ELEKTRİKLİ TAŞIT TASARIMI. İsmet KARAKAŞ. Mustafa PEKCAN LİSANS TEZİ OTOMOTİV MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ GAZİ ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ

Transkript

1 ELEKTRİKLİ TAŞIT TASARIMI İsmet KARAKAŞ Mustafa PEKCAN LİSANS TEZİ OTOMOTİV MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ GAZİ ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ HAZİRAN 2014

2

3 ETİK BEYAN Gazi Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Tez Yazım Kurallarına uygun olarak hazırladığımız bu tez çalışmasında; Tez içinde sunduğumuz bilgi ve dokümanları akademik kurallar etik çerçevesinde elde ettiğimizi, Tüm bilgi, belge, değerlendirme ve sonuçları bilimsel etik ve ahlak kurallarına uygun olarak sunduğumuzu, Tez çalışmamızda özgün veriler dışında kalan ve tezde yararlanılan eserlerin tümüne uygun atıfta bulunarak kaynak gösterdiğimizi, Kullanılan verilerde herhangi bir değişiklik yapmadığımızı, Bu tezde sunduğumuz çalışmanın özgün olduğunu ve başka bir yerde sunmadığımızı Beyan ederiz. İsmet KARAKAŞ Mustafa PEKCAN

4 iv ELEKTRİKLİ TAŞIT TASARIMI (LİSANS TEZİ) İsmet KARAKAŞ Mustafa PEKCAN GAZİ ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ Haziran 2014 ÖZET Günümüz doğa koşulları ve atmosfer dengesi git gide tehlike altına girmektedir. Petrol rezervlerinin 50 yıllık ömrü kaldığı söylendiği günümüzde araştırmacılara göre doğa petrol ve türevlerinin verdiği zararlara o kadar uzun süre dayanamayacağı görülmektedir. Bu duruma tepkisiz kalamayan otomotiv üreticileri emisyon değerlerini azaltmak için sürekli yeni teknolojiler geliştirmektedirler. Ne kadar azalsa da emisyon değeri sıfır olamayacaktır. Bu yüzden üreticiler alternatif enerji kaynakları ile çalışan araçlar üretmek için çalışmalara başladılar. En uygun motor seçeneği olan elektrik motoru ve elektrik enerjisi olduğu tespit edilmiştir. Üreticiler bir çok elektrikli araç tasarlamış üretmiş ve denemiştir. Avantaj ve dezavantajları gözlemlenmiş. Bu tez kapsamında elektrikli bir taşıt tasarımı yapılmıştır. Bilgisayar ortamında 3 boyutlu çizilen araç parçaları analiz programında dayanım analizleri yapılmıştır. Daha sonra en uygun ebat ve malzeme seçimi yapılarak imalat aşamasına geçilmiştir. Bölüm atölyelerinde gerekli ham maddeler takım

5 v tezgahlar kullanılarak tarafımızca imal edilmiş ve montaj edilmiştir. İmalat aşamasında tasarlanırken gözden kaçan eksikler düzeltilip tasarım revizyon edilmiştir. İmalatı biten aracın yol testi okulumuz taşıt test laboratuarındaki taşıt dinamometreleri kullanarak yapılmıştır. Test sonucunda aracın menzil ve harcadığı enerji hesap edilmiştir. Araç tam şarjlı batarya ile 65 km menzilde yol yapabilmektedir. Deneyde alınan veriler hesaplanarak aracın 100 kilometrede yaklaşık 0.7 litre benzin eş değerinde yakıt harcadığı hesaplanmıştır. sıradan bir sedana göre 10 kat daha tasarruflu bir araç olduğu görülmüştür. Ayrıca elektrikli araçların düzeltilmesi gereken eksik yanları tespit edilmiştir. Anahtar kelimeler:elektrikli taşıt, Alternatif enerjili taşıtlar

6 vi ELECTRİC VEHICLE DESİGN (THESİS) İsmet KARAKAŞ Mustafa PEKCAN GAZI UNIVERSITY FACULTY OF TECHNOLOGY June 2014 Abstract Recently, natural conditions and atmosphere is under threat. stil oil reserves is going to continue 50 years but atmosphere cant stant any more. The automotive manufacturers see this problem and try to desing new technology. They want to make a car which have zero emissions engine. Although they try to make this car but it is impossible. So that manufacturers looks for alternative way for run the engine. Electrical power and electrician car is most clean for nature. We designed an electrician car in this treatise. the car analysised with computer program and we chose optimal size and metarials. After that we start to manufacture in our schools workshop. The car was tested and we calculated how many kilometers it can go. And we detected it spend as same as 0.7 liters oil for 100 km. Key Words: Electric vehicles, Alternative-energy vehicle

7 vii TEŞEKKÜR Çalışmalarımız boyunca değerli yardım ve katkılarıyla bizi yönlendiren saygıdeğer hocamız Prof. Dr. Atilla KOCA ya, Yrd. Doc. Dr. Fatih ŞANİN e, manevi destekleriyle bizi hiçbir zaman yalnız bırakmayan çok değerli hocalarımız Arş. Gör. Emre YILMAZ ve Arş. Gör. Hamit SOLMAZ a ve yine kıymetli tecrübelerinden faydalandığımız Otomotiv Mühendisliği Bölümü ndeki kıymetli tüm hocalarımıza ve varlığıyla her zaman maddi manevi desteklerini üzerimizden eksik etmeyen ailelerimize teşekkürü bir borç biliriz.

8 viii İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET...iv ABSTRACT...vi TEŞEKKÜR...vii İÇİNDEKİLER...viii ÇİZELGELERİN LİSTESİ...x ŞEKİLLERİN LİSTESİ...xii RESİMLERİN LİSTESİ...xiii SİMGELER VE KISALTMALAR...xv 1. GİRİŞ LİTERATÜR ELEKTRİKLİ TAŞITLAR Elektrikli Taşıtların Çeşitleri ve Yapıları Tümü Elektrikli Araçlar Hibrit Elektrikli Araçlar Yakıt Pilli Elektrikli Araçlar Elektrikli Taşıtlarda Kullanılan Motor Çeşitleri Doğru Akım Motorları Asenkron Motorlar Daimi Mıknatıslı Senkron Motorlar Anahtarlamalı Relüktans Motorları (ARM) Bataryalar Kurşun- Asit Bataryalar Nikel Bazlı Bataryalar...68

9 ix Sayfa Lityum Bataryalar BATARYA ÖMRÜ VE BATARYALARIN ŞARJ EDİLMESİ Batarya Ömrü Çevrim Ömrü Bataryanın Şarj Durumu Batarya Denetim Sistemi (BDS) Bataryaların Şarj Edilmesi Şarj Eşitlenmesi Elektrikli ve İçten Yanmalı Motorlu Araçların Karşılaştırılması Fiyat Kullanım Masrafları ve Bakım-Onarım Menzil Ve Tekrar Depolama Süresi Hava Kirliliği ve Karbon Emisyonu Hızlanma ve Aktarım Organı Enerji Verimliliği Güvenlik MATERYAL METOD Elektrikli Aracın Tasarımı Dayanım Analizleri İmalat Batarya Deşarj Testi Sonuç ve Öneriler KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ...132

10 x ÇİZELGELERİN LİSTESİ Çizelge Sayfa Çizelge 2.1. Simülasyon sunuçları..32 Çizelge 2.2. Kullanılan araç özellikleri...36 Çizelge 3.1. Elektrikli taşıt modellerinde kullanılan elektrik motoru çeşitleri..43 Çizelge 3.2. Elektrik Motorlarına Göre Hibrit Araçlar.48 Çizelge 3.3 Bataryadaki iki farklı pilin şarj durumları...87 Çizelge 3.4. Yakıt Verimliliği ve Masraf Kısaylaması.93 Çizelge 4.1. Deşarj Gerilim-Zaman Değerleri...119

11 xi ŞEKİLLERİN LİSTESİ Şekil Sayfa Şekil 1.1. Avrupa dizel motor PM ve NOx emisyon standartları..16 Şekil 1.2. Avrupa benzinli motor PM ve NOx emisyon standartları 17 Şekil 2.1. Güç talep geçiş olasılığı Şekil 2.2. En uygun SDP politikası..25 Şekil 2.3 Batarya enerji yoğunlukları 29 Şekil 2.4.Hibrit araç modeli Şekil 3.1. Akümülatör, Elektrik Motoru ve Diferansiyelden Oluşan Sistem 41 Şekil 3.2. Akümülatör ve İki Elektrik Motoru Olan Diferansiyelsiz Sistem...41 Şekil 3.3 Tekerlek İçi Motor 42 Şekil 3.4. Zincir Dişli Mekanizması..43 Şekil 3.5 Hibrit Aracın Elemanları 45 Şekil 3.6 Seri Hibrit Sistem 46 Şekil 3.7 Paralel Hibrit Araç...47 Şekil 3.8. Yakıt Pili...49 Şekil kw'lık yakıt pilinin metanol ve voltaj değişimi grafikleri.50 Şekil Elektrik motorları iç devresi...52 Şekil DC motor iç devre şeması..53 Şekil Doğru akım motoru çalışma prensibi şeması.54

12 xii ŞEKİLLERİN LİSTESİ Şekil Sayfa Şekil Elektrik motoru hız karakteristikleri...56 Şekil Fırçalı DC motorun Tork Hız grafiği..58 Şekil Kurşun asit bataryanın deşarjı boyunca oluşan reaksiyonlar...64 Şekil Kurşun asit bataryanın şarjı boyunca gerçekleşen reaksiyonlar..64 Şekil 3.17 Kurşun asit batarya tam dolu şarj halindeyken gerçekleşen gaz reaksiyonları...66 Şekil Grafik sızdırmaz bir kurşun asit bataryanın açık devre voltajının şarj durumuna göre değişimi...66 Şekil NiCd bataryanın deşarjı esnasında gerçekleşen reaksiyonlar 69 Şekil 3.20 Deşarj yoğunluğuna bağlı bataryanın çevrim sayısı...76 Şekil Ah lityum iyon pilin deşarj karakteristikleri 81 Şekil 3.22 HEA batarya çalışma aralığı...85 Şekil 3.23 Bir bataryadaki periyodik şarj eşitlenmesi 88 Şekil 3.24 Elektrik Enerjisi Üretim Dağılımı.97 Şekil 4.1. Batarya Zamana Bağlı Deşarj Grafiği...121

13 xiii RESİMLERİN LİSTESİ Resim Sayfa Resim 3.1. Asenkron motoru kesit resmi.60 Resim 3.2. Anahtarlamalı relüktans motorları...62 Resim 4.1 Bilgisayar Destekli Şasi Tasarımı 106 Resim 4.2 Bilgisayar Destekli Gövde Tasarımı 106 Resim 4.3.sat uzantılı dosya import..107 Resim 4.4 Dayanım Analizi 108 Resim 4.5 Sonlu Elemanlar Tipi 108 Resim 4.6 Dökme Demir Elastikiyet Modül..109 Resim 4.7 Mesh İşlemi.109 Resim 4.8 Mesh 110 Resim 4.9 Dayanma Yüzeyi 110 Resim 4.10 Kuvvetin Uygulama Yüzeyi 111 Resim 4.11 Yük Miktarı 111 Resim Çözüm İşlemi Resim Çözüm İşlemi Resim 4.14 Sonuç Gösterim Biçimi 113 Resim Parça Analiz Sonucu.114 Resim Parça Analiz Sonucu..115 Resim Parça Analiz Sonucu..116

14 xiv RESİMLERİN LİSTESİ Resim Sayfa Resim Araç blok diyagramı Resim Araç son hali Resim Araç testi..121 Resim Test ekranı..122

15 xv KISALTMALAR Kısaltmalar PM EA İYM HEA ÇKA FDAM DC EM AC ASM SM Açıklamalar Partikül moleküler Elektrikli araç İçten yamlalı motor Hibrit elektrikli araç Çevresel koruma ajansı Fırçasız doğru akım motoru Doğru akım Elektrik motoru Alternatif akım Asenkron motor Senkron makineler ARM Anahtarlamalı Relüktans motor BŞD BDS Batarya şarj durumu Batarya denetim sistemi

16 16 1. GİRİŞ Ulaşım yüzyıllardır insanlığın en önemli gereksinimlerinden biri olmuştur. Bunlardan en çok üzerinde durulan ise kara taşıtları olmuştur. Sürekli bir gelişim sağlayan araçlar teknolojinin de gelişimiyle tüketicilere yüksek performans ve konfor sağlayabilir hale gelmiştir. Sanayi devrimi sonrasında hızlı şekilde artan çevre kirliliği dünyayı ve canlıları olumsuz etkilemektedir. Bu yüzden bilim adamları bu kirliliğin azaltılması için neler yapılması gerektiğini araştırmaya başlamıştır. Özellikle 20. Yüzyılın son çeyreğinden sonra otomotiv sektöründe emisyon değerlerine kısıtlamalar getirilmeye başlanmıştır. Euro emisyon standartlarına uyulmayan araçların Avrupa birliği ülkelerinde satışı yasaklanmıştır. Aşağıda benzinli ve dizel motorlar için PM ve NOx emisyon standartları grafikleri verilmiştir. [1] Şekil 1.1: Avrupa dizel motor PM ve NOx emisyon standartları [1]

17 17 Şekil 1.2: Avrupa benzinli motor PM ve NOx emisyon standartları [1] Petrol kaynaklı motorların emisyon değerleri, teknoloji ne kadar gelişirse gelişsin tamamen sıfır olmayacaktır. Ayrıca petrol rezervleri gün geçtikçe de azalmaktadır. Bu da otomotiv üreticilerini alternatif enerji kaynakları ile çalışan taşıtlara yöneltmiştir. Kolay ve çok çeşitli yollardan üretilebilen enerji olan elektrik enerjisi en popüleri olmuştur. İçten yanmalı motorlardan önce bulunan ve taşıtlarda kullanılan elektrik motoru 1930'larda menzil ve performans olarak içten yanmalı motorların çok gerisinde kaldığı için üretimleri durdurulmuştu. Tekrar kullanılmak istenilen bu teknoloji için üreticiler öncelikle eksik yanlarını tespit ettiler. İçten yanmalı bir motora göre en önemli eksik yanının düşük menzil ve uzun şarj süresi olduğunu tespit ettiler. Bulunan eksik yönler geliştirilmeye başlandı. Elektrikli taşıtlar üzerinde üniversite ve enstitülerde lisans, yüksek lisans ve doktora düzeyinde çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmaların başlıkları taşıt tasarımı, batarya ve enerji kontrol sistemleri, elektrikli motor, alternatif enerji elde etme yöntemleri vb. gibi konulardır. Yapılan çalışmalar neticesinde yeni sistem ve yöntemler geliştirilmiştir. Çalışmalar ve yeni geliştirilen sistemler otomotiv üreticileri tarafından yakından takip edilmektedir. Pazar payı olan çalışmalar seçilip satın alınarak hayata geçirilmektedir.

18 18 Bu tez kapsamında elektrikli taşıt tasarımı bilgisayar ortamında solidworks programı ile yapılacaktır. Tasarlanan aracın malzeme dayanım analizleri ansys ile yapılacaktır. Analizler sonucu karar verilen parçalar ile prototip araç üretilecektir. Yol testine tabi tutulacak olan bu prototip ile aracın maksimum hız, menzil ve batarya şarj deşarj değerleri ölçülecek ve içten yanmalı motorlarla kıyaslaması yapılacaktır.

19 19 2. LİTERATÜR 1800 yılında,italyan Alessandro Volta elektrik enerjisini kimyasal olarak depolanabildiğini göstermiştir. Volta kendinden önce çalışan İtalyan araştırmacı Luigi Galvani'nin yaptığı deneylerden esinlenmiştir.[2] 1821 de İngiliz Briton Michael Farraday deneylerinde Volta kimyasal pil uygulaması yapmış ve bu uygulamalar sonucunda elektrik motorunun ve jeneratörünün prensiplerini göstermiştir.[2] İlk EA modeli 1835 yılında Profesör Stratingh tarafından Hollanda da yapılmıştır yılları arasında Thomas Davenport tarafından ABD de elektrikli yol aracının geliştirildiği ve uygulamasının yapıldığı raporlanmıştır. Bu araç üç tekerlekli olmakla beraber şarj edilmeyen bataryalarla tahrik edilmiştir. 4 yıl sonra Robert Davidson şarj edilemeyen batarya ile tahrik edilen elektrikli lokomotifi geliştirmiştir yılından sonra kurşun asit bataryalar geliştirilmiş ve kullanılmaya başlanmıştır.[2] Ticari olarak satılmaya başlanan ilk otomobilin ortaya çıkışından bu yana 125 yıl geçmiştir. Bu zamandan beri, ekonomik kısıtlar, teknolojik atılımlar, yeni enerji kaynakları, çevresel kaygılar ve yasal düzenlemeler otomobil evrimini şekillendiren kritik faktörler olarak görülmektedir. Aynı faktörler, gelecekte alternatif araçlara geçişte de belirleyici temel faktörler olacaktır. Bu sebeple elektrikli araçların tarihine göz atarken, yüzyıldan daha fazla bir süre önce karşılaşılan sorunların bugün de hala var olduğunu kaydetmek yerinde olacaktır [3]. Araçların elektrik enerjisi ile tahrikine olan ilgi son zamanlarda oldukça yükselmiştir. Ancak bu fikir aslında hiç de yeni değildir. Elektrikli araçlar 1830 larda, benzinli motorun bulunuşundan yıllar önce icat edilmiştir. İçten yanmalı motor (İYM) kullanan ilk araç 1807 de, François Isaac de Rivaz

20 20 hidrojen oksijen karışımı yakan bir motor geliştirdiği zaman ortaya çıkmıştır. 20 yıl sonra, 1828 yılında Macar Anyos Jedlik elektrikle çalışan model bir araç geliştirmiştir yılında İskoçya lı Robert Anderson elektrikli binek bir araç yapmıştır de ise Hollandalı Profesör Stratingh ve Amerikalı Thomas Davenport birer elektrikli araç geliştirmişlerdir.[2] Bu ilk elektrikli araçlarda enerji kaynağı olarak tekrar şarj edilemeyen bataryalar kullanılmış ve bu sebeple ticari olarak varlık gösterememişlerdir. Ancak 1859 yılında tekrar şarj edilebilir kurşun asit bataryaların geliştirilmesi, ticari olarak satışa sunulan elektrikli araçları ortaya çıkarmıştır.[2] 1881 de Mr. Trouve Plante kurşun batarya kullanarak üç tekerlekli ilk elektrikli aracı yapmış ve bu araç halka Fransa'da gösterilmiştir.[2] 1882 yılında İngiltere de Prof. William Ayrton ve John Perry, elektrik tahrikli 3 adet tekerlekli aracın uygulamasını yapmıştır. Bu araçların her birinde 10 tane kurşun asit batarya kullanılmıştır. Aracın menzili araziye bağlı olarak km arasında olup azami hızı ise 14 km/saattir. Bundan 3 yıl sonra Karl Benz, İYM ile 3 tekerlekli aracı geliştirmiştir.[2] 19. yüzyılın son dönemlerine doğru Amerika, İngiltere ve Fransa da birçok şirket elektrikli araç üretmeye başlamıştır. Bu üreticilerden en önemlisi Morris ve Salomon un sahibi olduğu Electric Carriage and Wagon Company adlı şirkettir. Morris ve Salomon 1895 yılında 2 oturma koltuğu olan Electrobats isimli elektrikli aracı geliştirmişlerdir [5]. İçten yanmalı motorlarda gelişmeler ilk yıllarda daha yavaş durumdadır de Karl Benz Almanya da Motor Wagen ı tanıtana dek benzinle çalışan satın alınabilir bir otomobil üretilememiştir. Bu buluştan sonra hem benzinli hem elektrikli araçlar yaygın olarak satılmaya başlanırken ikisi de farklı teknolojik kısıtlamalarla yüzleşmişlerdir [3].

21 21 İçten yanmalı motorlar aşırı gürültülü, kirli, kötü koku yayan ve mekanik problemlere eğilimli durumdaydı. Ayrıca daha büyük bir dezavantajları, çalışmaları için krank kolu ile başlatılmalarının gerekmesiydi. Bu işlem hem güç hem de hızlı refleksler gerektiriyordu ve motor çalışmaya başladığında krank kolunun çevirene vurması nedeniyle yaralanmalar oldukça sıradandı. Ayrıca içten yanmalı araç sürmenin vites değiştirmek gibi zor bir yanı da vardı [3]. İçten yanmalı motorlarla karşılaştırıldığında elektrikli araçların en büyük problemi menzillerinin kısa olmasıydı. Ayrıca bu araçlar bataryaların yüksek ağırlıkları nedeniyle çok ağır ve çok daha yavaştı. Bu dezavantajlara rağmen, 1900 lü yıllarda Amerika daki elektrikli araçların sayısı benzinle çalışan araçların sayısının neredeyse iki katıydı de satışlar maksimuma ulaştı ve elektrikli araçlar bugün olduğundan bile daha yaygın bir hale geldi yılında Amerika da 50,000 civarında elektrikli araç yollarda idi [3]. Ancak ilerleyen yıllarda işin rengi değişmeye başladı. Elektrikli araçların menzil problemleri 1920 lerde Amerika da şehirlerarasında yolların gelişmeye başlaması, tüketicilerde uzun menzil talebi oluşturdu. Bu soruna çözüm arayışlarından biri de elektrikli araçlarla içten yanmalı motorların iyi yönlerini bir araya getiren hibrit araçlardı. Benzin elektrik hibrit otomobil ilk olarak, Ferdinand Porsche tarafından Paris Fuarı nda sergilediğinde çok olumlu tepkiler aldı. Ancak kısa süre sonra, sistemlerinin karmaşık olmaları ve yüksek üretim maliyetleri yüzünden hibrit elektrikli araçlar tarihe karıştı [3]. Sonuç olarak, 1900 lü yılların başındaki teknolojik ve lojistik gelişmeler sayesinde içten yanmalı motora sahip araçlar, bataryalı ve hibrit araçları gölgede bırakmıştır. İlerleyen süreçte elektrikli araçların satışlarının sürekli

22 22 olarak azaldığı ve sonunda da piyasadan tamamen yok olduğu görülmektedir [3]. Elektrikli araçların erken yok olmaları, beygir güçlerinin düşük olması ve uzun menzil ihtiyaçlarına cevap verememelerine bağlanmaktadır. Ayrıca petrol fiyatlarındaki düşüş ve kolay erişilebilir petrol rezervlerinin bulunması da bunda etkin rol oynamıştır. Bunların yanı sıra teknolojik gelişmeler de içten yanmalı motorların lehine gerçekleşmiştir de susturucunun icadı motor gürültüsünün azalmasını, 1912 de marş motorunun icadı ise krank kolu gereksiniminin ortadan kalkmasını sağlamıştır. Elektrikli araçlarda da teknolojik ilerlemeler olmasına rağmen üç temel kısıt aşılamamıştır: Kısa menzil, düşük hız ve yüksek üretim maliyeti [6]. Henry Ford un başlattığı seri üretim, içten yanmalı motorlu araçların $ civarlarında satışına imkân verirken, gösterişsiz bir elektrikli aracın fiyatı 1000 $ ın oldukça üzerinde idi [6]. İçten yanmalı motorlu taşıtların tercih edilmesinin temel sebeplerinden biri petrolün özgül enerjisinin bataryaların özgül enerjisine kıyasla oldukça yüksek olmasıdır. İçten yanmalı motorlarda kullanılan yakıtın özgül enerjisi 9000 Wh/kg civarlarında iken, örneğin bir kurşun asit bataryanın özgül enerjisi 30 Wh/kg civarında bir değere sahiptir. İçten yanmalı motorun veriminin %20 civarında olduğu göz önüne alındığında içten yanmalı motor sistemine sahip bir taşıt yaklaşık 1800 Wh/kg lık bir özgül enerjiye sahip olmaktadır. Yaklaşık %90 verime sahip olan elektrik motorunun kullanılması ile girişindeki bataryaların özgül enerjisi göz önüne alındığında ancak 27 Wh/kg civarında kullanılabilir enerjiye sahip olunacaktır. Yani içten yanmalı motora sahip bir taşıtla aynı menzile sahip olabilmek için, içten yanmalı motorun yaklaşık 70 katı ağırlığa sahip bir batarya sistemi kullanılması gerekmektedir. Ayrıca bir batarya sistemini tamamen şarj edebilmek için saatler gerekirken, içten yanmalı motor için gereken yakıtın taşıta yüklenmesi birkaç dakika içerisinde gerçekleştirilebilmektedir [7].

23 yılında elektrikli araçlar tamamen ortadan kaybolmuş ve 25 yıl boyunca hiç konuşulmamıştır lı yıllarda özellikle Los Angeles gibi, coğrafyaların hava kirliliğinin dağılmasına izin vermediği şehirlerde, hava kirliliğinden kurtuluş çaresi olarak elektrikli araçlara tekrar ilgi duyulmaya başlanmıştır [6] lerde petrol fiyatının dört katına çıkması ve Arap petrol ambargosu, özellikle Amerika da alternatif yolların aranmasına neden olmuştur de Amerika Posta Servisi, American Motors Corporations dan 350 adet elektrikli dağıtım jipi almıştır. Bu araçlar 10 saatlik şarjla 80 km/h hıza ve 60 km menzile ulaşabiliyordu. Ancak düşük menzil ve bataryaların yüksek maliyeti, ticarileşme önünde en büyük engel olmayı sürdürmüştür [6]. Yine 1970 li yılların başında Amerika ve Avrupa da kirliliğin çevreye ve insan sağlığına etkileri hakkında yeni ve gittikçe artan bir ilgi oluşmuştur. Bu konuda yazılan yazılardan biri, Çevresel Koruma Ajansı (ÖKA) nın kurulmasına ve politikacıların olası bir çevresel felaketin önlenmesi için dünyanın 10 yılı kaldığı gibi meseleleri konuşmasına neden olmuştur. Emisyonların bir tehdit olarak algılanması şeklindeki fikir değişikliği, birçok ülkede petrol temelli yakıtlara alternatiflerin araştırılması ve geliştirilmesi için baskı oluşturmuştur [3] yılında Kaliforniya Hava Kaynakları Meclisi (CARB), Kaliforniya da 1998 yılında satılacak tüm araçların %2 sinin ve 2003 yılında satılacak tüm araçların %10 unun sıfır emisyonlu araçlar (Zero Emission Vehicle ZEV) olması yönünde bir karar almıştır. Kaliforniya nın yaptığı düzenleme, Amerikan hükümetini ve endüstrisini daha temiz araçlar ve alternatif yakıt kaynakları geliştirilmesi konusunda motive edici olmuştur [4]. Sonuç olarak, bazı hükümetler araçlara egzoz emisyonlarına göre vergilendirmeler yapmış ve petrol bazlı yakıtlardaki vergileri artırmış, bu da elektrikli araçlara olan ilginin hız kazanmasını sağlamıştır [3] yılında

24 24 General Motors (GM) ilk seri üretim elektrikli araç olan EV1 i Amerika da piyasaya sürmüştür. Diğer otomotiv üreticileri piyasaya sürdükleri elektrikli araçlarıyla bu trendi izlemişlerdir. Ford Ranger EV pikabı, Honda EV Plus ı ve Toyota RAV EV yi piyasaya sürmüştür [4]. Ancak sadece batarya ile tahrik edilen elektrikli araçların düşük menzil problemleri nedeniyle, 1990 larda büyük taşıt üreticileri, tümü elektrikli taşıtların gelişmesi için batarya teknolojisinin de gelişmesi gerektiğini savunmuş ve çalışmalarını hibrit teknolojisi üzerine yoğunlaştırmışlardır. Özellikle Japon firmalarının Toyota Prius, Honda Insight ve Nissan Tino modelleri günümüzdeki hibrit teknolojinin gelişmesinde öncü olmuştur [4]. Michigan üniversitesi öğrencileri Chan Chiao Lin, Huei Peng ve J.W. Grizzle 2003 yılında elektrikli otomobillerde güç yönetimi konusunda çalışmışlar. Çalışmalarında araçtaki alt sistemleri incelemiş ve maksimum enerji tasarrufu için güç kontrol sistemi yapmışlardır. Aracı değişik yol şartlarında deneyerek değişken yol karakteristikleri çıkarmışlar ve bunları markow zincir modelleme haline getirip bilgisayar programında yazmışlardır. Oluşan programa Stakastik Dinamik Programlama ( SDP ) adını koymuşlar. Bu çalışma sonucunda enerji tasarrufu sağladıklarını testleri sonucunda göstermişler.[5] Çalışmalarında oluşturdukları bazı tablolar ; 1- Güç talep geçiş olasılığı grafiği (39 (rad/s) )

25 25 Şekil 2.1. Güç talep geçiş olasılığı[5] 2- En uygun SDP politikası ( 44 (rad/s) ) Şekil 2.2. En uygun SDP politikası[5] İstanbul Teknik Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü öğrencileri Murat Yılmaz, Nejat Tuncay ve Özgür Üstün 2006 yılında fırçasız

26 26 DA motorunun (FDAM) algılayıcısız kontrolünde dalgacık tekniğinin uygulanmasını yapmıştır. Bu çalışmada fırçasız doğru akım motorunun (FDAM) dalgacık teorisi yardımıyla algılayıcısız olarak kontrolü ve elektrikli otomobile uygulanması amaçlamıştır. Bu doğrultuda geliştirilen bir kalkış algoritması yöntemiyle, motorun, indüklenen gerilim bilgisinin algılanabileceği belirli bir hıza kadar açık çevrim olarak hızlanması sağlanıp, bu hızdan sonra geri besleme olarak elde edilen beslenmeyen faz indüklenen geriliminden ve faz akımlarından yararlanılarak kapalı çevrim olarak dalgacık dönüşümü yardımıyla fırçasız doğru akım motorunun algılayıcısız kontrolü gerçekleştirilmiştir. Komutasyon anlarının algılayıcısız olarak elde edilmesi sırasında, geliştirilen PID ve Bulanık kontrolör algoritmaları yardımıyla motor hız ve faz akımları gerçek zamanlı olarak denetlenmiştir [8]. Karl Georg Høyer 2007 de Oslo üniversitesi bünyesinde elektrikli araçların ve alternatif yakıtların tarihçesini araştırmıştır.kullanılan teknolojileri incelemiş olumlu ve olumsuz yönlerini tespit etmiştir. Araçların insanlardaki kullanım alışkanlığı ve çevreye verdiği etkileri incelenmiş ve tarihsel gelişimde yenilenen teknolojik gelişimler, düzeltilen eksik yönler ve yenilenebilir enerji kullanım düzeyi gözlemlenmiş ve raporlanmıştır. Sonuç olarak da çevrenin bu teknolojiye tepkisi ve nasıl davranılması gerektiği eklemiştir[2] yılında Y.Müh. Ali BOYALI tarafından yapılan doktora tezinde Ford Transit marka iki aracı hibrit bir araca dönüştürülmüştür. Dönüştürülen araç için optimizasyon hesaplamaları, kontrol yöntemlerinin geliştirilmesi ve ayrıntılı seyir dinamiği analizlerinin yapılabilmesi amacıyla basit ve göreceli olarak daha karmaşık modeller oluşturulmuştur. Hibrit elektrikli aracın kontrolü için bir çok ticari hibrit araçta kullanılan kural tabanlı kontrol yöntemi uygulanmıştır. Tez kapsamında ayrıca, arka akstan bir elektrikli motoru ve ön aksta, birbirleri ile uygun bir şekilde bağlanan bir elektrik motoru ve içten yanmalı motor ile tahrik edilen hibrit bir elektrikli araç için yakıt tüketimini minimize edecek en uygun bileşen boyutlarının da, eşdeğer yakıt tüketimi ve tasarım optimizasyonu yöntemleri yardımı ile hesaplanması gösterilmiştir [9].

27 yılında elektronik ve haberleşme mühendisi Ali Önder Biroğlu tarafından yapılan yüksek lisans tezinde hibrit bir aracın içten yanmalı bir araca göre olan yakıt tasarrufunu ve emisyonunu incelemiştir. Tamamlanan bu tez çalışmasında, otomotiv uygulamalarında standart olan CBD ve ECE çevrimleri için yakıt tüketim verileri karşılaştırılmıştır. Buna göre, tam yüklü araç için CBD çevriminde konvansiyonel araca göre %12,92 lik bir yakıt ekonomisi sağlandığı görülmektedir. Yine tam yüklü araç için ECE çevriminde bu değer %22,41 dir. Aracın yolcuları olmadan boş ağırlığı için aynı iterasyonlar tekrarlandığında, CBD çevriminde %24,03 ve ECE çevriminde %25,52 lik bir yakıt ekonomisi değerine ulaşılmıştır. Aynı çalışmanın araç emisyon haritaları uygulanarak tekrarı ile, araç emisyon değerlerindeki değişimlerde net bir şekilde görülebilir[10] yılında Volkan Erginer elektrikli hibrit araçlar ve sürme devreleri tasarımı konusunda yüksek lisans tezi yapmıştır. Bu çalışmada elektrikli araç türleri, farklı yapısal özelliklere sahip hibrit elektrikli araçların özellikleri ve elektrikli araçlarda kullanılan temel bileşenler ayrıntılı şekilde ele alınmıştır. Aracın önemli bileşenlerinden olan DC-DC dönüştürücüler farklı yapılarda ele alınarak etraflıca incelenmiş ve çift yönlü çalışabilen izolasyonlu bir dönüştürücünün en uygun çözüm olduğu sonucuna varılmıştır. Daha sonra elektrikli araçlarda kullanılan elektrik motorları ve bunların kontrol yöntemleri, özellikle sabit mıknatıslı motorlara ağırlık verilerek incelenmiştir. Motor sürme devresinin omurgasını oluşturan inverterler ve inverterlerin farklı çalışma durumları incelenmiş, araç uygulamaları için alan zayıflatma bölgesinde çalışmanın son derece önemli olmasından dolayı kare dalga çalışma ile uzay vektör modülasyonu detaylı şekilde ele alınmıştır. Son olarak da bir araçta kullanılmak üzere seçilmiş sabit mıknatıslı bir senkron motorun amper başına maksimum moment kontrol yöntemiyle simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Simülasyon neticesinde aracın farklı yol durumlarında hız, moment, güç ve akım değerleri elde edilmiştir. Denenen farklı paralel bağlantı sistemleriyle maksimum performansı veren sistem araştırılmış[11].

28 28 Gallen Üniversitesi öğrencisi Theo Lieven, Silke Mühlmeier, Sven Henkel ve Johann F. Waller 2010 yılında elektrikli araçların pazar payını incelemiş ve 50 yıllık pazardaki öngörüyü ve firmaların çalışmalarını rapor etmiştir. Araç fiyatlarını, kullanım maliyetlerini ve tüketicilerin değerlendirme ve eleştirilerini değerlendirmişler[12]. İstanbul Teknik Üniversitesi Fen öğrencisi Sinan Otlu 2010 yılında yüksek lisans tezinde içten yanmalı bir aracı hibrit araca dönüşümünü ve aracın modellenerek test edilmesini çalışmış. Bu model çalışmasında hibrit aracın avantajlarını büyük oranda sunabilen ve aynı zamanda sağladığı yakıt tasarrufu ile maliyetini karşılayabilecek bir çözüm aramış. Oluşturulan model AVL CRUISE programında simüle edilmiştir. Avrupa şehir içi yol şartları modellenerek hem hibrit araç hem de içten yanmalı araç denenmiş ve karşılaştırılmıştır. Hibrit modelin ayrıca rejeneratif frenli ve frensiz halleri diğer koşullar aynı tutularak ayrı ayrı denenmiştir. Sonuç olarak Li-İyon batarya ve rejeneratif fren sistemi en uygun seçim olduğunu tespit etmiştir[13] yılında Yunus DEMİRCİ hibrit araçlarda elektrik motor denetimini incelemiştir. Çalışmada ise model olarak içten yanmalı motor ve elektrik motorunun aynı şaftı paralel olarak sürdüğü bir sistem ele alınmıştır. Batarya olarak Li-ion batarya, elektrik motoru olarak da bir asenkron motor kullanılmıştır. Jeneratör olarak başka makine kullanılmamış, aynı asenkron motor jeneratör modunda çalıştırılarak normal bir araçta frenleme sırasında kaybolan enerjinin bir kısmı geri kazanılmıştır. Asenkron motor denetim yöntemi olarak, alan yönlendirmeli denetim kullanılmıştır. Araç üzerindeki sürtünme ve yol eğiminden gelen kuvvetlerin motora yansıması ve motor torkunun tekerlerde kuvvete dönüşme ilişkisi modellenmiştir. Ayrıca yakıt tasarrufunu ölçmek için batarya şarj durumundaki değişikliğin yakıt karşılığının hesaplanması ile, belli başlı yol ve hız değişimi şartlarında enerji geri kazanımının başarı ölçütleri hakkında bazı tespitlerde bulunulmuştur. Yalnız içten yanmalı motor kullanıldığı durumun simülasyonunda aracın daha

29 29 hafif olduğu unutulmamış, yakıt tüketimi karşılaştırmasının gerçekçi olmasına dikkat edilmiştir.çalışmalarda asenkron motor alan yönlendirmeli kontrol yöntemiyle sürülmüştür. Buna göre jeneratör modundaki geri kazanım oranı, mıknatıslanma akımı referans değeri seçiminden oldukça etkilenmektedir. Liion bataryanın da başarıyla kullanılabileceği model üzerinde gösterilmiştir. Sonuçta kalkış-duruş ve yokuş çıkış-iniş şartlarında cazip yakıt tasarruf oranları elde edilmiştir[14] yılında kimya mühendisi Burcu Aydın yakıt pilli elektrikli araçların tahriki için farklı bataryaları yüksek lisans tezinde incelemiş ve en uygun batarya tipini bulmaya çalışmıştır.yaptığı deneyler sonucunda aşağıdaki ki grafiği elde etmiştir. Şekil 2.3 Batarya enerji yoğunlukları[15] Elde edilen grafik sonucun da nikel metal hidrür, lityum iyon, sodyum nikel klorür gibi yeterli enerji yoğunluğuna sahip bataryalar orta mesafeli araçlarda kullanılabilir. Özellikle çok hızlı şarj olabilen nikel metal hidrür bataryalar uzun mesafe süreleri için dizayn edilmiş hibrit araçlar için ya da sık duraklar boyunca şarj edilebilen otobüsler için idealdir. Özellikle lityum iyon batarya olmak üzere bu batarya tiplerinin fiyatları oldukça yüksektir. Doğal olarak