web analytics

Hibrit elektrikli araçlar, Hibrit Teknolojisi, Hibritin Faydaları

Hibrit elektrikli araçlar birden fazla (çoklu) enerji kaynağının kullanılarak araca tahrik sağlandığı taşıtlardır. Tamamen elektrikli araçlardan farklı olarak, elektrikli tahrik sistemine ilave olarak, içten yanmalı motor, yakıt hücresi, güneş enerjisi, volant enerjisi ya da diğer alternatif enerji sistemleri ile desteklenebilmektedir.

hibritKarayolu araçlarında seyir için kullanılan enerji tüketiminin azaltılabilmesi için, araç kütlesinin düşürülmesi, yuvarlanma direnci ve aero-dinamik dirençlerinin azaltılması, güç aktarma organlarının ve çalışma bölgelerinin optimizasyonu, trafik akışındaki düzenlemeler gibi birçok yöntem mevcuttur. Hibrid elektrikli araçlarda, motor küçültme, aracın hareket etmediği durumlarda motor kapatma, güç organları yönetimi ve optimizasyonu, enerjinin geri kazanımı olanakları nedeniyle yüksek oranlarda yakıt tasarrufu yapılabilmekte ve egzoz emisyonları düşürülebilmektedir. Hibritleştirmenin yakıt tüketimi ve egzoz gazı emisyonlarının düşürülmesi için sağladığı yöntemler aşağıda alt başlıklar halinde açıklanmıştır. Artan araç sayısına bağlı olarak, atmosferde kirletici emisyonların ve karbon dioksit gazı miktarının hızla artması, dolayısıyla sera etkisinin oluşması ve iklim değişikliği sorunları alternatif yakıtların kullanılmasını gündeme getirmiştir. Avrupa’nın ve Dünyanın diğer ülkelerinde her geçen yıl ulaşım yoğunluğunun artması ve açığa çıkan emisyon miktarlarının da buna paralel olarak artması alternatif yakıtların kullanımının etkisini sınırlamaktadır. Ayrıca mevcut sistemler ve altyapı olanaklarının getirdiği kısıtlamalar nedeni ile fosil yakıtlardan alternatif yakıtlara geçilmesi beklenen hızda gelişmemektedir. Bunlar üretim potansiyelleri, üretim teknikleri, dağıtım, pazarlama ve motor uyumudur. Örneğin çevre açısından kirletici emisyon açığa çıkarmayan hidrojenin istenen saflıkta eldesi ve depolama sistemleri zor ve pahalı teknikler gerektirmektedir Tüm bu problemleri gidermek için uygun alternatif yakıtlar ve/veya daha verimli alternatif araçların geliştirilmesi gündeme gelmiştir.

Bu sebepten elektrikli ve hibrit elektrikli araçlara ilgi tekrar artmaya başlamıştır. Esasında otomobillerin tahriki için kullanılan elektrik enerjisi ve elektrikli araç teknolojisi yaklaşık 1800’lü yıllardan ve otomobilin icadından beri mevcuttur. Fakat 1900’lerin başlarında içten yanmalı motorlar (İYM), ağırlık güç oranının düşük olması ve yakıt için kullanılan petrolün enerji yoğunluğunun yüksek olması nedeniyle daha fazla ilgi görmekteydi. Elektrikli tahrik birçok açıdan üstün olmasına rağmen bataryaların enerji yoğunluğunun az olması nedeniyle 1970’lere değin geri planda kalmıştır.

Bu amaçla 1997 yılında Japonya’da Toyota firmasının Prius modeli ile gerçek anlamda ilk kez modern hibrid elektrikli araç geliştirilerek pazara sunulmuştur. Bundan 2 yıl sonra Amerika’da Honda Insight üretilmiş ve bunu Honda Civic hibrid elektrikli aracı takip etmiştir.

hibridGünümüzde çevre koşullarının kötüye gitmesi, petrol rezervlerinin azalması ve enerji problemlerinin yaşanması sebebiyle enerjide verimlilik ve enerji tasarrufu konuları ön plana çıkmaktadır. Hibrit araçlar, klasik araçlara göre enerji verimliliğini artırıcı yapılar olduğu için yakın teknoloji olarak önem kazanmıştır. Üstelik hibrit araçlar klasik araçlardan yakıt hücreli araçlara geçişi sağlayacak bir teknolojidir.

İçten yanmalı motorlarda, motor gücü ve boyutları arttığında pompalama ve sürtünme kayıpları da artış göstermektedir. Farklı motor devirleri için artan motor gücüne karşılık gelen yakıt tüketimi miktarları Şekil 2.2 de gösterilmiştir. Şekilde Pd aracın seyahati için gerekli gücü, Pg ise bataryayı şarj etmek için ilave edilecek gücü temsil etmektedir. Buna göre, motorun optimum güç eğrisi üzerine çekilmesi ile birim yakıt tüketimindeki artış oranı aşağıdaki denklem ile ifade edilebilir.

1970’li yıllarda, GM, Ford ve Toyota gibi birçok otomobil üreticileri, petrol sıkıntısı pil ile çalışan elektrikli araçlar geliştirmeye başladı. ICE tabanlı HEV başka bir yöne hareket var. 1997 yılında, Toyota Prius Japon pazarına ilk ICE tabanlı HEV tanıttı. O zamandan beri, HEV artan sayıda kullanılabilir hale gelmiştir.

Hibrit Araçların Avantajları Ve Gelişime Açık Yönleri

Yakıt tüketimindeki iyileşme ve egzoz gazlarının azaltılması yanında hibrid elektrikli araçlar, konvansiyonel araçlara göre aşağıdaki avantajlara sahiptir.

  •  İçten yanmalı motorun elektrik motoruyla desteklenmesi ya da sadece elektrikli motor ile sürüşün sağlanması
  •  Downsizing yöntemiyle daha düşük hacimde içten yanmalı motorun kullanılabilmesine olanak sağlaması
  •  Elektrik jeneratörünün içten yanmalı motor ya da farklı bir yakıt hücresi sistemiyle şarj edilebilmesi yani sistemin esnek olabilmesi
  •  İçten yanmalı motorun aracın tahrik etmesi ve de aynı anda jeneratörü tahrik ederek bataryaları şarj etmesi
  •  Tasarıma göre yokuş çıkma kabiliyetinin artması ya da ivme ihtiyacını içten yanmalı motor ve elektrik motorunun paralelde çalışarak sağlaması
  •  Rejeneratif fren kazanım sistemi ile, frenleme esnasında enerjinin sürtünme yerine elektrik enerjisine dönüştürülmesine olanak sağlaması
  •  Volant (Flywheel) moment kazanım teknolojisi ile mekanik olarak enerjinin depolanmasının sağlanması
  •  Dört çekiş yapılarında esnek bir modüler yapının sağlanabilmesi
  •  Tasarıma göre elektrik motorunun karakteristiği gereği transmisyon olmaksızın güç ve tork ayarlanabilmesi
  •  Yenilenebilir enerji kaynakları olan rüzgar ve güneş enerjileriyle birlikte kullanılabilmesine olanak bulunabilecektir.

Hibrit otomobillerin avantajlarının yanında gelişme açık olan ve ilerleme kaydetmesi gerektiren yönleri aşağıdaki gibidir:

  • Batarya teknolojilerinin gelişmekte olması ve mevcut teknolojiyle kısmen düşük menzil sağlanabilmesi
  • Araçta faydalı hacmin azalması ve toplam kütle artışı
  • Birden fazla enerji sistemi ve elektrik motoru- jeneratör ve kontrol sistem algoritmalarının artmasıyla karmaşıklık oluşması
  • Maliyetin konvansiyonel araçlara göre artması ve geri kazanımın kısmen yüksek olması
  • Araç bataryalarının geri dönüşüm kısıtları

Hibrit Otomobillerin Sınıflandırılması hibrid

Hibrit otomobiller sınıflandırılırken, enerji kaynağına göre ve aktarma sitemine göre sınıflandırma yapılmaktadır. Enerji kaynağına göre içten yanmalı motor ve elektrik motoru ile yakıt hücreli ve elektrik motorlu şekilde kullanılmaktadır.

Yakıt hücreli hibrit otomobiller

Yakıt pillerinde yakıt ve oksidant arasındaki kimyasal reaksiyon sonucunda direkt olarak elektrik enerjisi elde edilmektedir. Yakıt pillerinden, İYM’lar gibi yakıt beslendiği sürece bataryalara benzer şekilde DC elektrik enerjisinin elde edilmektedir. Tüm yakıt pili çeşitlerinde, yanma prosesi olmaksızın hidrojen ve oksijen beslenmekte, böylelikle doğru akım elektrik enerjisi üretilmektedir. Proton elektrolit membranlı yakıt pili, fosforik asit yakıt pili ,alkali yakıt pili, ergimiş karbonat yakıt pili ,katı oksit yakıt pili olmak üzere farklı sistemle bulunmaktadır. Son yıllarda EA’lar için sürdürülen yakıt pili araştırmaları, PEM yakıt pilleri üzerinde yoğunlaşmıştır. PEM yakıt pillerinin, yüksek güç yoğunluğu, düşük çalışma sıcaklığı ve nispeten düşük maliyeti temel avantajlar arasındadır. PEM yakıt pilleri üzerine yürütülen araştırmalar sonucunda, yakıt olarak sıkıştırılmış hidrojenin kullanıldığında yardımcı ekipmanları dahil 500 Wh/kg özgül enerji seviyesine ulaşılmıştır. Söz konusu değer hiçbir batarya tipi için teknik açıdan mümkün değildir. Ancak 50-180 W/kg seviyelerinde olan özgül güç değeri, pik yüklerin karşılanmasında yetersizdir. Bu durum PEM yakıt pillerinin EA’larda tek başına bir güç kaynağı olarak kullanılmasını engellemektedir.

İçten yanmalı motorlu hibrit otomobiller

Piyasada üretilmekte olan hibrit otomobillerin tamamı içten yanmalı motorlu otomobillerdir. Konvansiyonel araçlara göre, yakıt tüketiminin motorun en uygun operasyon modlarında çalıştırılabilmesi, elektrik motoruyla birlikte ya da sadece elektrik motorunun aracı tahriğiyle düşürülebilmesi ve buna bağlı olarak egzoz emisyon gazlarının düşürülebilmesine olanak tanınmaktadır. Yakıt hücreli , tamamen elektrikli ya da alternatif enerjilerle çalışan araçlara geçişin en önemli adımı olarak görülmektedir.

Mikro hibrit ( Micro Hybrid ) teknolojisi

Mikro hibrit teknolojisinde elektrik motoruyla aracın tahrik edilmesi söz konusu değildir. Start/Stop fonksiyonu ve rejeneratif fren enerjisi geri kazanımı yapılmaktadır. Mikro hibrid araçlarda elektrik motoru bir kayış kasnak mekanizması ile içten yanmalı motora bağlanmaktadır. Mikro hibridler araç üzerinde bulunan tüm aksesuar yüklerini karşılayacak şekilde tasarlanmaktadır. Araca konulan elektrik motoru, içten yanmalı motor rölanti devrinde iken motorun açılıp kapatılması için kullanılmaktadır. İçten yanmalı motorlar ilk çalıştırma anında yüksek yakıt tükettiğinden mikro hibrid araçlarda ilk çalışma ve stabilizasyon süresi 800 ms’lerden 200 ms’lere kadar düşürülmekte ve ilk çalışma anında harcanan fazla yakıttan tasarruf edilmektedir.

Hafif hibrit (Mild Hybrid) teknolojisi

Hafif hibrit teknolojisinde elektrik motoru ve içten yanmalı motorun kombinasyonu ile araç tahrik edilmektedir. Sadece elektrik motoru ile tahrik yapılamamaktadır. Hafif hibrid araçlarda elektrik motoru içten yanmalı motora destek verebilmektedir fakat bu araçlarda elektrik motoru aracı yalnız başına götürebilecek kadar güçlü değildir. Mikro hibridlerde olduğu gibi rejeneratif frenleme de bu tiplerde mevcuttur. 5-12 kW gücünde elektrik tahrik motoru ve 1kWh enerji depolama kabiliyeti söz konusudur.

Tam hibrit ( Full Hybrid ) teknolojisi

Diğer hibridlerden farklı olarak, tam hibrid araçlarda, araç yalnızca elektrik motoru ile de sürülebilmektedir. Seyir hızına bağlı olarak tam hibrid araçlarda elektrik motoru araç yükünün bir kısmını ya da tamamını kendi başına sağlayabilir. Önceki sistemlere göre daha güçlü motor ve batarya gerektirdiğinden sistem kontrolü de daha karmaşıktır. Tam hibrid araçlarda yüksek oranlarda tasarıma ve algoritmaya göre yakıt tasarrufu sağlanabilmektedir

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir