Hibrit Otomobil Nedir ve Nasıl Çalışır ?

Hibrit Otomobil Nedir ve Nasıl Çalışır ?

24 Ocak 2020 0 Yazar: emre ekici

Günümüzde elektrikli otomobiller yollarda yerlerini almaya başladı. İçten yanmalı otomobillerin giderek popülerliğini kaybetmesi ve çevre faktörlerinin dünyaya egemen olması elektrikli otomobillerin gelişimini hızlandırdı. Elektrikli otomobiller ile birlikte hibrit otomobiller de bu gelişimden ve değişimden faydalanan araç tipi oldu. Hibrit otomobil aynı zamanda firmaların ilk elektrikli otomobil denemeleri olarak ta adlandırabiliriz. Elektrikli araç teknolojisini henüz yeni olarak değerlendiren üreticiler hibrit sisteme geçiş yapıp denemelerini tamamlayıp daha sonra elektrikli sisteme geçiş yapmaktadır. Diğer bir taraftan elektrikli otomobillerin günümüzde çok pahalı olması da ara segment bir araç tipinin üretilmesinde etkin konumdadır.

Hibrit Otomobil Tarihi

Hibrit otomobil yapısı 1902’de Ferdinand Porsche tarafından geliştirilen bir otomobilde test edilmiş ve o günden bu güne kadar aynı yapıda teknolojisini devam ettirmiştir. 1950’li yıllar ile birlikte petrol fiyatlarının düşmesi yine fosil yakıtlı araçların popüler olmasına yol açtı. 1997 yılında ise artık Toyota yeni hibrit Prius otomobilini tanıtma kararı aldı ve hibrit teknolojisi resmen hayatımıza girmiş oldu.

Daha sonra Honda, Insight modeli ile hayatımızda yerini alırken kısa bir süre sonra Civic Hibrit modelini de tanıttı. Başka firmalar da hibrit otomobil sektörüne adım attı. Lexus’un 2005 yılı içerisinde piyasaya sunduğu Lexus RX 400h modeli de hibrit otomobil sektörüne adım attığını kanıtlar nitelikteydi.

Binek otomobil sektörünün yanı sıra SUV sektöründe de hibrit otomobiller etkin konumda olmaya başladı. Ford’un Escape modeli hibrit SUV’a örnek gösterilecek bir model oldu.

Hibrit Otomobil Nasıl Çalışır ?

Hibrit otomobil, elektrikli araç ve fosil yakıtlı araçların ara kademesi olarak kabul edilir. Dolayısıyla hem içten yanmalı bir motor hem de elektrik motorunun bulunduğu bir sistemdir. Araç içerisinde bulunan elektrik motoru şehir içi sürüşlerde etkin konumda olur ve kısa menzillerde batarya ile sürüş yapılır.

Uzun menziller veya şehir dışı ulaşımda içten yanmalı motor etkin konumdadır. Yazılımsal olarak kurgulanan algoritma yukarıda saydığımız çalışma şekillerini değiştirebilir. Örneğin batarya yeterli doluluk oranına sahip ise şehirler arası yolculukta da çalışabilir. Veya batarya yeterli doluluk oranına sahip değil ise şehir içinde içten yanmalı motorda çalışabilir. Bu sayede araç yazılımsal parametreleri ile nasıl çalışması gerektiğini belirler.

Hibrit Otomobil Türleri Nelerdir ?

1- Seri Hibrit Otomobiller

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 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.

2- Paralel Hibrit Otomobiller

Araç hareketi içten yanmalı motor ve elektrik motoru tarafından aktarma organları ile beraber sağlanan bu araçlar paralel hibrit elektrikli araçlar olarak adlandırılmaktadır.

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.

3- Seri-Paralel Hibrit Otomobil

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 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.

Hibrit Otomobil Yakıt Tüketim Durumu Nasıl ?

Hibrit otomobil hem batarya gücünü hem de içten yanmalı motor gücünü kullandığı için tüketimi düşük olacaktır. Benzinli veya dizel araçlara kıyasla 100 km’de 1.5 ile 2.5 litre arasında bir yakıt azalması olacak ve tüketim değeri azalacaktır.

Hibrit Otomobilin Avantajları

Hibrit otomobillerde en önemli özellik bataryaların yeniden şarj olmasıdır. Frenleme anında kinetik enerjinin elektrikli enerjisine dönüşmesi ile bataryalar yeniden şarj edilerek kullanılabilir. Trafikte kırmızı ışıktayken elektrik motoru kendisini kapatarak enerji kaybını önler. Motor içerisindeki ses ve gürültü en aza inmiştir. Araç kendi kendisini şarj edebilir ve gaz salınımı minimum seviyeye iner.

Hibrit Otomobilin Dezavantajları

Hibrit otomobil normal bir araca göre çok pahalı ve olası bir arıza durumunda uzman tamir ekibi henüz bulunmamaktadır. Tamir için zorlu bir süreç bizleri bekleyebilir.

Ayrıca hız isteyen durumlarda beklenilen hız performansını karşılamayabilir. Bu sebeplerden ötürü de hibrit elektrikli otomobil dezavantajlı diyebiliriz.