Elektrikli Arabalar Nasıl Çalışır?

Elektrikli arabalar yakıt verimliliği, yüksek performans ve çevreye duyarlılık bakımından yeni deneyimler sunan bir teknolojidir. Bu kapsamda yeni ve güçlü bir motor teknolojisiyle çalışmaktadır. Elektrikli araba çalışma prensibi nedir? diye merak ediyorsanız bu makalemizde keyifli bir okuma yapabilirsiniz.

Elektrikli motorlar, özellikle yakıt verimliliği konusunda sunduğu avantajlar sayesinde elektronik eşyalarda çamaşır makinelerinin fanlarına kadar kullanılmaktadır. Günümüzde ise sıklıkla otomobillerde öne çıkan elektrikli motorlar; profesyonel çalışma prensibi ve yüksek performansı sayesinde verimli kullanım sunmaktadır. Benzin ya da mazotla çalışan klasik araçlara nazaran daha yüksek verimlilik, aşınmazlık ve çift yönlü çalışma özellikleri sunan yapısı, öne çıkan diğer ayrıntılar arasında yer almaktadır. Elektrikli motorlar ayrıca oldukça sessiz çalışmaktadır.

Elektrikli arabaların çalışma prensibini daha iyi anlamak için öncelikle motorda yer alan parçaların görevleri bilinmelidir. Elektrikli arabaların motorunda mekanik bir parça bulunmamaktadır. Elektromanyetik bir alan oluşturularak hareket enerjisini elde etmek için bir çaba varken klasik motor sistemi bulunmamaktadır. Elektrikli otomobillerin elektrikli motorları, şarj edilebilir bataryadan güç almaktadır. Elektrikli arabaların motor sisteminde rotor ve stator adı verilen iki ana bileşen ve ona ek olarak birçok yardımcı bileşenler bulunmaktadır.

Elektrikli arabaların ana ve yardımcı bileşenleri ise şunlardır;

    • Rotor: Endüvi olarak da adlandırılan rotor; indüksiyon motorunun hareketli ana parçası olarak konumlandırılmaktadır. Milin üzerine sarılı olarak bulunan rotor, üzerinde oyukların olduğu silisli saclardan meydana gelmektedir. Dönme işlemi için statorda meydana gelen mekanik alanı kullanmaktadır.
    • Stator: Endüktör olarak adlandırılan stator; indüksiyon motorunun elektrik yüklü sabit parçası olarak konumlandırılmaktadır. Birbirinin üzerine yerleştirilen 0,4 – 0,8 milimetre arasındaki kalınlıkta olan yuvarlak şekilli ince saclardan oluşmaktadır. Statorun iç ve dış kısımları girintili boş bir silindir görünümüne sahiptir.
    • Motor Mili: Rotor ve statorun içerisinde bulunan bir çubuğu andıran parçadır. Rotorun hareketine bağlı olarak sürekli döner. Rulmanlar aracılığı ile rotor ve motorun kapaklarına yani dış gövdeye bağlıdır.
    • Bağlantı Klemensleri: Grup şeklinde veya iki parça olarak oluşan elektrik iletim kablolarının birbirine bağlanması amacıyla kullanılmaktadır. Kablo bağlantıları arasındaki yalıtkanlığı ve sabitliği sağlamaktadır.
    • Stator Sargıları: Statorun üzerinde bulunan oyuklara yerleştirilerek somunlarla veya vidalarla gövdeye tutturulmaktadır. Bu sargılar mıknatıs görevi görmekte olup statordaki manyetik alanın oluşmasını sağlamaktadır. Yüksek gerilimi elektrik akımına çevirerek güçlü bir yalıtım ortamı oluşturmaktadır.
    • Fan: Dış kısımdaki fan kapağı ve motor kapağının arasında bulunmaktadır. Motorun hareket halindeyken aşırı ısınmasını engelleyerek olası arıza durumlarının önüne geçmektedir. Ayrıca radyatöre gelen yüksek ısının da azalmasında oldukça etkilidir.

Elektrikli arabaların çalışma performansına katkı sağlayan bazı özellikler bulunmaktadır. Bu araçlarda çok hareketli parça, vites kutusu, debriyaj balatası, yakın tankı, pistonlar, egzoz sistemi, yağ ve su pompası bulunmamaktadır. Bunlar sayesinde elektrikli araba motorunda içten yanmalı motorlara göre daha az aktarma organı ve parça sayısı yer almaktadır. Bu sayede elektrikli motorlar daha yüksek verimlilik sağlamaktadır.

Elektrikli Araçların Motor Yapısı

Teknolojinin gelişmesiyle birlikte tasarım kalitesiyle öne çıkan elektrikli arabaların motor yapısı, diğer araç motorlarına göre farklılık göstermektedir. Elektrikli motorlarda alternatif akım (AC) kullanılmaktadır. Elektrikli araba motoru; yakıt tasarrufu yapan, sessiz çalışan, petrol tüketmeyen ve yüksek verimlilik sunan bir parça olarak tasarlanmıştır. Benzinli araçların aksine elektrikli arabalarda tork gücünün hissedilmesi için motorun belirli bir devire ulaşmasına ihtiyaç duyulmamaktadır. Motora ek olarak aracın sahip olduğu bataryası sayesinde elektrikli araç kullanılmaktadır.

Elektrikli arabaların batarya yapısında lityum iyon piller kullanılmaktadır. Bu bataryaların kullanıldıkça zaman içerisinde verimi düşmektedir. Bu sebeple elektrikli arabanın sorunsuz şekilde kullanılması için lityum iyon piller ile destek alan bataryalar kullanılarak yüksek verim almak hedeflenmektedir.

Elektrikli arabalar, şarj istasyonları aracılığıyla kendi kendini şarj edebilen araçlardır. Şarj istasyonlarında alternatif akım ve doğru akım seçenekleri bulunmaktadır. Doğrudan akım yani DC şarj istasyonları, kısa sürede elektrikli arabaları şarj edebilmektedir. Alternatif akım yani AC şarj istasyonları ise DC’ye göre biraz daha uzun sürede aracı şarj edebilmektedir.

Elektrikli arabalar aynı zamanda kendini geri kazanım teknolojileri ile de şarj edebilmektedir. Rejeneratif frenleme sistemleri ise bu kazanım teknolojileri arasında öne çıkmaktadır. Elektrikli arabaları kullanan sürücü gaz pedalından ayağını çektiğinde araç otomatik olarak biraz yavaşlamaktadır. Bu yavaşlama sırasında ise bataryası şarj edilmektedir. Harcanan enerjiyle geri kazanım teknolojisi sayesinde kazanılan bu enerji arasında ise çok fark bulunmaktadır. Yani elektrikli araç, harcadığı kadar enerji kazanamadığında bir süre sonra mutlaka şarj edilmesi gerekmektedir.

Elektrikli araba motoru, kısaca enerjisini bünyesinde barındırdığı bataryadan almaktadır. Elektrikli araçların motor yapısı konvansiyonel araçlara göre daha basittir. Yakıt tasarrufu ve çevre dostu olarak popülerliği artan elektrikli araçların kullanımı her geçen gün artmaktadır.

Elektrikli Araç Yakıt Maliyeti

Elektrikli arabalar kullanıcılara yakıttan tasarruf etme imkanı sunmaktadır. Elektrikli cihazların harcadıkları enerjiyi ifade ederken kWh birimi kullanılmaktadır. Tıpkı hız hesaplamasında enerjinin gücünü ifade ederken de üretilen miktar veya harcanan enerji saat birimiyle hesaplanmaktadır. Bu birimde ifade edilen yakıt değeri, bir saat içerisinde üretilen veya sarf edilen elektrik enerjisi olarak tanımlanmaktadır.

İçten yanmalı motor yapısına sahip olan bir aracın harcadığı 1 litrelik benzinin elektrikli araçtaki karşılığı yaklaşık 10 kWh’a denk gelmektedir. Bir elektrikli araba 100 kilometre yol alırsa yaklaşık 18 kWh elektrik enerjisi tüketmektedir. Bu durum ise içten yanmalı motora sahip olan araç ile karşılaştırıldığında oldukça düşük enerji tüketimi demektir. İçten yanmalı motorlu çalışma prensibi olan bir aracın bunun 6 katı kadar daha fazla yakıt harcaması yaptığı belirlenmiştir. Elektrikli araç maliyeti, bu kWh değerine göre belirlenmektedir.

Benzinli bir araç sürüş mesafesine göre 100 kilometrede belirli bir yol alabilmesi için ortalama 7 litre yakıt harcamaktadır. Dizel araçlarda ise bu değer ortalama 5 litre civarındadır. Dizel araçlar yakıt bakımından benzinli araçlara göre daha fazla yakıt tasarrufu sağlamaktadır. Ancak elektrikli araçlardaki yakıt tüketimi dizel ve benzinli araçlara göre çok daha düşüktür. Ayrıca karbon salınımı yapmadığı için doğa dostu bir ulaşım aracıdır.

Elektrikli Araç Kontrol Sistemi

Elektrikli araç teknolojisinde öne çıkan kontrol sistemlerinin birçok fonksiyonu bulunmaktadır. Birincil fonksiyonunda; yakıt veriminin en yüksek dereceye çıkartılması ve egzoz emisyonlarının en düşük seviyeye indirilmesi ile ilgilenilmektedir. Elektrikli araç sistemi ve teknolojisinde yakıt verimliliği ve egzoz emisyonları karşılıklı bir çelişki içerisinde de ele alınmaktadır.

İçten yanmalı motor teknolojisi tarafından üretilen enerji arttıkça egzoz sıcaklığı düşmektedir. Düşük sıcaklıklarda yanmamış hidrokarbonların yakılmasıyla ilgili ise çeşitli reaksiyonlar gerçekleşemeyebilir. Dolayısıyla yakıt verimliliğini arttıran çalışmalarda sıkıştırma oranındaki artış içten yanmalı motorların sıcaklığını yükseltmektedir. Yükselen sıcaklık değeri ise karbonmonoksit (CO) ve nitrojen oksitleri (NOx) arttırmaktadır.

Kontrol sistemlerinin ikincil fonksiyonu ise elektrikli araçlarda yer alan donanım elemanlarının gözlemlenmesi ve korunmasıdır. Bu fonksiyonlar ayrıca bataryanın şarj durumunun (SOC) gözlemlenmesini, batarya sıcaklığının gözlemlenmesini ve elektrik motorlarının aşırı ısınmasının engellenmesini de kontrol etmektedir. Elektrikli araçların bataryası özel ilgi gerektiren bir donanım aygıtıdır. Böylelikle hatasız şekilde uzun süre kullanımı garanti etmelidir.

Elektronik kontrol teorisinde elektrikli motor kontrol ünitesinin kontrolizasyonunun yapılması aşamasında ise şunlar öne çıkmaktadır:

    • Elektrik Motor Kontrol Ünitesi: En temelde elektrik motorunun motor ve jeneratör modları arasındaki geçişleri kontrol etmektedir. Bunun yanı sıra hibrit kontrol ünitesi tarafından beklenen tork mekanizmasının elektrik motoruna karşı olan durumuna da bakılmaktadır. Sabit tork kontrolü, alan zayıflatma kontrol mekanizması gibi kontrol teorisi stratejilerinden faydalanılmaktadır.
    • Transmisyon Kontrol Ünitesi: Bu ünite elektrikli motorların açısal hızını ve torkunu kontrol etmektedir. Bu kontrol esnasında doğru dişli yani vites oranını da belirlemektedir.
    • Güç Elektroniği Kontrol Ünitesi: Bu ünite ilk olarak bataryadan güç alınması için işlev görmektedir. Elektrik motorunun motor çalışma modundaki uygun voltaj ve akım ile kendisine aktarılmaktadır. Rejeneratif frenleme için elektrik motorunun gücünü jeneratör modundayken üzerine çekmektedir. Bu şarj ve deşarj modunu aktifleştirerek elektrik motorunun motor/jeneratör çalışma modları arasındaki kararlı geçişini anahtarlamak istemektedir.
    • Batarya Yönetim Sistemi (BMS): Bu ünite batarya sıcaklık ölçümü yapar. Bu sayede gerektiğinde soğutma işlevini devreye girdirerek aşırı ısı-sıcaklık artışı ve aşırı şarj/deşarj etkisinden bataryayı korumaktadır. Temelde batarya ömrünün korunması sayesinde iyi bir yakıt verimi sağlanması hedeflenmektedir.

Elektrikli araç kontrol sistemlerinde;

    • İnvertör, batarya ve elektrik motorlarından geçen akımlar,
    • İnvertör, elektrik motoru ve batarya uçlarından geçen voltaj akımları,
    • Elektrik motor torkları kontrol edilmektedir.

Açık ve kapalı mod olarak ise elektrik motor modunda motor / jeneratör çalışması, kavrama ve dişli sayısı da değişkenler arasında kontrol edilmektedir.

Elektrikli Arabada Tork Var Mı?

Elektrikli arabalar, elektrikli motor ile çalıştığından dolayı çok vitesli bir şanzımana ihtiyaç duymamaktadır. Elektrikli araba tork sisteminde RPM öne çıkmaktadır. İçten yanmalı motorlar güç çıkışı için farklı oranlarda birden fazla vitese ihtiyaç duymaktadır. Ancak elektrikli motorlar belirli bir aralıkta herhangi bir RPM’de istikrarlı tork üretmektedir.

Elektrik motorları anında güç uygulayarak içten yanmalı motorlara göre devir yoluyla tork oluşturma ihtiyacı hissetmez. Elektrikli araç üreticileri bu kapsamda vites değiştirmeye gerek olmaksızın elektrikli motorlarının yüksek verim sunması ve üst düzeyde konforlu kullanım elde edilmesi için hassas şekilde hesaplanan vites oranları kullanmaktadır.

Ayrıca çoğu elektrik motoru 10.000 RPM’nin üzerinde çalışma sergileyebilmektedir. Elektrik motorları, içten yanmalı motorlara kıyasla geniş RPM aralığında tork üretebildiğinden dolayı çok vitesli bir şanzıman sistemi araca ekstra ağırlık ve üretim maliyeti yaratmaktadır. Bu nedenle alınan verimde de düşme görülebilmektedir.

Kaynak: Skywell