Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Make your likes visible on Facebook?

Connect your Facebook account to Prezi and let your likes appear on your timeline.
You can change this under Settings & Account at any time.

No, thanks

Hibrit ve Elektrikli Taşıt Teknolojisi

No description
by

Cihan Kırgız

on 6 June 2014

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of Hibrit ve Elektrikli Taşıt Teknolojisi

BATARYALAR
Batarya iki ya da daha fazla elektrik pilinin birleşmesinden meydana gelir.
Piller kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çevirirler.
Bu piller bir elektrolit tarafından birleştirilmiş pozitif ve negatif elektrodlardan meydana gelirler. Elektrod ve elektrolit arasındaki kimyasal reaksiyon sonucunda doğru akım meydana gelir.
KISA TARİHÇE
ALTERNATİF ENERJİ DEPOLAMA YÖNTEMLERİ
Ev-dışı (public), evde ve özel belirlenmiş alanlarda olmak üzere genel olarak üç şarj alanı mevcuttur.
SONUÇLAR
Elektrikli taşıtların araştırma ve geliştirilmesine devam edilecek, temiz enerji kullanan yakıtlara yönelim artacaktır.
Benzin ve dizel yakıtı ile çalışan taşıtların piyasadan çekilmesi hemen olmayacak; motorlar gittikçe küçülecek, hafifleyecek, daha verimli ve daha temiz hale gelecektir.
Bataryalı elektrikli taşıtların maliyeti ve menzillerinin kısıtlı oluşu nedeniyle yakın gelecekte bu taşıtların şehir içi uygulamaları ile yetinilecektir.
Önümüzdeki yıllarda hibrit teknolojisi daha da yaygınlaşacak, özellikle prizden şarj (plug-in) özelliği olan hibrit taşıtlar öne çıkacaktır.
Büyük şehirler sürdürülebilirlik algısı çerçevesinde yeniden “akıllı” ve “temiz” olacak şekilde şekillendirilirken, bu şehirlerin ulaşımında bataryalı elektrikli ve hibrit taşıtları yaygın olarak kullanılacaktır.
Pil ve batarya teknolojilerinde Ar-Ge çalışmaları devam edecek ve elektrikli taşıtların menzil problemleri çözülecektir.
Özellikle yakıt hücreleri gibi alternatif enerji depolama yöntemlerine yönelim artacak, böylece konvansiyonel elektrikli taşıtların yetersiz yönlerine çözümler geliştirilmeye devam edilecektir.
ELEKTRİKLİ TAŞITLARIN ŞARJ EDİLMESİ
Hibrit ve Elektrikli Taşıt Teknolojisi
İlk izler: 1930'larda şarj edilemeyen bataryalı elektrikli taşıtlar
Yayılma: 19. yy'ın sonlarına doğru şarj edilebilen bataryalı taşıtlar
New York şehir taksisi [1901]
Camille Jenatzy'nin "la Jamains Contente"si ile 106 km/h hız rekoru

New York şehir Taksisi
Camille Janatzy'nin "la Jamains Contente"si
İlk hibrit: Mixte- Wagen, Ferdinand Porsche [1901]
20. yy: İçten Yanmalı Motorların Yükselişi
70'ler: Petrol krizi, sürdürülebilirlik sorunu, dumanlı sis; "smog"
20. yy'ın sonları: Yeniden doğan teknoloji; Toyota Prius ve Honda Insight
Rejeneratif Frenleme
Taşıt frenlediği zaman veya ayak gaz pedalından çekildiğinde elektrik motoru jeneratör olarak çalışır.
Aktarma organları ile jeneratöre transfer edilen kinetik enerji bataryalarda depolanmak üzere elektrik enerjisine dönüştürülür.
Fren torku ile etkin yavaşlama yapılır.
Günümüz: Yeni teknolojiler, yeni yatırımlar
GİRİŞ
Artan petrol fiyatları ve petrol kökenli yakıtların sürdürülebilirliği
Çevresel etkiler ve küresel ısınma
Hızla artan şehirleşme
Elektrikli taşıtların yetersizlikleri: kısıtlı menzil, yüksek maliyet
Yakın gelecekteki çözüm: Hibrit taşıtlar
Alternatif çözümler: yakıt pilleri, güneş enerjisi, süperkapasitörler, vb.
GÜNÜMÜZDE KULLANILAN ELEKTRİKLİ TAŞIT TÜRLERİ
Bataryalı elektrikli taşıtlar
Hibrit taşıtlar
Yakıt hücreli elektrikli taşıtlar
Elektrik hattından beslenen taşıtlar
Enerjiyi alternatif yollarla depolayan taşıtlar (volan, süperkapasitör, vb.)
Bataryalı Elektrikli Taştılar
Temel olarak; batarya, elektrik motoru ve kumanda kontrol biriminden oluşmaktadır.
Elektrik motorunun dönmesi için gerekli güç bataryadan sağlanır.
Pik çalışma şartlarında destek olarak ikinci bir batarya veya süperkapasitör kullanılabilir.
Kontrol ünitesi taşıtın ileri ve geri yönde hızını kontrol eder.
"Sıfır emisyonlu" taşıtlar olarak tanımlanırlar.
Sessiz çalışırlar, bakım maliyetleri ve yakıt masrafları düşüktür.
Menzil ve performans açısından sınırlandırılmışlardır. Dolayısıyla günümüzde belirli amaçlar için kullanmaktadır.
Lityum-iyon yüksek gerilimli batarya ( 8 yıl veya 100.000 km garantili)
Elektrik motoru: 75kW, 250 Nm (1500 rpm/7000 rpm arası sabit)
100 km/h hızına 7.2 s.'de ulaşıyor
İletim arka tekerleklere tek aşamalı
Menzil: 130 -160 km (Evden/işe işten/eve kullanımda 2-3 günde bir şarj)
BMW i3
Range extender opsiyonu: benzin ile çalışan küçük bir içten yanmalı motor desteği ile menzil 240-340 km'e ulaşmakta
Batarya evde 16A'de 6-8 saatte, DC hızlı şarj istasyonlarında (125A, 50kW) 30 dk'nın altında %80 oranında şarj edilebilir
Hibrit Elektrikli Taşıtlar
Yaygın olarak kullanılan kombinasyon; bir içten yanmalı motor, batarya, elektrik motoru ve jeneratörden oluşur.
İki temel tahrik sistemi: sesi hibrit sistemi ve paralel hibrit sistemi.
Seri hibrit düzeni: taşıt ya İYM-Jeneratör grubu ya batarya ya da her ikisi tarafından beslenen elektrik motoru ile yürütülür.
Seri hibrit taşıt düzeni
Bataryalı elektrikli taşıt konsepti
Paralel hibrit taşıt düzeni
Paralel hibrit taşıt düzeni: tahrik hem İYM (direkt olarak iletim sistemi ile tekerleklere) hem bir veya daha fazla elektrik motoru hem de her ikisinin birlikte çalışmasıyla sağlanabilir.
Batarya iki düzende de hareket halindeyken motor-jeneratör tarafından şarj edilebilir. Dolayısıyla bataryanın salt bataryalı taşıtlardaki gibi büyük olmasına gerek yoktur.
Rejeneratif frenleme ile her iki düzende de batarya şarj edilebilir.
Seri hibrit düzeni daha çok özel uygulamarda kullanılmaktadır.
Bütün elektrik enerjisinin jeneratör ve motordan geçmesi zorunluluğu ve yüksek maliyeti en büyük dezavantajıdır.
Paralel hibritler küçük ve ucuz olabilirler. Tüm enerjiyi dönüştürme zorunlulukları yoktur.
Yaygın düzenleme İYM'nin batarya ile birlikte kullanılmasıdır.
Modern kontrol teknikleriyle optimizasyon sağlanır.
Dişli kutusuna ihtiyaç yoktur. İletim basitleştirilebilir, diferansiyel elemine edilebilir (elektrik motor çiftleri kullanılarak).
Toyota 2013 yılında dünya çapında 1 milyon 279 bin hibrit taşıt satış rakamına ulaşmış, Prius modeli ise dünya genelinde toplamda 5 milyonun üzerinde şatış rakamına ulaşmıştır. Ayrıca birçok ülkede bu taşıtlara yönelik teşvikler uygulanmakta, altyapı çalışmaları hızlandırılmaktadır.
Lityum iyon pilleri sayesinde 25 km/h hıza ve 50 km menzile ulaşabilmekte.
Kopenhag tekerleği
Rejeneratif frenleme ile enerji depolama
Mobil özellikleri ile anlık bilgiler: yakılan kalori, trafik durumu, hava durumu, vb.
Yakıt Hücreli Elektrikli Taşıtlar
Günümüzde bataryalı elektrikli taşıtların yetersizliklerine karşı en güncel çözümdür.
Yakıt hücreleri hidrojenin ve oksijenin kimyasal reaksiyonu ile elektrik üretirler.
Hem temiz -ortaya çıkan tek atık sudur-, hem de oldukça verimlidirler.
Hidrojenin depolanması güçtür.
Yakıt hücresi
İlk resmi sertifikalı yakıt pili ile çalışan otomobil 2002’de Amerika'da Honda FCX olmuştur. Honda, 2013 Los Angeles Otomobil Fuarı’nda bu modelin gelişmiş versiyonu olan FCX Clarity’i 2015 yılında sınırlı sayıda satışa sunacağını duyurmuştur.
1840'da icat edilmişlerdir.
Besleme Hattı kullanan Elektrikli Taşıtlar
En iyi bilinenleri bir zamanlar geniş çapta kullanılan tramvay ve troleybüsdür.
Elektrik akımı yukarıdan geçen bir hat ile sağlanır ve troleybüslerde kullanılan ufak bataryalar elektrik hattı olmadan kısa bir menzil sağlarlar.
Fosil yakıtların ucuz olması, hava hattında yukarıdan dolaşan kabloların estetik olamaması, yekpare bir şekilde dolaşması ve yangın riskinin bulunması bu ulaşım şeklinin gözden düşmesine sebep olmuştur.
Günümüzde şehir içi ulaşımda tekrardan alternatif olarak göz önüne alınabilirler.
Batarya Parametreleri
Hücre ve Batarya Voltajı
Şarj kapasitesi
Enerji depolama
Bataryada depolanan enerji voltaja ve şarj durumuna bağlıdır.

Enerji [wattsaat] = Voltaj x Kapasite [ampersaat] = V x C
Özgül enerji
Özgül enerji, bataryanın birim kütlesinde depolanan enerjiyi göstermektedir.
Enerji yoğunluğu
Enerji yoğunluğu bataryanın metreküp hacmi başına depolanan enerji miktarı olarak tanımlanır.
Özgül güç
Bataryanın birim kütlesinin verdiği güçtür. Bazı bataryaların özgül enerjisi yüksek olduğu halde özgül gücü düşüktür. Bu durum bataryanın yüksek değerde enerji depoladığını ancak yavaş bir şekilde enerji verdiği anlamına gelmektedir. Dolayısıyla bu tip bataryalar ile elektrikli taşıtlarda oldukça düşük hızlarda uzun mesafeler kat edebiliriz.
Şarj Verimi
Enerji verimi
Kendiliğinden deşarj olma oranı
Batarya ömrü ve derin deşarj çevrimi
Kurşun-asit batarya: düşük enerji yoğunluğuna karşın yüksek güç yoğunluğuna sahiptir. Düşük çevre sıcaklıklarından şiddetli bir şekilde etkilenmektedirler.
Nikel-demir batarya: güvenilir, uzun ömürlü fakat pahalıdırlar.
Nikel-kadmiyum batarya: özgül enerji, özgül güç, çevrim ömrü ve güvenilirlik bakımından en iyi dengeyi sağlayan bataryalar olarak kabul edilmektedir. Çevreye verdikleri zarardan dolayı kullanımları durdurulmuştur.
Nikel-çinko batarya: enerji ve güç yoğunlukları iyi olmasına rağmen şarj esnasında çinko plakanın üzerinde oluşan derdritler sebebiyle kullanım ömürleri kısadır.
Lityum-iyon batarya: yüksek enerji yoğunlukları ile elektrikli taşıtlar için en uygun potansiyele sahip bataryalardır.
Alüminyum-çünko hava bataryaları: Çinko ve alüminyum, bu türden uygulamalarda en fazla kullanılan metal elektrotlardır.Ancak hava ve elektrolit arasındaki değiş-tokuş hızı güç yoğunluğunu belirler ve bu hız oldukça düşüktür.
Volanlar
Volan, bir kinetik enerji depolama ünitesidir.
Özellikle hibrit taşıtlarda İYM ile birlikte yardımcı güç ünitesi olarak kullanılırlar.
Elektrikli taşıtlarda ise batarya yerine veya batarya ile birlikte kullanılırlar.
Özgül enerji yoğunlukları düşük; ancak çevrim ömrü, güç yoğunluğu, enerji depolama verimi doldukça yüksektir.
Volanlar saniyeler mertebesinde tam şarja ulaşırlar.
Yüksek dönme hızı özel yataklar ve yüksek malzeme gerektirdiğinden maliyetleri yüksektir.
Volan/Jeneratör düzeni
Süperkapasitörler
Kapasitörler enerjiyi pozitif ve negatif elektrostatik yüklerin ayrışmasıyla depo eden cihazlardır.Kapasitör iki tane plaka olarak adlandırılan iletkenle, bunları ayıran ve dielektrik olarak adlandırılan yalıtkandan oluşmaktadır.
Güç yoğunlukları oldukça yüksektir; ancak enerji yoğunlukları düşüktür.
Depolanan yük miktarı yani enerji miktarı plakaların alanına ve aralarındaki mesafeye bağlıdır.
Deşarj süreleri hızlı ve çevrim ömürleri daha fazladır.
GÜÇ KONTROL SİSTEMLERİ
Elektrikli araçlarda kullanılan güç kontrol sistemleri 4 ana başlık altında incelenebilir:
Doğrultucular (AC/DC)
Çeviriciler (DC/DC)
Eviriciler (DC/AC)
Kıyıcılar (AC/AC)
Doğrultucular
Alternatif gerilimin doğru gerilime dönüştürülmesinde doğrultucular kullanılmaktadır.
Kontrolsüz doğrultucularda çıkış gerilimi kontrol edilmemektedir. Kontrollü doğrultucularda ise çıkış gerilimi ayarlanabilmektedir.
Çeviriciler
Düzenlenmemiş DC gerilim kaynağının, kontrollü bir biçimde sabit DC gerilime dönüştürülmesi için kullanılırlar.
Eviriciler
Eviriciler DC giriş gerilimini AC’ye çeviren güç elektroniği devreleri
GÜÇ İLETİM DONANIMLARI
Elektrikli ve hibrit taşıtlar için elektrik tahrik sisteminin seçiminde önemli faktörler :
İvmelenme, en yüksek hız, tırmanma kabiliyeti, vb.
Aracın çeşidi, taşıtın ağırlı ve taşıdığı yük
Yakıt pilleri, süperkapasitörler, aküleri volanlar gibi enerji kaynakları
Elektrikli araç tahrik sistemlerinde başlıca 4 elektrik motoru kullanılmaktadır.
DC motor
Asenkron motor
Sürekli mıknatıslı motor
Anahtarlamalı relüktans motoru

Doğru akım motorları
DC motorlar, bir manyetik alan içerisinde bir iletkenden akım geçirilmesi sonucunda, o iletkene kuvvet etki etmesi prensibiyle çalışırlar.
Asenkron Motorlar
Asenkron motorun iki türü bulunmaktadır:
Kısa devre kafesli asenkron motor
Bilezikli asenkron (rotoru sargılı) motor
Elektrikli araç uygulamalarında sağlam yapısı nedeniyle kısa devre kafesli asenkron motorlar tercih edilmektedir.
Sürekli mıknatıslı motorlar
Manyetik alan yaratmak için uyarma sargılarının yerine mıknatıs kullanılan motorlardır.
SM makinalar için en büyük tehlike, yüksek ısı ve yük koşullarının, mıknatısların özelliklerini kaybetmelerine neden olabilmesidir.
Anahtarlamalı Relüktans Motorlar
Anahtarlamalı relüktans makinasının (SRM) en belirgin özelliği rotorunda mıknatıs veya sargı olmaması ve statorunda bağımsız faz sarımlarının olmasıdır.
Basit yapı ve düşük üretim maliyeti avantajlarına sahiptirler ve elektrikli araç tahrik sistemi için moment-hız karakteristiğini karşılamaktadırlar.
Şarj İstasyonları
Temel olarak şarj istasyonları araçlara enerji akışını gerçekleştiren ve kontrol eden üniteler ve haberleşme alyapısını içerirler.
Şarj ünitesi, enerjinin elektrikli araca akışını insan ve teknik alt yapı açısından güvenli olarak gerçekleştiren ekipmandır.
Japonya'da CHAdeMO standardında doğru akım ile taşıtlara 62 kW’a kadar, Avrupa’da IC 62196 standardı ile alternatif akım ile 3 faz 43.5 kW’a kadar, Amerika'da ise SAE J1772 standardı ile 19.2 kW’a kadar şarj yapılabilmektedir
Ubitricty: sokak lambalarını şarj istasyonlarına dönüştüren proje.
Ufak modifikasyonlarla 500 Avro'ya sokak lambalarının yapılandırılması mümkün.
Batarya değişim istasyonları da düşünülmektedir.
Şarj İstasyonlarının Enerji Şebekesine Etkileri
Almanya 2020 yılında trafikte 1 milyon elektrikli aracı hedeflediğini açıklamıştır.
İçten yanmalı motorlara sahip taşıtların yakıt harcamaları, yüklerine, hızlarına ve yol şartlarına bağlı olarak yaklaşık olarak şöyledir:
Otomobiller 4-10 lt / 100km (50-100 KWh)
Otobüsler 20-30 lt / 100 km (200-300 KWh)
Ağır taşıtlar için 30-40 lt / 100 km (300-400 KWh) ve üzeri.
Buna karşılık şu ana kadar üretilen taşıtlarının verilerine dayanarak elektrikli taşıtlar için enerji harcamaları ise şöyledir:

Otomobiller için 10-30 KWh / 100 km
Otobüsler için 100 KWh / 100 km
Ağır taşıtlar için 200 KWh / 100 km
TÜİK’in verilerine göre ülkemizde yılda ulaştırma için yaklaşık 110TWh enerji muadili petrol ürünleri kullanılmaktadır.
Önümüzdeki 10 yıl içerisindeki büyümeyi yaklaşık olarak %60, elektrikli ulaşım maliyetinin 2-4 kat daha az oluşu sebebiyle fiyat esnekliğini -0.40 olarak kabul eder, elektrikli taşıtların yaklaşık %50-60 daha verimli çalıştıklarını da göz önünde bulundurur ve 2020 yılında taşıtların her %10’luk bölümünün elektrikli taşıtlara döndürüldüğünü varsayarsak ekstra net enerji talebi 16TWh olarak karşımıza çıkmaktadır.
Gebze ve Aliağa doğalgaz santrallerinin yıllık üretiminin 12.5 TWh olduğunu göz önünde bulundurursak her %10’luk dönüşüm yaklaşık 1.5 doğalgaz santrali ihtiyacını doğurmaktadır.
Diğer yandan bu taşıtların trafiğe katılması mevcut elektrik şebekesi üzerinde yığılmalara sebep olacaktır. Bu durumda gece-gündüz kullanımda elektrik fiyat farkı söz konusu olabilecektir.
ELEKTRİKLİ TAŞITLAR VE ÇEVRE
Elektrikli taşıtlar çevreye zarar vermezler; CO2, CO, NOx, HC, vb. zararlı egzoz gazı emisyonları yoktur.
Ancak depodan-tekerleğe durumu yerine daha sağlıklı bir hesaplama yapabilmek için kaynaktan-tekerleğe durumu göz önüne alınmalıdır. Böyle bir analiz aşağıdaki şekilde yapılabilir:
Teknik özelliklerine göre i3’ün enerji tüketimi; 12.9 kWh / 100 km’dir ve toplam kaybı ortalama %8 olarak alırsak, kaynaktan-tekerleğe olan gerekli elektrik enerjisi 14.02 kW / 100 km olur.
Eğer gerekli olan elektrik üretiminin kömür termik santralinde olacağını düşünürsek ve termik santralin verimi de %40 olarak alınırsa 1 kWh elektrik üretimi için gerekli enerji 2150 kcal olarak bulunur (1 kWh = 860 kcal’dir). Termik santralde kullanılan 1 kg kömürün ısıl değeri 6000 kcal ise 14.02 kWh elektrik üretimi için gerekli kömür miktarı:

((14.02 kWh).(2150 kcal))/(6000 kcal/kg)=5.024 kg

olur. 1 kg kömürün yakılması sonucu 2.93 kg CO2 açığa çıkmaktadır. 5.024 kg kömürün yakılması sonucu 14.72 kg CO2 açığa çıkmaktadır. Buna göre taşıtın CO2 emisyonu 147.2 g/km olarak bulunur. Bu değer örneğin Mercedes CLA 180 CDI modelinin 108-102 g/km CO2 emisyon oranı ile karşılaştırıldığında oldukça yüksektir.

Görüleceği üzere kaynaktan-tekerleğe durumuna göre hesap yapıldığında elektrikli taşıtların halen atmosferi (dolaylı olarak) kirlettiği söylenebilir.
Bu konuda elektrik üretim faktörü (g-CO2 / kWh) denilen, elektrik üretiminin hangi kaynaklardan yapıldığına göre ülkeden ülkeye değişen bir parametre tanımlanmıştır
Diğer yandan elektrikli taşıtlar için düşük enerji tüketim bedeli söz konusudur. Örneğin ülkemiz elektrikli taşıt kullanıcıları için elektrik bedeli, yine BMW i3 modeli için hesaplanabilir.

Elektriğin birim tüketim bedeli 24,1421 kr/kWh’dır. Gerekli elektrik enerjisi 14,02 kWh idi. Buna göre;

14,02 [kWh] x 24,1421 [kr/kWh] = 338.47 kr = 3,38 TL

olarak bulunur. Burada hesaba kaçak kullanım bedeli, TRT payı, sayaç okuma bedeli gibi çeşitli tutarlar dahil edilmemiştir. Orta sınıf bir diesel motorunun ortalama 4 lt/100 km yakıt tüketimi olduğu düşünülürse ve yakıt fiyatı 4.28 TL/lt alınırsa;

4 [lt] x 4.28 [TL/lt] = 17,12 TL

hesaplanır. Burada ortaya çıkan büyük farkın ülkemizin petrol kaynaklı yakıtlara uyguladığı vergi oranından kaynaklandığı söylenebilse de, elektrikli taşıtların daha verimli olduğu ve elektrik tüketim bedelinin daha düşük olacağı göz önüne alındığında daha avantajlı oldukları söylenebilir.

Elektrikli taşıtlara sağlanan elektrik enerjisi termik ve doğal gaz santralleri gibi fosil yakıt tüketen kaynaklar yerine yenilenebilir enerji kaynaklarından sağlanarak gerçek anlamıyla “sıfır emisyonlu” taşıt kavramı oluşturulacaktır. Dolayısıyla yenilebilir enerji kaynaklarına olan yönelim de hızla artacaktır.
Şarj dolum noktaları yaygınlaşarak fonksiyonları genişletilecektir. Özellikle şehir içi dolum istasyonları da yaygınlaştırılarak hızlı dolumu gerçekleştirecek, uzun süreli beklemeler için ayrı dolum noktalarında uzun süreli şarj seçenekleri sunulacaktır.
Elektrik şebekelerinin artan elektrikli taşıt sayısıyla doğacak enerji talebini karşılayacak niteliğe kavuşmaları için yatırımlar ve Ar-Ge çalışmaları artacak, çeşitli senaryolar ve projeler pilot uygulamalarla denenecektir.
“Kirlettiğin kadar öde” vergilendirme sistemi, elektrikli taşıt kullanıcılarına otoparkların indirimli veya ücretsiz hale getirilmesi, satın almada vergi indirimi gibi teşvikler ve düzenlemeler dünya genelinde yaygınlaşarak elektrikli taşıtlar çekici duruma getirilecektir.
ChargeNow kartı
Elektrik maliyeti aylık olarak kullanıcıya faturalanmakta.
Kablodan şarj
Duvara monte edilen ünite (wallbox) ile daha hızlı şarj
Full transcript