretmek için kullanılmaktadır. Jeneratör ek ağırlık ve ek maliyet demektir. Ayrıca toplam sistem verimi, enerji dönüşümü çok olduğu için düşmektedir. Seri hibrit elektrikli araçlar tamamen elektrik motoru temeli üzerine tasarlanmıştır. Şehir kullanımında elektrik motoru, enerjisini aküden almaktadır. Otoyoldaysa içten yanmalı motorun çalıştırdığı jeneratör aküyü yeniden şarj etmek ve elektrik motorunu beslemek için elektrik üretmektedir. Sollamalar ya da rampa gibi daha fazla enerjinin gerektiği durumlarda, aküden de enerji gelmektedir. Şehirde olduğu kadar otoyollarda da çevre dostu olan seri hibritlerin aküsü; enerji deposu ve güç destek kaynağı olarak çalışmaktadır. Jeneratörü harekete geçiren içten yanmalı motor ise hemen hemen sabit bir hızla çalıştığından, optimum yakıt tüketimi ve gaz emisyonu değerlerini yakalamak mümkün olmaktadır.

Paralel hibrit elektrikli araçlar

Araç hareketi içten yanmalı motor ve elektrik motoru tarafından aktarma organları ile beraber sağlanan bu araçlar paralel hibrit elektrikli araçlar olarak adlandırılmaktadır. Paralel hibrit elektrikli aracın yapısı aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

İçten yanmalı motor ve elektrik motoru ile tekerlere aktarılan güç üretilmektedir. Bu iki motor birbirlerine bağlanıp daha sonrada bir transmisyonla elde edilen güç tekerleklere iletilir. Seri hibrit elektrikli araçlarda herhangi bir transmisyona ihtiyaç duyulmamaktadır. Paralel hibrit elektrikli araçlarda yine akü ve fosil yakıt enerji sağlayıcı olarak kullanılmaktadır.

Paralel hibrit elektrikli aracın çalışma prensibi şu şekildedir. Yakıt tankındaki kimyasal enerji içten yanmalı motor sayesinde mekanik enerjiye dönüştürülüp tekerleklere iletilmektedir. Elektrik motoruysa aküden aldığı enerji ile bağımsız bir güç üretmekte ve yine tekerlere iletmektedir. Elektrik motoru bu sistemlerde genelde şehir içi ulaşımda etkin olarak kullanılmaktadır. İçten yanmalı motor ise aynı özelliklere sahip bir konvansiyonel araca göre daha küçük tasarlanabilmektedir. Bu da hem maliyeti, hem de ağırlığı azaltmaktadır. Araç iki farklı sistem ile tahrik edildiği için genelde içten yanmalı motor küçük olarak seçilir. Motor dizaynı küçük olarak yapıldığından araç ağırlığı da az olacaktır. Bu, paralel hibrit elektrikli araçların en büyük özelliklerinden biridir. İki motorun kullanılması maksimum gücü karşılaması ve gerekmediğinde motorlardan birinin kapatılabilmesi bu araçların bir diğer avantajıdır. Bu sistemlerde akülerin kapasitesi ve boyutları seri hibrid sisteme göre daha az olduğundan elektrik motorları içten yanmalı motorlara göre daha düşük güce sahiptir. Aküler ise genelde frenleme ve yokuş aşağı seyir sırasında tekerleklerde oluşan kinetik enerji sayesinde şarj edilmektedir. Ayrıca gereken durumlarda içten yanmalı motor tahrik kuvvetinden daha yüksek güç üretir ve bu fazla güç elektrik motorunun jeneratör işlevi yapmasıyla elektrik enerjisine çevrilerek akülerde depolanır. Yani paralel hibrit elektrikli araç jeneratör olmaksızın seri hibrit elektrikli araç gibi çalışabilir. Fakat bu durum içten yanmalı motorun daha yüksek devirlerde ve düzensiz çalışması demektir.

Frenleme ve yokuş aşağı inişlerde açığa çıkan enerjinin büyüklüğü hafif paralel hibrit denilen sistemlerin gelişmesine yol açmaktadır. Bu sistemlerde çok küçük elektrik motorları ve aküler kullanılarak açığa çıkan enerji geri kazanılmaya çalışılmaktadır. Ufak bir maliyetle hem yakıt tüketimi azaltılabilmekte, hem de elektrik motorunun küçük olmasına rağmen ürettiği yüksek tork sayesinde aracın çekişinde fark edilebilir iyileşme söz konusu olmaktadır. Üreticiler şu an piyasadaki ürünlerine bu sistemi adapte etme çalışmalarını sürdürmektedirler.

Seri-Paralel ve kompleks hibrit elektrikli araçlar

Hibrit araçlar üzerinde yapılan çalışmalar tamamen verimi artırmaya yöneliktir. Bu sayede seri ve paralel hibrit elektrikli araçların yapılarına benzeyen seri-paralel ve kompleks hibrit elektrikli araçlar aracın güç performansını arttırırken daha ekonomik yakıt tüketimini de sağlamaktadır. Seri-paralel ve kompleks hibrit elektrikli araçların yapıları aşağıdaki şekillerde gösterilmiştir.


Seri-paralel hibrit elektrikli araçlar, seri ve paralel hibrit elektrikli araçların yapılarındaki verimlilikleri birleştirir. Ancak yapı olarak daha çok paralel yapıya benzer. İçten yanmalı motor doğrudan tekerleklere bağlıdır, aynı zamanda seri hibrit yapıda olduğu gibi jeneratör ile elektrik motoruna da enerji desteği sağlayabilir. Düşük hızlarda araç seri yapıda çalışırken, yüksek hızlarda ise içten yanmalı motor doğrudan tekerleklere bağlanarak gereken gücü sağlar.

Tümü Elektrikli Araçlar

Bu araçlarda yalnızca elektrik motoru kullanılmaktadır. Kullanılan elektrik motoru hem ana tahrik olarak görev üstlenir hem de jeneratör görevi ile bataryaların şarj olmasını sağlamak ile görevlidir. Yakıt maliyeti içten yanmalı motorlar ile kıyaslanınca çok düşüktür ve bakım maliyeti de azdır. Bu araçlar “sıfır emisyonlu araçlar” olarak adlandırılır ve doğaya zararlı hiçbir gaz salınımı yapmazlar. Ancak elektrikli araçlar için birtakım problemler mevcuttur. Bu problemler elektrikli araçların satışını ciddi oranda etkilemektedir. Problemlerden bazıları, üretim maliyeti ve buna bağlı olarak satış fiyatının yüksek ve menzilinin kısa, şarj süresinin uzun olmasıdır.

Yakıt pilli elektrikli araçlar

Yakıt pilli elektrikli araçlar için gerekli olan tahrik gücü elektroliz işlemleri ile sağlanmaktadır. Gerçekleşen elektroliz işleminde yakıt pillerinin kimyasal enerjisi elektrik enerjisine dönüştürülür ve işlem sonucunda sadece su ve ısı açığa çıkmaktadır. Yakıt pilli elektrikli araçların yapısı seri hibrit elektrikli araçların yapısına benzemektedir. Seri hibrit elektrikli araçlarda bulunan yakıt deposu yerine hidrojen tankı, içten yanmalı motor ve jeneratör yerine de yakıt pilleri bulunmaktadır. Yakıt pillerinden elde edilen elektrik enerjisi motoru çalıştırabilmekte ve pil paketlerini şarj edebilmektedir. Yakıt pilli elektrikli aracın yapısı aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.

Yakıt pilinde elde edilen enerji miktarı, yan yana gelen metal plakaların seri bağlanması ile elde edilir. Her bir plaka yaklaşık olarak 1,2 V’luk enerji sağlamaktadır. Bu plakaların verdikleri enerji ise üretici firmalara göre değişmektedir. Fakat yakıt pillerinde elde edilen enerji, oksijen ve hidrojenin belirli oranlarda elektronik kontrol ile gerçekleştirilmektedir. Yakıt pili üzerine yerleştirilen sensörler, sistemde oksijen ve hidrojen yoğunluğunun kontrol edilmesini sağlamaktadır.

Yakıt pilli elektrikli araçlarda da yakıt pillerinin ve hidrojen tüplerinin uzun ömürlü ve sağlıklı çalışabilmesi için belirli sıcaklık ve nem değerleri sağlanmalıdır. Bu değerler aşıldığında yakıt pili ve tüplerinin çalışması tehlikeye girmektedir. Bu nedenle yakıt pilinin ve özellikle hidrojen tüplerinin sıcaklık ve nem değerleri sürekli kontrol altında tutulmalıdır. Günümüzde birçok elektrikli araç teknolojisi ve elektronik geliştirme platformları kullanılmaktadır.

Pil paketli elektrikli araçlar

Bu tip elektrikli araçlarda diğer araçlarda bulunan yakıt deposu, içten yanmalı motor ve jeneratör bulunmamaktadır. Elektrik motorunu çalıştırıp gerekli olan tahrik gücünü sağlamak için ihtiyaç olan elektrik enerjisi sadece pil paketlerinden elde edilmektedir. Pil paketleri boşaldığında veya azaldığında tekrar doldurulmaları gereklidir. Bu doldurma işlemi şebekeden enerji çekilerek gerçekleştirilir. Pil paketli elektrikli aracın yapısı aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.