Giriş

Elektrikli araçlar birçok farklı şekilde ve boyutta olabilmektedir. Bununla birlikte ortak yönleri bataryalara sahip olmalarıdır. Batarya, elektrikli araçlar için en önemli parçadır. Klasik araçlarda (içten yanmalı motora sahip araçlarda) bataryanın görevi motora ilk hareketi vermek ve yardımcı ekipmanlara elektrik enerjisi sağlamaktadır. Ancak elektrikli araçlarda bataryalar en temel enerji kaynağıdır ve aracın hareket enerjisi tahrik bataryalarından sağlanmaktadır. Elektrikli araçlarda aracın en pahalı, en ağır ve en fazla hacim kaplayan parçası bataryasıdır.

 Hibrid araçlarda ve yakıt pilli araçlarda da bataryalar kullanılmaktadır. Bazı hibrid modellerinde direk içten yanmalı motorla şarj edilen bataryalar bazı modellerde prizden de şarj edilebilmektedir. Yakıt pilli araçlarda ise yakıt pilinden elde edilen enerji bataryalarda depolanmakta ve ilk hareket esnasında veya yüksek güç gereken durumlarda kullanılmaktadır. Her ne kadar bataryalar bu kadar farklı kullanım alanına sahip olsalarda, batarya teknolojisi ve performansını anlamanın en iyi yolu onları elektrikli araçlarla beraber değerlendirmektir.

Tanım

 Batarya, iki ya da daha fazla hücrenin birleşmesinden meydana gelir. Hücre, bataryayı oluşturan en küçük birimdir ve kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür. Elektrolitin içine yerleştirilmiş elektrotlar arasında oluşan kimyasal tepkime ile doğru akım (DC) elde edilir. Elektrotlardan pozitif kutuplu olana anod, negatif kutuplu olana ise katot adı verilmektedir.

Batarya Çeşitleri

 Bataryalar üstlendikleri işleve göre iki gruba ayrılır: Normal Batarya ve Tahrik Bataryası. Normal batarya klasik araçlarda bulunan 6 V veya 12 V gerilime sahip, genellikle 6 hücreli olan, motorun ilk hareketi ve yardımcı ekipmanların elektrik enerjisinin sağlandığı bataryalardır. Tahrik bataryaları ise aracı hareket ettirmek için gerekli enerjiyi sağlayan bataryalara verilen isimdir. Bu bataryalar yüksek voltaj ve enerji kapasitesine sahiptirler. Elektrikli araçlarda tahrik bataryasının yanı sıra normal batarya da bulunur. Normal batarya gerektiğinde tahrik bataryasından şarj edilir. Normal batarya, tahrik bataryasının kontrolü başta olmak üzere diğer kontrol ünitelerinin enerjilerini sağlamaktadır.

 Bataryalarda asıl sınıflandırma enerjiyi depolama ve dönüştürme şekline göre yapılır. Enerji dönüşümüne göre bataryalar elektro-kimyasal bataryalar ve mekanik bataryalar olmak üzere iki gruba ayrılır.

1)Elektro-Kimyasal Bataryalar

 Kimyasal reaksiyonlar sonucu elektrik enerjisi üretirler. Tekrar şarz edilmeleri yine elektrik enerjisi ile yapılır. Kurşun asit, nikel tabanlı, lityum tabanlı bataryalar belli başlı elektro-kimyasal batarya çeşitleridir. Görüldüğü üzere temel ayrım kimyasal tepkimenin meydana geliş şeklidir.

 Bunların haricinde mekanik olarak doldurulabilen bataryalarda mevcuttur. Mekanik hava bataryaları olarak da bilinirler. Elektrik enerjisi üretimi yine kimyasal tepkimeler sonucu olur. Ancak tekrar şarj edilmeleri metal elektrotlarının değiştirilmesi şeklinde olur. Alüminyum hava ve çinko hava bataryaları mekanik bataryalara örnek olarak verilebilir.

 Yukarıda sayılan bataryaların haricinde Kobalt tabanlı bataryalarda mevcuttur. Kobalt tabanlı bataryaların özgül enerjileri ve enerji yoğunlukları oldukça yüksektir. Fakat görece pahalıdırlar ve kendi kendine deşarj oranları yüksektir.

Diğer tip bir batarya ise Mangan tabanlı bataryalardır. Bu bataryaların fiyatları oldukça düşüktür. Özgül enerjileri ve enerji yoğunlukları kobalt ve nikel tabanlı bataryalar arasındadır. Gelecekte mangan tabanlı batarya tiplerinin lityum iyon bataryanın yerini alacağı düşünülmektedir. Bunun sebepleri mangan tabanlı bataryaların çevre dostu olması ve fiyatlarının düşük olmasıdır.

2) Mekanik Bataryalar

 Mekanik bataryalar ise enerjiyi kimyasal reaksiyon olmaksızın depolayan bataryalardır. Bu tip bataryalara verilebilecek örnek volandır. Volanlar içten yanmalı motorlarda enerji depolamak, sarsıntıyı önlemek vb. amaçlarla kullanılmaktadır. Ancak geçmiş dönemlerde vagonların şehirler arası yolculuk yapması amacıyla da kullanılmışlardır. Bir güç ünitesi ile hızlandırılan (üzerine enerji depolanan) volan, sahip olduğu kinetik enerji ile vagonu hareket ettirmektedir. Günümüzde vagon örneği olmamasına rağmen araçlarda geri kazanımlı frenlemede geçici olarak enerji depolanması amacıyla volanlar kullanılmaktadır. Kütlesinin fazla olması ve jiroskop etkisi yaparak aracın dengesini bozması sebeplerinden fazla kullanım alanı bulamamıştır.

 Bataryaların Tarihi

 Bataryaların yaklaşık olarak 150 yıllık geçmişi vardır. 1910 yılında marş motorunun bulunması bataryaların kullanımda kalmasını ve teknolojisinin gelişmesini sağlamıştır. Ancak batarya teknolojisinin geliştirilme çalışmaları 1970 yıllarında ağırlık kazanmıştır. Petrol kaynaklarının yakın gelecekte bitecek olması ülkeleri yeni arayışlara sürüklemiştir. Yakıt tüketiminde meydana gelen kısıtlamalar şirketleri zorlamış ve elektrikli araçların, hibrid araçların üretilmesi fikrini yeniden canlandırmıştır. Elektrikli araçların gelişmesi ise doğrudan batarya teknolojisine bağlıdır. Günümüzde, mevcut araçlarda kullanılabilecek hacim, kütle ve enerjiye sahip bataryalar bulunmaktadır. Bunun yanında hala istenen performansta bataryalar üretilememektedir, böylece çok yaygın olan klasik araçlarla rekabet zorlaşmaktadır.

Batarya Seçimi

 Elektrikli araçların en önemli bileşeninin batarya olması tasarımcıları en iyi bataryayı seçmeye zorlamaktadır. Batarya seçiminde çok farklı parametreler göz önüne alınmaktadır. Ana parametre özgül enerjidir. Diğer parametreler özgül güç, kendi kendine deşarj oranı, şarj süresi, amper saat verimi, enerji verimi, maliyeti, ticari olarak kullanılabilirliği, çalışma sıcaklığı ve ömür olarak sıralanabilir. Parametreler değişkenlik göstermektedir ve duruma göre arttırılabilir. Örnek olarak tasarımcılar araçta meydana gelecek en kötü koşulları göz önüne almalıdırlar. Kaza anında bataryalarda bulunan kimyasallar insanlara zarar verebilir ve bunun batarya seçilirken dikkate alınması gerekir.

 Batarya seçimi oldukça önemli ve detaylı bir konudur. Bataryanın performansını belirleyen parametrelerin (batarya parametrelerinin) iyi bilinmesi gerekir. Batarya parametreleri hakkında detaylı bilgi diğer yazımızda verilmiştir.

YARARLANILAN KAYNAKLAR:

1. Electric Vehicle Technology Explained,  James Larminie [Oxford Brookes Universitiy, Oxford, UK], John Lowry [Acenti Designs Ltd.,UK].

2. Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles Fundamentals, Theory and Design, Muhammad H. Rashid, University of West Florida, CRC Press.

Adem ORUZ

17 Ocak 2014