Bu yazıda hibrit elektrikli araç nedir, nasıl çalışır konusunu ele alacağız. Dünyamızın doğal yapısının korunmasına yönelik çalışmalar, otomobil üreticilerini performanstan ödün vermeden daha çevreci arayışlara doğru itmektedir. Bu arayışlar içerisinde; daha küçük silindir hacmi ile daha az sürtünme ve ağırlık, turbo besleme sayesinde torkun geniş devir bandına yayılması, değişken supap zamanlaması, dur-kalk sistemleri, farklı malzemelerle ağırlık azaltılması, silindirlerin devre dışı bırakılması, otomatikleştirilmiş manüel şanzıman uygulamaları ve 8-10 ileri kademeli manüel vites kutularının kullanımı, araçta uzman/akıllı ısı yönetimi, dizel motorlarda piezo-enjektör kullanımı ve bir çevrimde birden çok enjeksiyon (split injection) gibi çok fazla konu üzerinde yoğun çalışmalar yürütülmektedir.
Hibrit Elektrikli Araç Kavramı
Geleneksel Araçlardaki gelişmeler bir yana, yakın zamanda adını daha fazla duyacağımız Hibrit Araç Teknolojisini detaylı bir şekilde sizler için derledim. Merak edenler için elimden geldiğince anlaşılabilir bir üslupla ele alacağım.
Uluslararası Elektroteknik Komisyonunun Teknik Komitesi (Elektrikli yol araçları) tarafından verilen tanıma göre: Hibrit elektrikli araç, enerjinin iki ya da daha fazla enerji deposundan sağlandığı ve bu enerji depolarından en az bir tanesinin elektrik enerjisi verdiği bir araç olarak ifade edilmiştir. Hibrit elektrikli araç nedir; daha çok hem içten yanmalı motorun (İYM) hem de elektrikli motorun kullanıldığı araç olarak kabul edilmektedir. Bu tür araçları hibritleşme derecesine göre 3 ana grup içersin de ele alabiliriz:
- Mikro Hibrit: Elektrik Motoru 2.5 kW@12V –> C3 Citroen
- Hafif Hibrit: Elektirk Motoru 10-20 kW@100-200V –> Honda Civic
- Tam Hibrit: Elektrik Motoru >50 kW@200-300V –> Toyata Prius
Hibritleşme Oranı
Bazı yeni kavramlar son birkaç yılda gün ışığına çıkmaktadır. Tam hibrit, hafif hibrit ve mikro hibrit kavramları bunlara dahil edilebilir. Bu kavramlar genellikle bir HEA (Hibrit Elektrikli Araç) da ana elektrik motorunun güç derecesi ile ilişkilendirilir. Örnek olarak, eğer HEA oldukça büyük bir elektrik motoru içeriyorsa ve bataryalarla bağlantılıysa, bu bir tam hibrit olarak kabul edilir. Diğer bir taraftan, eğer elektrik motorunun boyutu nispeten küçük ise o zaman mikro hibrit olduğu kabul edilir.
Genel anlamda, bir tam hibrit; elektrik motoru ve bataryayı belirli hız sınırlarına ve belirli süre miktarlarınca tahrik edebilir bir araç olmalıdır. Hız sınırı, yerleşim bölgesi hız limitlerindedir. Diğer yandan, mikro hibrit tek başına elektrik motoru ile aracı tahrikleyecek kapasiteye sahip değildir. Elektrik motoru, İçten yanmalı motoru zar zor başlatmak ve durdurmak içindir.
Hibrit Araçların Mimarisi
Bir Hibrit eteklikli araç (HEA) geleneksel içten yanmalı motor ve elektrikli aracın kombine edilmesiyle oluşur. Tahrik için hem bir İYM (içten yanmalı motor) hem de elektrik motoru veya jeneratör kullanır. Bu iki güç sağlayıcılar sisteme Paralel, Seri, Kompleks veya Seri-Paralel olmak üzere 4 şekilde birbirine bağlanabilir. Kısaca özetlemek gerekirse;
- İYM ve Elektrik Motoru (EM) seri bağlandığında, yalnızca elektrik motoru tekerlere mekanik güç sağlar.
- İYM ve EM paralel bağlandığında, hem EM hem de İYM tekerleklere mekanik güç sağlayabilmektedir.
Hibrit Elektrikli Araçlar hala enerji kaynağı olarak sıvı yakıt kullanırlar. İçten yanmalı motor, taşıt için tüm enerji gereksinimini güç döngülerinden sağlar. Elektrik motorları sistemin verimliliğini arttırır ve yakıt tüketimini azaltır. Torku ve hızları ayarlanan içten yanmalı motorlarda normal sürüş boyunca optimize edilmiş işletme ve frenleme kazançları ile kinetik enerji kazançları da elde edilmiş olunur. Arttırılmış sürüş mesafeleri elektrikli araçların üstesinden gelmesi gereken bir dezavantajdır.
Seri Hibrit Araç Mimarisi
Bir Seri Hibrit veya Plug in Hibrid Araçlarda (Fiş ile şarj olan elektrikli araç) içten yanmalı motor, bir jeneratör-inverter grubunu tahrikler. (Inverter: AC/DC Dönüştürücüdür) İçten yanmalı motor sıvı yakıtın enerjisini mekanik enerjiye dönüştürürken jeneratör, motorun mekanik enerjisini elektrik enerjisine çevirir. Bu şekilde elektrik motoru inverter-jeneratör takımı ile aracı tahrikler. Ayrıca bu tür araçlar, frenleme boyunca kinetik enerjiyi yakalar.
Regenerative Breaking denilen bu olayın çalışma mantığı aslında çok basittir. Frenleme boyunca mil üzerinde kullanılmayan tork, bu sefer ters yönlü olarak çalışıp elektrik motoruna bağlı jeneratörü tahrikler, böylece kinetik enerji elektrik enerjisine dönüştürülerek invertör üzerinden bataryaya aktarılmış olunur.
Paralel Hibrit Araç Mimarisi
Paralel Hibrit Araçlarda, hem içten yanmalı motor hemde elektrik motoru şanzıman miline bir mekanik kavrama mekanizması ile bağlıdır. Bu kavrama bir debriyaj kavraması, dişli, kayış kasnak sistemi gibidir. Bu paralel tasarım hem İYM hem de elektrik motorunun her iki birleşik mod da yada ayrı ayrı tahriklenmesine izin verir. İçten yanmalı motorun yavaşlaması süresince elektrik motoru ayrıca frenleme kazancı ve fazla enerjiyi geri kazanabilir.
Kaynak: Hibrit Elektrikli Araçlar Notları – Yrd. Doç. Dr. Abdullah DEMİR
Ayrıca yukarıda 3Gen Yerli Hibrid ve Elektrikli Otomobil 3Gen yerli hibrid ve elektrikli otomobil tasarımının videosu bulunmaktadır.