Hibrid veElektrikli Araçlar

İşyerinizdeki açık otoparkta tüm gün güneş panelleri aracılığıyla bataryaları şarj olmuş

elektrikli aracınızdasınız. Eve gidinceye kadar şarjın yarısı bitiyor. Eve geldiğinizde aracınızı

garajdaki fişe takıp evdeki ışıkları, ısıtıcıyı, televizyonu açıyorsunuz yani aracınızın elektrik

enerjisi ile evi besliyorsunuz. Gecenin ilerleyen saatlerinde aracınız elektrik şebekesinden

otomatik olarak şarj oluyor. Sabah uyandığınızda “deposu dolmuş” aracınızla işinize doğru

yola çıkıyorsunuz. Bu senaryo çok uzakta olmayabilir. Çünkü elektrikli ve şarj edilebilir

hibrid elektrikli araçlar hayatımıza girmek için hazırlanıyorlar.

Elektrik Yüksek Mühendisi Başuzman Araştırmacı TÜBİTAK MAM Enerji Enstitüsü

Hibrid ve

Elektrikli Araçlar

D

yoğun-luğunun artması, ulaşımda kara ulaşımının yüksek payı, yakıt tüketiminin ve egzoz sa-lımının artmasına neden oluyor. Çözüm arayışların-da alternatif tahrik sistemleri ve alternatif yakıtla-rın kullanımı artıyor. Artan araç sayısına bağlı ola-rak kullanılan yakıt miktarının artması, atmosferde kirletici salımların ve karbondioksit gazı miktarının hızla yükselmesi ve iklim değişikliği sorunları, ulaş-tırmada enerji verimliliği konusunu gündemde tutu-yor. Tüm bu problemleri gidermek için uygun alter-natif yakıtlar ve daha verimli alteralter-natif araçların ge-liştirilmesi gündemde. Bu çerçevede, yapılan araştır-maların odak noktasında elektrikli tahrik sistemleri-nin araçlar içerisinde kullanılmasına olanak sağlayan hibrid ve elektrikli araçlar yer alıyor.

Salımlar konusundaki düzenlemeler, yasal zorun-luluklara uyum ve bunu takiben küresel rekabetin ge-rekliliği olarak daha verimli araçlar üretme zorunlu-luğu, araç üreticilerini konvansiyonel sistemlerde ye-ni çözümler üretmeye ve alternatif teknolojilere yön-lendiriyor. Özellikle son yıllarda içten yanmalı motor teknolojisindeki gelişmeler ve egzoz sonrası işleme teknolojileri sayesinde araçların salım değerlerinde önemli azalmalar görülüyor. Araçlarda enerji verim-liliğini artırmaya yönelik çalışmaların bir kısmı da ya-kıt teknolojilerini ilgilendiriyor. Bu noktada düzenle-melerin belirlediği kükürt ve kurşun oranları gibi, ge-rek çevreci yakıtların gege-rekse aracın bileşenlerine za-rar vermeyecek tipte yakıtların kullanımı önem kaza-nıyor. Aracın karbondioksit salım miktarı aracın tü-kettiği yakıt miktarı ile doğrudan ilişkilidir. Hibrid ve elektrikli araçlar, konvansiyonel araçlara oranla sağla-dıkları yakıt tasarrufu ile araçta tüketilen yakıt

mikta-rını azaltma konusunda bir çözüm sunuyorlar. Günümüz araçlarında çekiş gücünü

iç-ten yanmalı motorlar veriyor, ya-kıt olarak da benzin, dizel ve LPG gibi yakıtlar

kullanılı-yor. Elektrikli araçlarday-sa, aracın çekiş sisteminde elektrik motoru kullanılır. Bu araçlarda içten yanma-lı motor bulunmaz. Elektrik motoru enerjisini araç üzerin-Hibrid, 2006 Honda GRX

konsept otomobil

Jupiter Images

Hamdi Uçarol

de bulunan bataryalarda depolanan elekt-rik enerjisinden sağlar. Batarya şarj sevi-yesi düştüğünde, bataryalar elektrik ener-ji şebekesinden şarj edilerek tekrar kullanı-ma hazır hale gelir. Günümüz batarya tek-nolojisi ile depolanan enerjiyle uzun mesa-feler gidilemediği için bu araçların özellik-le sürüş profili belirli, düzenli kullanım ko-şullarının söz konusu olduğu araç filoların-da ya filoların-da yakın mesafe araçları olarak kulla-nılması daha uygundur. Kullanılan elektrik motorunun getirdiği bir başka avantaj da, bu araçların diğer araçlara göre çok daha az gürültülü çalışmalarıdır. Araçların şarj iş-lemlerinin güneş ve rüzgâr enerjisi ile üre-tilen alternatif enerji kaynaklarından sağ-lanması ile bu araçların çevrenin kirlenme-mesine yapacakları katkı artacaktır.

Hibrid elektrikli araçlar, en yalın ifade ile içten yanmalı motor ile elektrik moto-runun birlikte kullanıldığı araçlar-dır. İçten yanmalı motorun verimsiz olduğu düşük devir ve düşük ment bölgelerinde elektrik mo-toru kullanılarak yakıt tüketi-mi ve egzoz salımlarında iyileş-meler sağlanır. Frenleme ener-jisi, elektrik makinesinin elekt-rik üreteci (jeneratör) olarak ça-lıştırılması ile geri kazanılarak ba-taryalarda depolanır. Kalkış anın-da yüksek moment özelliği nedeniyle ve trafik sıkışıklıklarında dur kalk sırasın-da elektrik motorunun kullanılması, trafik ışıkları gibi uzun bekleme durumlarında içten yanmalı motorun kapatılması, ara-cın önemli avantajları arasında sayılabilir. Araçta iki farklı tahrik sisteminin kullanıl-masıyla iki farklı kaynağın verimleri opti-mize edilir ve araç konvansiyonel bir araca göre yakıt tüketimi ve salım bakımından verimli hale gelir.

Şarj edilebilir hibrid araçlar, elektrik enerji şebekesinden şarj edilebilir. Bu araç-lar hem hibrid elektrikli araçaraç-lar gibi uzun menzillere sahiptir, hem de elektrikli araç-lar gibi, şebekeden şarj yolu ile elde edilen elektrik enerjisinin kaynağını çeşitlendire-bilirler. Bu araçlar rüzgâr ve güneş ener-jisi gibi kaynaklardan elde edilen elekt-rik enerjisi ile beslendiğinde, özellikle ara-cın günlük kullanım mesafesi belirli ve

kı-sıtlıysa fosil yakıtlardan tamamen bağım-sız hale getirilebilir. Bununla birlikte uzun mesafeli yolculuklar için araçta bulunan içten yanmalı motor kullanılabilir. Toplam enerji verimliliği ve salımda karşılaştırma-lar yapmak için kaynaktan başlayıp aracın tekerleğinde dönüşen güce kadar detaylı analiz yapmak gerekir.

Seri paralel tip bir hibrid elektrikli araç-ta çalışma modlarını inceleyecek olursak, kalkış anında, aküler aracı tahrik etmek için gerekli gücü tek başına sağlarken içten yanmalı motor kapalı durumdadır. Bu ça-lışma moduna, tümü elektrikli mod ya da elektrikli araç modu da denilebilir. Elekt-rik motorunun yüksek kalkış momentin-den faydalanılır, egzoz ve gürültü salımı yoktur. Araç özellikle şehir içinde bu ça-lışma modunda kullanılır. Yüksek

ivme-lenme ihtiyacında aşırı güç gerektiğinden hem içten yanmalı motor, hem elektrik motoru aracı tahrik etmek için gerekli gü-cü orantılı olarak bölüşürler. Normal sü-rüş sırasında, içten yanmalı motor gerek-li gücü tek başına sağlarken, elektrik moto-ru kapalı dumoto-rumdadır. Frenleme, yavaşla-ma ya da yokuş aşağı sürüş sırasında elekt-rik motoru elektelekt-rik üreteci olarak çalışarak aküleri şarj eder. Sürüş sırasında araç tara-fından aşırı güç talep edilmediği durum-larda aküyü şarj etmek için, içten yanma-lı motor hem aracın tekerleklerini tahrik eder, hem de elektrik üreteci aracılığıyla aküleri şarj eder. Aracın durduğu durum-larda, içten yanmalı motor aküleri elektrik üreteci vasıtası ile şarj edebilir.

Hibrid araç teknolojisinde ortaya ko-yulan avantajların mertebesi, elbette ki araç üzerinde seçilen konfigürasyonla ya-kından ilgilidir. Hibridleştirme oranı ola-rak adlandırılan bu durum, örneğin sade-ce aksesuar yüklerinin elektrikli hale geti-rilmesinden, yüksek güç ve enerji depo-lama ünitelerinin kullanıldığı tam hibrid konseptine kadar geniş bir skalaya sahip-tir. Hibridleştirme oranının artması, ge-tirdiği avantajların yanı sıra, araç üzerine eklenen yeni bileşenlerin ağırlığı, karma-şıklaşan sistemler, üretim ve bakım mali-yetlerin artması gibi unsurları da berabe-rinde getiriyor.

Hibrid ve elektrikli araçlar araç tipin-den bağımsız olmak üzere özellikle şehir içi uygulamalarda konvansiyonel araçla-ra göre yakıt tüketimini, egzoz salımları-nı ve gürültüyü azaltır. Şehir içi toplu yol-cu ve yük taşımacılığında sıklıkla kulla-nılan otobüs, midibüs, minibüs, ha-fif ticari araç segmentinde, araçla-rın rotalaaraçla-rının belirli ve tahmin

edilebilir olması, ortalama araç hızının ve ivmelenme değerle-rinin düşük kalması ve araçta yeni bileşenlerin yerleşimine izin verecek geniş alanların da-ha rada-hat bulunabilmesi nedeniyle hibrid araç kullanımı daha caziptir. Amerika, Japonya ve Avrupa’da yolldaki hibrid araç sayısı her geçen gün ar-tıyor. Hibrid araçlar günümüz araç kulla-nım alışkanlıklarına cevap verecek özel-liklerdedir. Bu araçların ardından piyasa-ya çıkacak yeni modeller ile şarj edilebi-lir hibrid araçların da yaygınlaşması bek-leniyor. Bu araçları şarj etmek üzere alt-yapıyı oluşturmak yani şarj istasyonla-rı, ev, otopark, alışveriş merkezi gibi yer-lerde şarj noktaları oluşturmak gerekiyor. Elektrikli araçların yaygınlaşması, bu alt-yapının oluşup gelişmesine ve en önemli-si batarya teknolojiönemli-sinin araçlarda yeter-li menziyeter-li sağlayacak kapasiteye ulaşma-sına bağlıdır.

Kaynaklar

Chan, C. C., Chau, K. T., Modern Electric

Vehicle Technology, Oxford University Press, 2001.

Kempton, W., Tomic, J., “Vehicle-to-grid Fundamentals: Calculating Capacity and Net Revenue”,

Journal of Power Sources, 144, 2005.

Şarj edilebilir hibrid elektrikli araçlar,

elektrikli araçlar ve elektrik enerji şebekesi ile ilişkileri

Bilgin Ersözlü

Bilim ve Teknik Ocak 2010 > <