Elektrikli Tasıtlar - kisi.deu.edu.trkisi.deu.edu.tr/aytac.goren/ELK2015/H13.pdf · Ancak, bu...

Elektrikli Tasıtlar

aytaç gören

18.12.2011 A. Gören 2

•Elektrikli taşıtların yapıları

•Teknik özellikleri

•Parçaları (Motor, sürücü, şarj ünitesi,

bataryalar ve güç işletim sistemleri) •Kullanımları

•Günerkesi taşıtları

•Klasik bir taşıtı elektrikliye çevirme

İÇERİK

Tarihçe

Elektrik ateşlemeli içten yanmalı motorlu ilk taşıt, Karl Benz, 1885.

18.12.2011 A. Gören 3

Tarihçe

Dizel motor, RudolfDiesel, 1892.

Benzinli motor,Nicholas Otto 1876

18.12.2011 A. Gören 4

Tarihçe

Elektrik motorlu ilk taşıt, 1830’lar, İskoçya, Robert Anderson.Şarj olmayan bataryalaı ilk hali.

18.12.2011 A. Gören 5

1915_Detroit_ElectricŞarjlı Aküler

1916_Detroit_ElectricŞarjlı Aküler

Tarihçe

18.12.2011 A. Gören 6

18.12.2011 A. Gören 7

William G. Cobb, General Motors, 1955.

The first solar car invented was a tiny 15-inch vehicle created by

William G. Cobb of General Motors. Called

the Sunmobile, Cobb showcased the first solar

car at the Chicago Powerama convention on

August 31, 1955. The solar car was made up 12

selenium photovoltaic cells and a small Pooleyelectric motor turning a

pulley which in turn rotated the rear wheel

shaft. The first solar car in history was obviously

too small to drive.

18.12.2011 A. Gören 8

Science & Mechanics, August, 1960.

18.12.2011 A. Gören 9

GM EV1 (1996-99)

Elektrik Taşıtların Motorları

İçten yanmalı motorun grafikleri

18.12.2011 A. Gören 10

Elektrik Taşıtların Motorları

İçten yanmalı motorun grafikleri

18.12.2011 A. Gören 11

Elektrik Taşıtların Motorları

İçten yanmalı motorun verimi:Wärtsilä-Sulzer RTA96-C, %50

termal verimi ile termal en yüksek içten yanmalı motor olarak kabul

edilebilir. Bu motor, turbo şarjlı, iki zamanlı, düşük hızlı bir dizel

motordur.Bunun dışında, yüksek verimli dört zamanlı küçük motorların verimi en

çok %43 civarındadır (SAE 900648).Piyasada bulunan taşıtların genelde

benzinli olanların sadece %15’i yakıttaki enerjiyi tekerlek ile yola

aktarırken, dizellerde bu oran %20 civarındadır.

Oysa ki; elektrik motorlarının maksimum verimleri %99,7’e kadar

çıkabilirken, yola aktarılan enerji düşünüldüğünde de %90’ların

üzerine çıkabilmektedir.

109,000 bg (ingiliz)

1820 litre (silindir başına hacim)

Maks. %50termal verim

18.12.2011 A. Gören 12

Elektrik Taşıtların Motorları

Solaris V’in 3 fazlı fırçasız DC motoruna ait karakteristik eğriler

18.12.2011 A. Gören 13

Elektrik Taşıtların Motorları

Motor

Cinsi

Fırçasız DC

Motor

Motor

Maks.

Verimi

% 97

Motor

Nominal

Gücü

2000 Watt

Motor

Tipi

Fırçasız DC -

Direct Drive

Motor

Nominal

Devri

876 RPM

18.12.2011 A. Gören 14

Elektrik Taşıtların Motorları

18.12.2011 A. Gören 15

Gövde ve Şasi

Konvansiyonel taşıtları gövde ve şasi yapısıaçısından incelediğimizde, 1970’lerde 1500-2000 kg civarı yüksüz ağırlığa sahiptaşıtlarken, 1990’lardan sonra alüminyum,plastik ağırlıklı, kıvrılarak şekil verilmiş sacimalat çıkan analizlere göre 1970’lerinüretiminin yerini almaya başlar. Tamponlarplastik ve kompozit dolgulu, motor bloklarıalüminyum, yük taşımayan parçalar(çamurluklar, benzin deposu, pedallar, bazenbagaj kapakları,v.s.) plastik olmaya başlayıncada ağırlıklar 800-1100 kg arasına düşer.Ancak, ortalama 1000 kg’lık bir taşıtın yineortalama 80 kg’lık birisi tarafından günlükulaşımda kullanılması ne kadar verimli birkullanım tarzı olduğu tartışılır. Özellikle de%15 verimli bir taşıt kullanıyorsanız!

18.12.2011 A. Gören 16

Gövde ve Şasi

Şehir içi kullanım için tasarlanan FIAT 126 bis gibi taşıtların ağırlıkları

650 kg’a kadar düşebilmektedir. Aslında, unutulan(ya da göz ardı

edilen) başka bir teknoloji de 1970’lerde

üretilen Anadol’da olduğu gibi örgü

kompozitlerdir. Şöyle ki; örgü olarak karbonun ve

aramidin kullanımı ve vakum destekli infüzyon

yöntemiyle üretimle taşıt ağırlıkları çok daha

aşağılara düşebilmektedir.

18.12.2011 A. Gören 17

Tesla

Menzil: >400km

Batarya grubu: LiPo

Bataryadan tekerleklere aktarılan enerji %92.

Üretim yılı: 2006’da resmi olarak tanıtıldı.

Arka tekerleklerden tahrikli.

0-100km hızlanma 3.7saniye’de.

Motor: 248 bg 3 fazlı dc 4 kutuplu.270 Nm

maks.tork. (32kg)Toplam ağırlık 1235 kg (450kg batarya ve güç

işletim sistemi)

18.12.2011 A. Gören 18

Bataryalar

İlk pil, “Voltaic Pile”, Zn-Cu / NaCl elektrolit, raf ömrü kısa ve

şarj olmayan

1800 Volta

Uzun raf ömürlü ilk pil “Daniel Cell”, Zn-Cu / H2SO4 ve

CuSO4 elektrolit, şarj olmayan

1836 İngiltere John Fedine

İlk elektrikli taşıt, 7km/s hıza sahip, şarj olmayan akülü 1830’lar İskoçya Robert Anderson

İlk şarjlı pil, “kurşun asit”, Pb-PbO2 / H2SO4 elektrolit 1859 Fransa Gaston Plante

First mass produced non-spillable battery, “dry cell”, ZnC-

Mn02 with ammonium disulphate electrolyte, non-

rechargeable

1896 Carl Gassner

Ni-Cd battery with potassium hydroxide electrolyte

invented

1910 İsveç Walmer Junger

First mass produced electric vehicle, with “Edison nickel

iron” NiOOH-Fe rechargeable battery with potassium

hydroxide electrolyte

1914 ABD Thomas Edison ve

Henry Ford

Modern low cost “Eveready (now Energizer) Alkaline” non-

rechargeable battery invented, Zn-MnO2 with alkaline

electrolyte

1955 ABD Lewis Curry

NiH2 long life rechargeable batteries put in satellites 1970s ABD

NiMH batteries invented 1989 ABD

Li Ion batteries sold 1991 ABD

LiFePO4 invented 1997 ABD

18.12.2011 A. Gören 19

Bataryalar

elektrolitanod + katod -

şarj

akım

Şarj

gerilim ve enerji artar

enerji

ısı

ısı

Kimyasal reaksiyon

18.12.2011 A. Gören 20

Bataryalar

elektrolitanod + katod -

yük

akım

Deşarj

gerilim ve enerji azalır

iş

ısı

ısı

Kimyasal reaksiyon

18.12.2011 A. Gören 21

Bataryalar

Çeşit Güç Enerji StabiliteYüksek

SıcaklıkÖmür Zehirlilik Fiyat

LiFePO4 + + + ~ ~ + -

LiCO2 + + - - - + -

NiZn ~ ~ ~ ~ - + ~

NiCd - ~ ~ ~ + - +

PbA AGM + - + ~ - - +

PbA jel ~ - + ~ - - +

PbA sulu ~ - - ~ - - +

18.12.2011 A. Gören 22

Güneş hücreleri güneş enerjisini DC olarak elektrik enerjisine çevirirler. Güneş ışığındaki fotonlar, yarı iletken metal katmanlar arasındaki elektronların bir

katmandan diğerine geçmesi için gerekli enerjiyi sağlarlar. Elektronların bu hareketi elektrik

akımının oluşmasını sağlar.

e

yük

Günes Arabaları

*Wechinger.net’ten alınmıştır.

18.12.2011 A. Gören 23

PV sistemlerin en küçüğü hücredir.Bir hücreli PV sistemler

1 ile 2 Watt enerji üretirler.Birçok hücreyi birleştirip daha fazla enerji

üretebilecek modüler sistemler oluşturabiliriz. Hücreler genellikle

10x10cm ebadındadır. Halen kullanılan değişik yapılarda ve

verimlerde iki çeşit hücre vardır: Silikon ve Galyum Arsenid. Güneş hücreleriyle çalışan

arabalarda, farklı verimlerde ve Mono-Poli Kristal ya da Amorf

yapıdaki Silikon hücreler kullanılırlar.

Günes Panellerı (PV-PhotoVoltaic) Nedir?

18.12.2011 A. Gören 24

Dünya üzerindeki fotovoltaik araştırmaları – en iyi verim

18.12.2011 A. Gören 25

Avrupa Ülkelerinin Güneş Enerjisinden Elektrik Üretme

Potansiyelleri

18.12.2011 A. Gören 26

Elektrikli Tasıtların Tasarımı Üzerine

18.12.2011 A. Gören 27

WT= WL+WR1+WR2+WB+WST

WT Araca etkiyen dirençlerin kuvvetlerinin toplamı [N]WL Hava direnç kuvveti [N]WR1 Birincil yuvarlanma direnç kuvveti [N]WR2 İkincil yuvarlanma direnç kuvveti [N]WB İvme direnç kuvveti [N]WST Yokuş direnç kuvveti [N]

Taşıta etkiyen kuvvetler

Taşıt tasarımında izlenen yol, kalkışta ve son süratte güç ihtiyacının belirlenerek motor, aktarma ve diğer hareket parçalarının

hesaplanması, analizi sonrasında üretimidir. Güneş enerjisi ile çalışan bir taşıtın güç ihtiyacını belirlemek için yukarıdaki denklemler

kullanılabilir.

Elektrikli Tasıtların Tasarımı Üzerine

18.12.2011 A. Gören 28

g

WvNWhxAvCvNCWC

v

PE a

drrrrx

b22

1 22

21

𝑃 = 𝑀𝐶𝑟𝑟1𝑉 +𝑁𝐶𝑟𝑟2𝑉2 +

1

2𝜌𝐶𝑑𝐴𝑉

3

m Aracın kütlesi [kg]η Motor, kontrolcü ve sürücü verimi [ ]ηb Watt-saat batarya verimi [ ]ηPV Güneş paneli verimi []Eb Bataryalardaki kullanılabilir enerji miktarı [joule]Pm Güneş panelinden alınması öngörülen ort. güç [watt]x Günlük gidilecek mesafe [m]

W Aracın ağırlığı [N]Crr1 Birinci yuvarlanma direnci katsayısı [ ]Crr2 İkinci yuvarlanma direnci katsayısı [Ns/m]N Araçtaki tekerlek sayısı [ ]h Aracın tırmanacağı yükseklik [m]

Na Yarış sırasında taşıtın kaç kez hızlanacağı[ ]g yerçekimi ivmesine göre hızlanma [m/s2]v Ortalama hız [m/s]va Gidiş yönüne ters esen ortalama rüzgar hızı [m/s]λ Dönen kütlelerin tesirini içeren faktör [ ]

Güneş enerjisi ile çalışan taşıta etkiyen kuvvetler ve güç ihtiyacı

Solaris 1(2005, rev 1 – 2006, rev.2 – 2007, rev 3 - 2009)

Panel gücü ve Türü:800 Watt, mono kristal silikon Yarıştığı pistler:Formula 1 (İstanbul,2005); İzmir Yarış Pisti (İzmir,2006); Formula 1 (İstanbul,2006)

18.12.2011 A. Gören 29

Solaris 2 (2006, Rev1-2007,Rev2-2010 )

Panel gücü: 920 WattYarıştığı pistler: İzmir Yarış Pisti (İzmir,2006; Formula 1 Pisti, 2006; Ankara 2007; İzmir,2008,2009,2010)

18.12.2011 A. Gören 30

Solaris 2 (2006, Rev1-2007,Rev2-2010 )

18.12.2011 A. Gören 31

Solaris 3(2007)

Panel gücü: 1241 WattYarıştığı pistler: Ankara Eski Hipodrom (Ankara,2007; İzmir 2008, 2009)

18.12.2011 A. Gören 32

Solaris V (2010)

Araç Adı Solaris SmyrnaYapım Yılı 2010Boyutlar 4730 X 1670 X 1020 mm

Ağırlık 270 Kg (Pilot Hariç)

Gövde ve ŞasiMonokok Gövde - Şasi, Cam elyaf epoksi kompozit, PVC köpük ve balsa sandviç yapı

Tekerlek Sayısı 2 Ön, 1 Arka Olmak Üzere Toplam 3 TekerlekLastikler 2 ½ -16” Tubeless

Jantlar 16” Solaris Üretimi 6 Kollu Alüminyum 6061T Jant (Solaris tasarım ve üretimi)P. V. Gücü 984 Watt Peak

P.V. Yerleşimi 616 Adet - 10 cm X 10 cm – 6.16 m2P.V. Verimi % 17

Sistem Nominal Voltajı 88.8 VoltSistem Maks. Voltajı 100.8 Volt

Akü Grubu Gücü 976.8WhAkü Cinsi Li-Polymer

Akü Grubu Özellikleri 24 adet 11Ah Li PoMotor Cinsi Fırçasız DC Motor

Motor Maks. Verimi % 97Motor Nominal Gücü 2000 Watt

Motor Tipi Fırçasız DC - Direct DriveMotor Nominal Devri 876 RPM

MPPT 4 Adet Solaris Grubu ÜretimiMPPT Maks. Verimi % 94

18.12.2011 A. Gören 33

Solaris V (2010)

18.12.2011 A. Gören 34

Eurosolar 2010 – Avusturya Etkinligi

18.12.2011 A. Gören 35

Eurosolar 2010 – Avusturya Etkinligi

18.12.2011 A. Gören 36

Eurosolar 2010 – Avusturya Etkinligi

Villach/Avusturya,Mayıs 2010

18.12.2011 A. Gören 37

Eurosolar 2010 – Avusturya Etkinligi

18.12.2011 A. Gören 38

Eurosolar 2010 – Avusturya Etkinligi

18.12.2011 A. Gören 39

18.12.2011 A. Gören 40

18.12.2011 A. Gören 41

18.12.2011 A. Gören 42

18.12.2011 A. Gören 43

18.12.2011 A. Gören 44

- Taşıtların genel yapıları kompozit malzeme ve alüminyum olacak.- Vitesler – dişli kutuları iptal olacak,- Taşıtlar oldukça hafifleyecek,- Yakıt olarak, yağlayıcı v.b. olarak kullanılan petrol ürünlerinin kullanımı neredeyse tamamı iptal olacak.- Çelik endüstrisinin üretimi oldukça düşecek.- Çevreye daha dost teknolojiler kullanılmaya başlayacak. Burada dikkat edilmesi gereken nokta, elektrikli taşıtların kullanımıyla elektrik enerji ihtiyacı artacağıdır. Ancak, bu kullanım daha verimli bir kullanım tarzı olduğu ve petrolden uzak olduğu düşünüldüğünde, enerji üretiminde yenilenebilir enerji kaynakları ile enerji üretiminin artacağı da göz önüne alınarak bu öngörüde bulunulmuştur.- Seri üretimle birlikte daha da uygun maliyetli taşıtlar.- Kişiye göre özellikleri değişebilen taşıtlar.- Trafik daha sessiz olacak

18.12.2011 A. Gören 45

18.12.2011 A. Gören 46

1. www.teamsolaris.com2. "Physics In an Automotive Engine“3. "Improving IC Engine Efficiency“4. http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_car5. ^ a b Saurin D. Shah (2009). Plug-In Electric Vehicles: What Role for Washington? (1st. ed.).

The Brookings Institution. ISBN 978-0-8157-0305-1. Chapter 2, pp. 29, 37 and 43.6. www.teslamotors.com7. http://www.tpub.com/content/construction/14273/css/14273_293.htm8. www.nbeaa.org9. www.obitet.gazi.edu.tr10. http://en.wikipedia.org/wiki/General_Motors_EV1

18.12.2011 A. Gören 47

18.12.2011 A. Gören 48