By | 26 Haziran 2018

ÖZET

Hibrit araçların popülerliği son yıllarda artış göstermiştir. Bunun temel sebebi, sıkı emisyon standartlarına uyum sağlamak, verimliliği arttırmak, daha çevreci otomobil/taşıt yapmak olarak kısaca özetlenebilir. Bu yazımızda hibrit araç çeşitlerinden/türlerinden ve bunların çalışma prensibinden bahsedeceğiz.

 1. Hibrit Araç (Hybrid Vehicle) Nedir?

Aracın enerji kaynağı olarak en az iki tane güç kaynağı kullanan araçlara hibrit/melez araç denir. Günümüzde hibrit araçlar genellikle 1 tane içten yanmalı motor (benzinli veya dizel motor) ve yakıt tankı, 1 tane de elektrik motoru ve bunun için batarya sistemi veya yakıt pili (fuel cell) kullanmaktadır. Bu sebeple Hibrit Elektrikli Araç (HEV, Hybrid Electric Vehicle) olarak da isimlendirilmektedirler.

2. Hibrit Araç Türleri Nelerdir?

2 farklı güç kaynağına sahip hibrit araçlarda güç kaynaklarının farklı şekillerde biraraya getirilmesi ile farklı hibrit araç türleri ortaya çıkmaktadır. Literatürde 3 farklı sınıflandırma bulunmaktadır; Hibrit Derecesine Göre Sınıflandırma, Çalışma Moduna Göre Sınıflandırma, Tasarıma Göre Sınıflandırma.

 2.1. Hibrit Derecesine Göre Sınıflandırma  (Classifying by Degree of Hybridisation)

California Air Resources Board (CARB) tarafından yapılan sınıflandırmadır. Temel olarak aracın sahip olduğu elektrik motorunun gücünü, toplam güce bölerek hibrit derecesini bulmaya ve buna göre sınıflandırmaya dayalıdır.

 Hibrit Derecesi= Elektrik Motor Gücü/ (Elektrik Motor Gücü + İçten Yanmalı Motor Gücü)

CARB, hibrit derecesinin yanısıra geri kazanımlı frenleme, dur-kalk (start-stop) vb. özelliklerine göre 3 farklı seviye belirlemiştir:

CARB tarafından hibrit derecesine göre yapılan sınıflandırma.

 2.2 Çalışma Moduna Göre Sınıflandırma (Classifying by Operation Mode)

Aracın sahip olduğu özelliklere ve aracı tahrik etme durumuna göre yapılan sınıflandırmadır. Burada 5 tane özellik belirlenmiştir:

  • Dur-Kalk (Start-Stop)
  • Geri Kazanımlı Frenleme (Regenerative Breaking)
  • Elektrikli Motor Desteği (Motor Assist)
  • Elektrikli Sürüş (Electrik Drive)
  • Şarz Edilebilirlik (Plug In)

Çalışma moduna göre sınıflandırma.

 2.3.1. Tasarıma Göre Sınıflandırma (Classifying by Design or Structure)

Güç kaynaklarının aracı tahrik etmesindeki kombinasyona göre yapılan sınıflandırmadır. Seri Hibrit, Paralel Hibrit, Seri-Paralel Hibrit (Hem Seri Hem Paralel Hibrit) olmak üzere 3 çeşittir.

 2.3.1.1. Seri Hibrit (Series Hybrid)

Motorların/Güç kaynaklarının gücü aktarmak üzere seri olarak bağlanmasını ifade eder. Güç, içten yanmalı motordan jeneratör vasıtasıyla bataryaya, bataryadan da tekerlekleri tahrik etmek üzere elektrik motoruna iletilir. Aşağıdaki resimde de görüldüğü üzere içten yanmalı motor mekanik olarak tekerleklere veya güç aktarım sistemine bağlı değildir; sadece jeneratör vasıtasıyla bataryayı şarz etmek için kullanılmaktadır.

Seri Hibrit sistemde güç aktarma sistemi.

Seri hibrit araçların avantajları:

  • Çok kademeli karmaşık şanzımana ihtiyaç duymamaktadır. Elektrik motoru doğrudan aracı tahrik ettiğinden genellikle tek kademeli dişli kutusu yeterli olmaktadır[1].
  • İçten yanmalı motor sürekli olarak en verimli olduğu noktada çalıştırılabilir. Bu sayede daha küçük motor kullanımı, daha düşük emisyon salınımı mümkün olmaktadır [1].
  • İçten yanmalı motor ünitesi ve elektrik motoru mekanik olarak birbirine bağımlı olmadıkları için araç üzerinde istenilen konuma yerleştirilebilir.
  • Bu sistemdeki içten yanmalı motor, geleneksel motorlara göre daha donanıma ihtiyaç duymaktadır. Örneğin, marş motoru ve alternatöre ihtiyacı yoktur. Çünkü bağlı bulunduğu jeneratör bu işlemleri yapmaktadır.

Seri Hibrit Konsepti

Seri Hibrit araçların dezavantajları:

  • İçten yanmalı motor, jeneratör, batarya ve elektrik motorunun birarada kullanılması aracın kütlesini ve maliyetini arttırmaktadır[1].
  • Şehirdışı sürüşlerde paralel hibritler kadar verimli değildir[1].

Ek olarak seri hibrit araçlar Menzili Uzatılmış Elektrikli Araç( EREV, Extended Range Electrik Vehicle) olarak da isimlendirilmektedir. Tubitak MAM’da yapılması planlanan ve 100 km’de 2 litre yakıt yakacağı bakanlar tarafından söylenen elektrikli araç EREV araçlara örnek olarak verilebilir.

Tubitak’da yapılması planlanan Elektrikli Hibrit Araç, diğer adıyla EREV.

 2.3.1.2. Paralel Hibrit (Parallel Hybrid)

Motorların birbirine paralel olarak bağlanarak güç iletiminin gerçekleştiği kombinasyondur. Seri hibritin tersine içten yanmalı motor ve elektrik motoru aracı birlikte tahrik ederler yani güçlerini birleştirirler. Bu durumda İYM (İçten Yanmalı Motor) ve EM (Elektrik Motoru) mekanik olarak birbirlerine bağlıdırlar. İki motorun güçleri tork dönüştürücülerle  birleştirilir.

Paralel Hibrit

Bunun yanında ön tekerlekleri elektrik motorunun tahrik ettiği, arka tekerlekleri ise içten yanmalı motorun tahrik ettiği (veya tam tersi) sistemlerde vardır. Paralel hibritin temel prensibinin güçlerin paralel olarak aktarılması olduğunu hatırlatmak gerekir.

Paralel hibrit araçlara verilebilecek bir örnek BMW i8‘dir. BMW i8’de elektrik motoru ve içten yanmalı motor farklı akslardaki tekerleri tahrik eder.

Paralel Hibrit konseptine örnek olarak BMW i8 verilebilir.

Paralel Hibritin avantajları:

  • Harici bir jeneratöre ihtiyaç duymaz.
  • İlk harekette elektrik motorunun yüksek torku, yüksek hızlarda ise içten yanmalı motorun gücü sayesinde, seri hibrite göre, daha verimli tork/güç bölgelerinde çalışılabilir.

Paralel Hibritin dezavantajları:

  • Seri hibrite göre daha kontrolü daha karmaşıktır.
  • İçten yanmalı motoru sürekli olarak bir noktada çalıştırmak mümkün değildir, bu yüzden daha verimli çalıştırılamaz.

 2.3.1.3. Hem Seri Hem Paralel Hibrit (Series-Parallel Hybrid ya da Power Split Hybrid)

Adından da anlaşılacağı üzere hem seri hem de paralel hibritin sunduğu özellikleri birarada sunan konsepttir. Bu konseptte içten yanmalı motor, jeneratör, elektrik motoru vardır ve bunlar mekanik olarak birbirlerine bağlıdır. Sürüş şartlarına göre bataryanın şarz edilmesi, motorların güç aktarımındaki güç paylaşımı vs. paylaştırılır.

Örnek olarak Toyota Prius verilebilir. Toyota Prius’un çalışma modları aşağıdaki resimde gösterildiği gibidir ve hem seri hem paralel hibrit araçlarda benzer durum geçerlidir.

Seri-Paralel Hibrit çalışma modları.

Elektrik motoru, jeneratör ve içten yanmalı motoru mekanik olarak bağlamak için ise Planet Dişli Grubu gibi sistemler kullanılmaktadır.

Planet Dişli Grubu

Seri-Paralel hibritin avantajları:

  • Her iki sisteminde sahip olduğu özellikleri sunduğundan maksimum verimlilik elde edilebilir.
  • İçten yanmalı motor bağımsız olarak bataryayı şarz etmekte kullanılabilir.

Seri-Paralel hibritin dezavantajları:

  • Çok fazla donanıma sahip olduğundan ağır ve pahalıdırlar.
  • Kontrol sistemi daha karmaşıktır.

Son olarak hibrit araçların batarya ömürlerine bakalım. Hibrit araç bataryası ömrü/garanti süresi üreticiye göre değişmekle birlikte bazı örnekler şöyledir:

Honda: 8 yıl/80 000 km

Toyota: 8 yıl/100 000 km

Ford: 8 yıl/100 000 km

General Motor: 8 yıl/100 000 km

 

Kaynaklar:

[1] http://homeguides.sfgate.com/advantages-disadvantages-series-hybrid-designs-78758.html.

 

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir