Araç servisi için elektrik ve hibrit teknolojileri ne kadar önemli?
ELEKTRİKLİ VE HİBRİT ARAÇLARDA TERMAL YÖNETİM
Elektrikli ve hibrit araçlardaki Termal Yönetim konusunda faydalı temel bilgileri ve pratik ipuçlarını burada bulabilirsiniz.
Aşağıdaki bilgiler, ilgili elektrikli ve hibrit teknolojilere genel bir bakış sağlayacaktır. Temel bilgilerden ve sistem özelliklerinden, termal yönetim çözümlerine ve bakım, onarım ve çekme konusundaki özelliklere kadar. Ayrıca, burada ilgili iş için hangi niteliklerin gerekli olduğu hakkında önemli bilgiler de bulacaksınız.
Önemli güvenlik uyarısı
Çalışmalarında araç servislerine profesyonel destek sağlamak için, aşağıdaki teknik bilgiler ve uygulamaya yönelik ipuçları HELLA tarafından hazırlanmıştır. Bu web sitesinde sağlanan bilgiler, yalnızca uygun şekilde eğitilmiş uzman personel tarafından kullanılmalıdır.
İÇİNDEKİLER
ARAÇ SERVİSİ İÇİN ELEKTRİK VE HİBRİT TEKNOLOJİLERİ NE KADAR ÖNEMLİ?: GİRİŞ
2018’de dünya çapında ilk kez 2 milyondan fazla elektrikli otomobil ve plug-in (fişli) hibrit satıldı. 2,1 milyon araç satılarak pazar payları tüm yeni kayıtların yüzde 2,4’üne yükseldi ve bu eğilim yükselmeye devam ediyor. (Otomotiv Yönetim Merkezi)
Örneğin Norveç’te pazar payı zaten %50!
Uluslararası Enerji Ajansı’na (IEA) göre, elektrikli ve hibrit mobilitenin büyümesi esas olarak satış primleri, içten yanmalı motorlara sahip otomobillerde yerel sürüş yasakları veya temiz hava düzenlemeleri gibi hükumet programları tarafından yönlendiriliyor. Otorite, e-araçları, emisyonları azaltmaya yönelik uzun vadeli sürdürülebilirlik hedeflerine ulaşmak için kullanılabilecek birkaç güncel sürücü teknolojisinden biri olarak görmektedir. Pricewaterhouse-Coopers yönetim danışmanlığı tarafından yapılan bir araştırmaya göre, 2030 yılında Avrupa’da trafiğe çıkan her üç yeni araçtan biri elektrikli otomobil olabilecektir.
Bu nedenle, elektrikli, hibrit veya hidrojen teknolojilerine sahip araçların gerçekten hakim olup olmayacağı artık bir soru değil. Yakında sokaklarımızda günlük hayatın bir parçası olacaklar.
Bu araçların da servis ve onarımlarının yapılması gerekecek ve termal yönetim konusu giderek daha karmaşık hale gelecek. Bataryanın ve güç elektroniğinin sıcaklık kontrolü, araç içinin ısıtılması ve soğutulması kadar önemli bir rol oynar. Bu tür tahrik sistemleri için klima bileşenleri de gereklidir ve klima sisteminin bataryaların ve elektronik aksamların soğutulması üzerinde doğrudan veya dolaylı bir etkisi olduğundan, bunların önemi artmaktadır. Bu nedenle “Klima bakımı” konusu gelecekte daha da önemli bir rol oynayacaktır.
HİBRİT TEKNOLOJİLERE GENEL BAKIŞ: KARŞILAŞTIRMA
“Hibrit” terimi, karışım veya kombinasyon anlamına gelir. Araç teknolojisinde, bu terim, standart tahrik teknolojisine sahip bir içten yanmalı motorun, bir elektrikli aracın elemanları ile tek bir araçta birleştirildiği anlamına gelir.
Hibrit teknolojisi, üç adımda teknik olarak giderek daha talepkâr hale geliyor: mikrodan, hafif ve tam hibrit teknolojiye. Teknik farklılıklara rağmen, tüm teknolojilerin ortak noktası, kullanılan bataryanın frenleme enerjisinin geri kazanılmasıyla şarj edilmesidir.
Şu anda tam hibrit araçların tipik temsilcileri Toyota Prius, BMW ActiveHybrid X6 (E72) veya VW Touareg Hybrid’dir. Öte yandan, BMW ActiveHybrid 7 ve Mercedes S400 (F04), birer hafif hibrit örneğidir.
| Micro Hybrid (Mikro hibrit) | Mild Hybrid (Hafif hibrit) | Full Hybrid (Tam hibrit) | |
|---|---|---|---|
| Elektromotorun / alternatörün gücü | 2 - 3 KW (alternatör aracılığıyla fren enerjisi geri kazanımı) | 10 - 15 KW | > 15 KW |
| Voltaj aralığı | 12 V | 42 – 150 V | > 100 V |
| Geleneksel motorlu araçlara kıyasla elde edilebilir yakıt tasarrufu | < %10 | < %20 | > %20 |
| Yakıt tasarrufuna katkı sağlayan özellikler | – Start/Stop İşlevi – Reküperasyon | – Start/Stop İşlevi – Boost İşlevi – Reküperasyon | – Start/Stop İşlevi – Boost İşlevi – Reküperasyon – Elektrikli sürüş |
Genel bakıştan da anlaşılacağı üzere, her bir teknolojinin yakıt tasarrufuna katkı sağlayan farklı işlevleri bulunmaktadır. Bu dört fonksiyon aşağıda kısaca açıklanmıştır.
Start/Stop işlevi
Araç örneğin trafik ışıklarında veya trafik sıkışıklığında durduğunda içten yanmalı motor kapanır. Kalkış için debriyaja basıldığında ve birinci vitese takıldığında, içten yanmalı motor otomatik olarak devreye girer. Bu, aracın hemen tekrar sürüşe başlamaya hazır olduğu anlamına gelir.
Araç durur - motor otomatik olarak kapanır.
Debriyaja basın, vitese takın - motor otomatik olarak çalışır.
Reküperasyon (Geri kazanım)
Geri kazanım, frenleme enerjisinin bir kısmının geri kazanıldığı teknolojidir. Normalde, bu enerji frenleme sırasında termal enerji olarak kaybedilir. Geri kazanım durumunda ise, aracın alternatörü, normal tekerlek frenlerine ek olarak motor freni olarak kullanılır.
Yavaşlama sırasında alternatör tarafından üretilen enerji, elektrik toplama birimine (batarya) beslenir. Bu işlem özellikle motorun sürtünme torkunu artırarak aracı yavaşlatır.
Fren yapan araç - batarya daha fazla güçle şarj edilir
Boost (Güçlendirme) işlevi
Hızlandırma aşamasında, içten yanmalı motorun ve elektrik motorunun mevcut torkları birleştirilir. Bu, hibrit bir aracın, geleneksel olarak çalışan benzer bir araca göre daha hızlı ivmelenebileceği anlamına gelir.
Boost işlevi, kalkış sırasında yardımcı olmak için kullanılır ve sollama sırasında daha fazla güç verilmesini sağlar. Bu güç, bu iki uygulama için özel olarak kullanılabilmesini sağlayan bir elektrikli yardımcı tahrik sistemi tarafından üretilir. Örnek olarak: VW Touareg Hybrid modelinde bu, 34 kW’lık bir güç artışı anlamına gelir.
Boost işlevi - İçten yanmalı motor ve elektrik motoru aracı çalıştırır
Elektrikli sürüş
Örneğin şehir içi trafikte olduğu gibi düşük bir tahrik gücü gerekiyorsa, sadece elektrik motoru tahrik ünitesi olarak görev yapar. İçten yanmalı motor kapatılır. Bu tip sürüşün avantajları: yakıt tüketimi ve emisyon olmamasıdır.
Araçtaki bu teknolojiler sayesinde, günlük işlerinizde de göz önünde bulundurmanız gereken değişen koşullar bulunmaktadır.
Elektrikli sürüş - sadece elektrik motoru ile çalıştırma
Araç elektrik sistemindeki elektrik voltajı
Elektrikli/hibrit bir aracın elektrikli tahrik sisteminin karşılaması gereken gereksinimler ve performans seviyeleri, 12 veya 24 volt voltaj aralıklarıyla elde edilemez. Burada önemli ölçüde daha yüksek voltaj aralıkları gereklidir.
Yüksek gerilim sistemlerine sahip araçlar, 30 volt ile 1000 volt AC (alternatif gerilim) veya 60 V ile 1500 V DC (doğru akım gerilimi) voltajları ile tahrik ve yardımcı üniteleri çalıştıran araçlardır. Bu, çoğu elektrikli ve hibrit araç için geçerlidir
ELEKTRİKLİ ARAÇLARDAKİ YÜKSEK VOLTAJ SİSTEMLERİ: İŞLEV
Tanıma göre, elektrikli araç, bir elektrik motoru ile çalışan bir motorlu araçtır. Hareketi için gerekli elektrik enerjisi, bir yakıt hücresinden veya bir menzil genişleticiden (range extender) değil, bir tahrik bataryasından (akümülatör) elde edilir. Elektrikli otomobilin kendisi çalışma sırasında ilgili herhangi bir kirletici madde yaymadığından, sıfır emisyonsuz araç olarak sınıflandırılır.
Elektrikli araçta tekerlekler elektrikli motorları ile tahrik edilir. Elektrik enerjisi, akümülatörlerde bir veya daha fazla tahrik veya besleme için kullanılan bataryada depolanır.
Elektronik olarak kontrol edilen elektrik motorları, dururken bile maksimum torku sağlayabilirler. İçten yanmalı motorların aksine, genellikle manuel şanzımana ihtiyaç duymazlar ve düşük devir aralığında bile güçlü bir şekilde hızlanabilirler. Elektrik motorları benzinli veya dizel motorlardan daha sessizdir, neredeyse titreşimsizdir ve zararlı egzoz gazları yaymazlar. Verimlilikleri %90’ın çok üzerindedir.
İçten yanmalı motorun çeşitli yapı gruplarının (motor, şanzıman, depo) ihmal edilmesinden kaynaklanan ağırlık azalması, akümülatörlerin nispeten yüksek ağırlığı ile dengelenir. Bu nedenle elektrikli araçlar genellikle içten yanmalı motorlara sahip ilgili araçlardan daha ağırdır. Bataryanın/bataryaların kapasitesi, aracın ağırlığı ve fiyatı üzerinde yüksek bir etkiye sahiptir.
Geçmişte elektrikli araçların tek batarya şarjı ile kısa bir menzilleri vardı. Ancak son zamanlarda, menzili birkaç yüz kilometreye ulaşabilen elektrikli otomobillerin sayısı arttı, örneğin: Tesla Model S, VW e-Golf, Smart electric drive, Nissan Leaf, Renault ZOE, BMW i3.
Elektrikli araçların menzilini daha da artırmak için, bazen elektrik akımı üretmek amacıyla ek üniteler (genellikle bir içten yanmalı motor şeklinde) kullanılır. Burada “menzil genişletici” veya “Range Extender” olarak bilinen sistemlerden bahsedilmektedir.
KONU İLE İLGİLİ VİDEO
Yüksek voltaj sistemlerine sahip araçlar: Güvenlik talimatları ve bileşenler
Video, örnek olarak bir elektrikli aracın bileşenlerini göstermekte ve yüksek voltajlı sistemlerin nasıl kullanılacağı hakkında bilgi sağlamaktadır
Elektrikli araçlarda iklimlendirme ve soğutma
Elektrikli bir aracı özellikle yüksek bir verimlilik düzeyi ile çalıştırabilmek için, elektrik motoru, güç elektroniği ve batarya için optimum sıcaklık aralığını korumak gerekir. Bunu sağlamak için, gelişmiş bir termal yönetim sistemi gereklidir:
Soğutucu madde bazlı sistem (veya doğrudan batarya soğutması)
Soğutucu madde bazlı devre
Soğutucu madde bazlı sistemin devresi, aşağıdaki ana bileşenlerden oluşur: Kondansatör, evaporatör ve batarya ünitesi (pil hücreleri, soğutma plakası ve elektrikli yardımcı ısıtıcı). Klima sisteminin soğutucu madde devresi tarafından beslenir ve valfler ve sıcaklık sensörleri aracılığıyla ayrı olarak kontrol edilir. Her bir bileşenin çalışma prensibi, soğutma sıvısı ve soğutucu madde bazlı sistemin (b) açıklamalarında verilmiştir.
Soğutma sıvısı ve soğutucu madde bazlı devre (veya dolaylı batarya soğutma)
Soğutma sıvısı ve soğutucu madde bazlı devre
Bataryalar ne kadar güçlüyse, nispeten karmaşık soğutma sıvısı ve soğutucu madde bazlı devrenin kullanımı da o kadar anlamlıdır.
Tüm soğutma sistemi, her birinin kendi radyatörü (düşük sıcaklık radyatörü), bir soğutma sıvısı pompası, termostatı ve soğutma sıvısı kesme valfi olan birkaç devreye bölünmüştür. Klima sisteminin soğutucu madde devresi de özel bir ısı eşanjörü (soğutucu) ile entegre edilmiştir. Yüksek voltajlı soğutma sıvısı ısıtıcısı, düşük dış ortam sıcaklıklarında bataryanın yeterli bir şekilde ısıtılmasını sağlar.
Elektrik motoru ve güç elektroniği için soğutma sıvısının sıcaklığı, düşük sıcaklık radyatörü yardımıyla ayrı bir devrede (grafikteki iç devre) 60 °C’nin altında tutulur. Tam güce ulaşmak ve mümkün olan en uzun hizmet ömrünü sağlamak için, bataryanın soğutma sıvısı sıcaklığını her zaman yaklaşık 15 °C ile 30 °C arasında tutmak gerekir. Sıcaklıklar çok düştüğünde, soğutma sıvısı yüksek voltajlı bir yardımcı ısıtıcı aracılığıyla ısıtılır. Sıcaklıklar çok yükseldiğinde, bir düşük sıcaklık radyatörü aracılığıyla soğutulur. Bu yeterli olmazsa, hem soğutma sıvısı hem de soğutucu madde devrelerine entegre edilmiş bir soğutucu aracılığıyla, soğutma sıvısı daha da soğutulur. Burada, klima sisteminin soğutma sıvısı soğutucu aksamdan akar ve aynı şekilde soğutucu aksamdan geçen soğutucu maddeyi daha da soğutur. Tüm kontrol ayrı termostatlar, sensörler, pompalar ve valfler yardımıyla gerçekleştirilir.
Soğutma sıvısı ve soğutucu madde bazlı devre
Elektrikli araçlar için soğutma sıvısı ve soğutucu madde bazlı devre çok karmaşıktır. Bu durumda, tüm soğutma sistemi burada daha ayrıntılı olarak açıklanan çok sayıda alt devreye ayrılmıştır.
Bileşen açıklaması
İklimlendirme
Yüksek verimlilikleri nedeniyle, elektrikli tahrik sistemleri çalışma sırasında çevreye çok az ısı yayar ve hareketsizken hiç ısı yaymaz. Bu nedenle, aracı düşük dış sıcaklıklarda ısıtmak veya camlardaki buzu çözmek için ilave ısıtıcılar gereklidir. Bunlar ek enerji tüketicilerini temsil eder ve yüksek enerji tüketimleri nedeniyle çok önemlidirler. Bataryada depolanan enerjinin bir kısmını tüketirler, bu da özellikle kış aylarında menzili önemli ölçüde etkiler. Havalandırma sistemine entegre edilen elektrikli yardımcı ısıtıcılar basit, etkili ama aynı zamanda çok enerji yoğun bir formu temsil etmektedir. Bu nedenle, artık enerji tasarruflu ısı pompaları da kullanılmaktadır. Yaz aylarında soğutma için klima sistemi olarak da kullanılabilirler. Koltuk ısıtıcıları ve ısıtmalı camlar, ısıyı doğrudan ısıtılacak alanlara iletir ve böylece iç mekanın ısıtma ihtiyacını da azaltırlar. Elektrikli otomobiller durma sürelerini genellikle şarj istasyonlarında geçirirler. Orada, yolculuk başlamadan önce bataryaya yük bindirmeden istenilen araç sıcaklığına ulaşılabilir. Hareket halindeyken, ısıtma veya soğutma için önemli ölçüde daha az enerji gerekir. Bu arada, ısıtmanın uzaktan kontrol edilebildiği akıllı telefon uygulamaları da sunulmaktadır.
Şarj ve deşarj yönetimi
Şarj ve deşarj kontrolü, sıcaklık izleme, menzil tahmini ve teşhis işlemlerini üstlenen akümülatörler için farklı yönetim sistemleri kullanılmaktadır. Kullanım ömrü esas olarak kullanım koşullarına ve çalışma sınırlarına uyulmasına bağlıdır. Sıcaklık yönetimi de dahil olmak üzere batarya yönetim sistemleri, akümülatörlerin zararlı ve muhtemelen güvenlik açısından kritik aşırı şarjını veya derin deşarjını ve kritik sıcaklık koşullarını önler. Her bir batarya hücresinin izlenmesi, diğer hücrelerde bir arıza veya hasar oluşmadan önce tepki verilmesine olanak tanır. Durum bilgileri ayrıca bakım amacıyla saklanabilir ve bir hata durumunda sürücüye ilgili mesajlar verilebilir.
Prensip olarak, günümüzde çoğu elektrikli otomobilin batarya kapasitesi, kısa ve orta menzilli mesafelerin çoğunluğu için yeterlidir. Massachusetts Teknoloji Enstitüsü tarafından 2016 yılında yayınlanan bir araştırma, mevcut standart elektrikli otomobil yelpazesinin tüm yolculukların %87’si için yeterli olduğu sonucuna varmıştır. Bununla birlikte, menziller güçlü bir şekilde değişkenlik göstermektedir. Elektrikli aracın hızı, dış ortam sıcaklığı ve özellikle ısıtma ve klima kullanımı, hareket menzilinde önemli bir azalmaya yol açar. Ancak, giderek kısalan şarj süreleri ve şarj altyapısının sürekli genişlemesi, elektrikli otomobillerin hareket sahasını daha da artırmayı mümkün kılıyor.
ELEKTRİKLİ VE HİBRİT ARAÇLAR ÜZERİNDE ÇALIŞIRKEN TEMEL KURAL: PRATİK İPUÇLARI
Elektrikli ve hibrit araçlarda yüksek voltaj bileşenlerinin kullanılması kaçınılmazdır. Bunlar tek tip uyarı işaretleriyle tanımlanır. Ayrıca, üreticiden bağımsız olarak tüm yüksek voltaj hatları parlak turuncu renkte tasarlanmıştır.
Yüksek voltaj sistemlerine sahip araçlarda çalışırken aşağıdaki prosedür geçerlidir:
1. Elektrik sistemini tamamen kapatın
2. Akımın tekrar açılmasına karşı emniyete alın
3. Voltaj olmadığını kontrol edin
Araç üreticilerinin teknik özelliklerini ve servis ipuçlarımızı dikkate alın!
Bir atölye (çalışanı) olarak nelere dikkat etmeliyim?
- Aracın çalıştırılması ve hareket ettirilmesi: Yüksek voltaj sistemine sahip bir aracı sürmek için -sadece servisten veya servise kadar olsa bile- ilgili kişi bilgilendirilmelidir
- Servis ve bakım: Yüksek voltajlı araçlardaki servis ve bakım çalışmaları (tekerlek değiştirme, muayene işlemleri) yalnızca bir “YV kendinden emniyetli araçlarda çalışma uzmanı” tarafından bu yüksek voltajlı sistemlerin tehlikeleri hakkında önceden bilgilendirilmiş ve buna göre talimat verilmiş kişiler tarafından gerçekleştirilebilir
- Yüksek voltajlı bileşenleri değiştirme: Klima kompresörü gibi yüksek voltajlı bileşenleri değiştiren kişiler, uygun niteliklere sahip olmalıdır (YV kendinden emniyetli araçlarda çalışma uzmanı)
- Bataryanın değiştirilmesi: Gerilim taşıyan yüksek voltaj bileşenlerinin (batarya) onarımı veya değiştirilmesi özel nitelik gerektirir.
- Yol yardımı / çekme / kurtarma: Yüksek voltajlı araçlarda arıza yardımı yapan veya çeken veya kurtaran herkesin, araçların yapısı, çalışma prensibi ve yüksek voltaj sistemleri hakkında eğitim almış olması gerekir. Ayrıca, araç üreticilerinin ilgili talimatları önceden dikkate alınmalıdır. Yüksek voltaj bileşenlerinin (batarya) hasar görmesi durumunda, itfaiyeye başvurulmalıdır
İÇ İKLİMLENDİRME: TEMEL BİLGİLER
İçten yanmalı motora sahip klasik sürüş konseptlerinde, mekanik olarak tahrik edilen kompresör nedeniyle, kabin iklimlendirmesi doğrudan motorun çalışmasına bağlıdır. Kayış tahrikli kompresörler, uzman çevrelerde mikro hibrit olarak adlandırılan ve sadece Start/Stop işlevine sahip araçlarda da kullanılır. Buradaki sorun, araç durduğunda ve motor kapatıldığında, klima sisteminin evaporatör çıkışındaki sıcaklığın sadece 2 saniye sonra artmaya başlamasıdır. Havalandırma sisteminin çıkış sıcaklığındaki yavaş artışın yanı sıra hava nemindeki artış, araçtaki yolcular tarafından rahatsız edici olarak algılanır.
Bu sorunu gidermek için, yeni geliştirilen ve depolama evaporatörleri olarak adlandırılan soğuk depolayıcılar kullanılabilir.
Depolama evaporatörü iki bloktan oluşur: bir evaporatör bloku ve bir depolama bloku. Soğutucu madde, çalıştırma aşamasında veya motor çalışırken her iki bloktan da akar. Bu arada, evaporatörde bulunan kapalı bir bölüm, donma noktasına kadar soğutulur. Bu sayede bir soğuk depolayıcı haline gelir.
Durdurma (Stop) aşamasında motor kapatılır ve kompresör çalıştırılmaz. Evaporatörden geçen sıcak hava soğur ve ısı değişimi gerçekleşir. Bu değişim, kapalı bölüm tamamen çözülene kadar devam eder. Sürüşe devam edildikten sonra, depolama evaporatörünün sadece bir dakika sonra havayı tekrar soğutabilmesi için süreç yeniden başlar.
Depolama evaporatörü bulunmayan araçlarda, çok sıcak havalarda kısa bir süre durduktan sonra bile motoru yeniden çalıştırmak gerekir. İç soğutma ancak bu şekilde sağlanabilir.
Aracın kabin iklimlendirmesi, benzer şekilde ihtiyaç halinde yolcu bölümünün ısıtılmasını da içerir. Tam hibrit araçlarda, elektrikli sürüş aşamasında içten yanmalı motor kapatılır. Su devresinde bulunan artık ısı, kabini sadece kısa bir süre ısıtmak için yeterlidir. Destek olarak, ısıtma işlevini üstlenen yüksek voltajlı yardımcı hava ısıtıcıları açılır. Çalışma şekli, bir saç kurutma makinesinin çalışma şekline benzer: kabin fanı tarafından emilen hava, ısıtma elemanlarının arasından geçerken ısıtılır ve daha sonra kabine akar
Depolama evaporatörü
Şematik diyagram – Depolama evaporatörü: 1 40 mm derinliğinde evaporatör bloku, 2 15 mm derinliğinde depolama bloku, 3 Soğutucu madde, 4 Gizli ortam, 5 Kör perçin
YÜKSEK VOLTAJ KOMPRESÖRÜ: İŞLEV
Yüksek voltaj kompresörünün işlevi
Tam hibrit teknolojisine sahip araçlarda, içten yanmalı motorun çalışmasına bağlı olmayan elektrikli yüksek voltaj kompresörleri kullanılır. Bu yeni tahrik konsepti sayesinde, araç iklimlendirmesi alanında konfor artışı sağlayan işlevler mümkün olur.
Sürüşe başlamadan önce, ısınmış durumdaki kabini istenen sıcaklığa önceden soğutmak mümkündür. Bunu uzaktan kumanda ile etkinleştirmek de mümkündür.
Bu bağımsız soğutma, sadece kullanılabilir batarya kapasitesine bağlı olarak gerçekleştirilebilir. Kompresör bu sırada ihtiyaç duyulan iklimlendirme gereksinimleri dikkate alınarak, mümkün olan en düşük güçle kontrol edilir.
Günümüzde kullanılan yüksek voltaj kompresörlerinde güç kontrolü, 50 dev./dk.’lık kademelerle devir sayısı ayarlaması yapılarak gerçekleştirilmektedir. Bu nedenle dahili güç kontrolünden vazgeçilebilir.
Kayış tahrikli kompresörlerin alanında eskiden kullanılan yalpa diski prensibinin aksine, yüksek voltaj kompresörlerinde soğutucu maddenin sıkıştırılması için salyangoz (scroll) prensibi kullanılır. Bunun avantajları, yaklaşık %20 oranında ağırlıktan tasarruf edilmesi ve eşit güç için silindir hacminin aynı miktarda azalmasıdır.
Elektrikli kompresörün tahriki için yeterli büyüklükte tork üretmek için burada 200 Volttan fazla doğru akım voltajı kullanılır ve bu voltaj, motorlu araç sektörü için çok yüksek bir voltajdır. Elektrik motoru ünitesine entegre edilen invertör (güç çevirici) bu doğru akım voltajını fırçasız elektrik motoru tarafından ihtiyaç duyulan üç fazlı alternatif akım voltajına dönüştürür. İnvertörün ve motor sargılarının gerekli ısı dağılımı, soğutucu maddenin emiş tarafına geri akışı ile sağlanır.
BATARYANIN SICAKLIK YÖNETİMİ: KARŞILAŞTIRMA
Batarya, elektrikli ve hibrit bir aracın çalışması için gereklidir. Tahrik için gereken yüksek miktarda enerjiyi hızlı ve güvenilir bir şekilde sağlamalıdır. Bunlar çoğunlukla lityum iyon ve nikel metal hibrit yüksek voltajlı bataryalardır. Bu, hibrit araç bataryalarının boyutunu ve ağırlığını daha da azaltır.
Kullanılan bataryaların kesinlikle belirli bir sıcaklık aralığında çalıştırılması gereklidir. Hizmet ömrü +40 °C veya daha yüksek çalışma sıcaklığında azalırken, -10 °C’nin altındaki sıcaklıklarda verim azalır ve performans düşer. Ek olarak, bireysel hücreler arasındaki sıcaklık farkı belirli bir değeri aşmamalıdır.
Geri kazanım ve Boosting (güçlendirme) gibi yüksek akımlarla bağlantılı olarak kısa süreli tepe yükleri, hücrelerin sıcaklığında önemli bir artışa yol açar. Ayrıca, yaz aylarındaki yüksek dış ortam sıcaklıkları, sıcaklığın hızla 40 °C’lik kritik değere ulaşmasına katkı sağlar.
Sıcaklığın aşılmasının sonucu, bataryanın daha hızlı yaşlanması ve buna bağlı olarak erken arızalanmasıdır. Araç üreticileri, hesaplanan batarya ömrünün 1 araç ömrü (yaklaşık 8-10 yıl) olmasını sağlamaya çalışmaktadır. Bu nedenle, yaşlanma sürecine ancak uygun bir sıcaklık yönetimi ile karşı konulabilir.
Şimdiye kadar üç farklı sıcaklık yönetimi seçeneği kullanılmıştır.
Seçenek 1
Hava, iklimlendirilen araç kabininden çekilir ve bataryayı soğutmak için kullanılır. Aracın içinden emilen soğuk havanın sıcaklığı, 40 °C’nin altındadır. Bu hava, batarya grubunun serbestçe erişilebilen alanlarının etrafından dolaşmak için kullanılır.
Bu seçeneğin dezavantajları şunlardır:
- Düşük soğutma verimliliği.
- Araç kabininden emilen hava, sıcaklığı eşit olarak azaltmak için kullanılamaz.
- Havayı yönlendirmek için önemli bir çaba gerekir.
- Araç kabininde fandan kaynaklanan rahatsız edici sesler oluşabilir.
- Yolcu kabini ile batarya arasında hava kanalları aracılığıyla doğrudan bir bağlantı vardır. Bu durum, güvenlik nedeniyle (örneğin batarya gazının çıkması) sorunlu olarak sınıflandırılmalıdır.
- Göz ardı edilmemesi gereken bir diğer faktör de aracın iç kısmından gelen havanın da toz içermesi nedeniyle, bataryaya kir girme riskidir. Toz, hücreler arasında birikir ve yoğuşan hava nemi ile birlikte iletken bir tabaka oluşturur. Bu katman, bataryada kaçak akım oluşumunu kolaylaştırır.
Bu tehlikeyi önlemek için, emilen hava filtrelenir. Alternatif olarak, hava soğutması, lüks sınıf araçlardaki ayrı arka klima sistemlerine benzer şekilde ayrı bir küçük klima ünitesi tarafından da gerçekleştirilebilir.
Seçenek 2
Batarya hücresinin içine entegre edilmiş özel bir evaporatör plakası, araçtaki klima sistemine bağlıdır. Bu, boru hatları ve bir genleşme valfi aracılığıyla yüksek ve düşük basınç taraflarındaki bölme işlemi olarak adlandırılan işlemde gerçekleşir. Böylece, kabin evaporatörü ile bataryanın geleneksel bir evaporatör gibi çalışan evaporatör plakası, tek ve aynı devreye bağlıdır.
İki evaporatörün farklı görevleri nedeniyle, buna uygun soğutucu madde akışında farklı gereksinimlerle sonuçlanır. Kabin soğutma sistemi yolcuların konfor gereksinimlerini karşılayacak şekilde tasarlanırken, yüksek voltajlı batarya sürüş koşullarına ve ortam sıcaklığına bağlı olarak daha fazla veya daha az soğutulması gerekir.
Bu gereksinimler, buharlaştırılmış soğutucu madde miktarının karmaşık kontrolü için belirleyici faktörlerdir. Evaporatör plakasının özel tasarımı ve bataryaya entegrasyonu sayesinde, ısı değişimi için geniş bir temas yüzeyi sağlanır. Bu sayede, kritik üst maksimum sıcaklık olan 40 °C’nin aşılmaması sağlanabilir.
Çok düşük dış ortam sıcaklıklarında, bataryanın en az 15 °C’lik ideal sıcaklığına çıkarılması gerekir. Ancak bu durumda evaporatör plakası katkı sağlayamaz. Soğuk bir batarya, doğru sıcaklığa sahip bir bataryadan daha az güçlüdür ve sıcaklıklar donma noktasının önemli ölçüde altına düştüğünde, bataryayı şarj etmek de zordur. Hafif hibrit bir araçta bu tolere edilebilir: Aşırı durumlarda, hibrit işlevi sadece sınırlı bir ölçüde kullanılabilir. Bununla birlikte, içten yanmalı motorla sürüş yapmak hâlâ mümkündür. Öte yandan, kışın her durumda aracın çalıştırılabilmesi ve sürülebilmesi için, tamamen elektrikli araçlar bir batarya ısıtıcısı ile donatılmalıdır.
Not
Doğrudan bataryaya entegre edilen evaporatör plakaları tek tek değiştirilemez. Bu nedenle, hasar durumunda daima tüm batarya değiştirilmelidir.
Seçenek 3
Yüksek kapasiteli bataryalarda doğru sıcaklık kontrolü önemli bir role sahiptir. Bu yüzden, çok düşük sıcaklıklarda ideal sıcaklık aralığına getirmek için, bataryanın ek olarak ısıtılması gerekir. “Elektrikli sürüş” modunda, yalnızca bu aralıkta tatmin edici bir menzile ulaşılabilir.
Bu ek ısıtmayı gerçekleştirmek için, batarya ikincil bir devreye entegre edilir. Bu devre, 15 °C - 30 °C aralığındaki ideal çalışma sıcaklığının her zaman korunmasını sağlar.
Akümülatör blokuna entegre edilmiş olan soğutma plakasının içinden su ve glikolden oluşan bir soğutucu madde akar (yeşil devre). Düşük sıcaklıklarda soğutucu madde ideal sıcaklığa ulaşmak için bir ısıtıcı aracılığıyla hızlıca ısıtılabilir. Hibrit işlevlerinin kullanımı sırasında bataryada bir sıcaklık artışı olursa, ısıtıcı kapatılır. Soğutma sıvısı daha sonra aracın ön tarafında bulunan batarya soğutucu veya sürüş rüzgarını kullanan bir düşük sıcaklık radyatörü aracılığıyla soğutulabilir.
Batarya soğutucusu tarafından sağlanan soğutmanın yüksek sıcaklıklarda yeterli olmaması durumunda, soğutucu madde özel bir ısı eşanjörünün içerisinden geçer. Bu eşanjörde, araç klima sisteminden gelen soğutucu madde buharlaştırılır. Ayrıca ısı, kompakt ve yüksek güç yoğunluğuna sahip bir biçimde ikincil devreden buharlaştırılan soğutucu maddeye aktarılabilir. Böylece soğutucu maddenin ilave olarak soğutulması gerçekleşir. Özel ısı eşanjörünün kullanımı sayesinde, batarya verimlilik açısından optimum sıcaklık aralığında işletilebilir.
ELEKTRİKLİ VE HİBRİT ARAÇLARIN ONARIMI İÇİN GEREKLİ EĞİTİMLER: BİLİNMESİ GEREKENLER
Elektrikli ve hibrit araçlarda bulunan karmaşık termal yönetim sistemlerinin bakımı ve onarımı için, sürekli ileri eğitim şarttır. Örneğin Almanya’da, bu tür yüksek voltajlı sistemler üzerinde çalışan kişiler, “Yüksek voltajlı (YV) kendinden emniyetli araçlarda çalışma uzmanı” olarak, 2 günlük ek bir eğitime ihtiyaç duyarlar.
Burada edinilen bilgiler, bir yandan sistem üzerinde gerekli çalışmalar sırasındaki riskleri tahmin etmeyi, diğer yandan çalışma süresi boyunca voltaj olmamasını sağlamayı mümkün kılar. Uygun eğitim olmadan, yüksek voltaj sistemleri veya bileşenleri üzerinde çalışmalar yapmak yasaktır. Gerilim taşıyan yüksek voltaj bileşenlerinin (batarya) onarımı veya değiştirilmesi özel nitelik gerektirir.
ELEKTRİKLİ VE HİBRİT ARAÇLARIN BAKIMI: SERVİS İPUÇLARI
Genel muayene ve onarım çalışmaları (örneğin egzoz sistemleri, lastikler, amortisörler, yağ değişimi, lastik değişimi vb. gibi) sırasında da özel bir durum ortaya çıkar. Bu çalışmalar yalnızca “YV kendinden emniyetli araçlarda çalışma uzmanı”
tarafından bu yüksek voltajlı sistemlerin tehlikeleri hakkında önceden bilgilendirilmiş ve buna göre talimat verilmiş çalışanlar tarafından yapılabilir. Ayrıca, mutlaka araç üreticilerinin belirttiği spesifikasyonlara uygun aletler kullanılmalıdır!
Araç servis işletmeleri elektrikli ve hibrit araçların işletilmesi, bakımı ve onarımı ile ilgili olarak tüm çalışanları bilgilendirmelidir. Lütfen ilgili ülkeye özgü koşullara dikkat edin.
Yüksek voltajlı sistemler üzerinde çalışmak için aletler
ELEKTRİKLİ VE HİBRİT ARAÇLARIN YOL YARDIMI, ÇEKİLMESİ VE KURTARILMASI: SERVİS İPUÇLARI
Yüksek voltajlı sistemlere (YV) sahip araçların sürücüleri, bir arıza durumunda bile doğrudan elektrik tehlikelerine maruz kalmaz. Araç üreticileri tarafından alınan çok sayıda önlem, YV sistemini güvence altına almaktadır.
Arızaların giderilmesi için YV sistemine herhangi bir müdahalede bulunulmadığı sürece, YV sistemli araçlarda yol yardımı da zararsızdır.
Bununla birlikte, yol yardımı durumunda veya bir kaza nedeniyle hasar gören veya kardan ve sudan çekilmesi gereken araçları çekerken tehlikeler oluşabilir. Elektrik çarpması veya ark nedeniyle oluşabilecek tehlikelere karşı korunmak için araçların iç güvenliği çok yüksek olmasına rağmen, her hasar durumunda tam veya %100 güvenlik sağlanamamaktadır. Şüphe durumunda, araç üreticilerinin ilgili bilgileri dikkate alınmalı veya talep edilmelidir.
Araçta yüksek voltaj sistemi olduğunu nasıl anlarım?
- Gösterge paneli veya araç üzerindeki yazılardan
- Turuncu renkli yüksek voltaj kablolarından (çizime bakın). Genel bir kural olarak: Yüksek voltaj bileşenlere ve turuncu renkli kablolara dokunmayın
- YV bileşenleri üzerindeki işaretler (bkz. Resim)
Motor bölmesi yüksek voltaj bileşenleri
Kimler yol yardımı sağlayabilir?
Elektrikli ve hibrit araçlar için yol yardımı, bu amaç için özel olarak kalifiye olan herkes tarafından sağlanabilir. Bu nedenle, yol yardımı sağlayan herkes, yüksek voltaj sistemine sahip araçların yapısı ve çalışma prensibi hakkında talimat alır. Burada, elektroteknik ile ilgili olmayan çalışmalar için her durumda ülkeye özgü gereksinimler ve koşullar geçerlidir. (Almanya için, DGUV Information 200-005 “Qualifizierung für Arbeiten an Fahrzeugen mit Hochvoltsystemen” (Yüksek voltajlı sistemlere sahip araçlarda çalışma için yeterlilik) (önceden BGI 8686) geçerlidir. Lütfen ilgili ülkeye özgü koşulları dikkate alın.)
Yol yardımında ilk adımlar nelerdir?
- Kontak anahtarını çıkarın (Dikkat: Transponder sistemleri, yaklaşma durumunda otomatik olarak açılır) ve daha sonra yüksek voltajlı bataryanın ayırıcısını / disconnector’u çekin.
- YV bileşenlerinin hasar görüp görmediğini görsel olarak kontrol edin.
- YV bileşenleri üzerinde herhangi bir çalışma yapmayın. Bu çalışmalar, yalnızca yüksek voltajlı araçlarda çalışmak için kalifiye kişiler tarafından yapılabilir. Aynısı, yol yardımı sırasında YV bileşenlerinin hasar görmesi veya arızalanması durumunda da geçerlidir.
- YV sistemi kapatıldıktan sonra da -üreticiye bağlı olarak- birkaç dakika boyunca bir artık voltaj bulunabilir.
Ayırıcı / Disconnector
Dışarıdan takviye ile çalıştırma, çekme ve kurtarma - Nelere dikkat edilmelidir?
Kaza durumunda davranış ve tutum
- Bir kaza durumunda, hava yastığının açıldığı çoğu durumda YV sistemi devreden çıkar. Bu, neredeyse tüm binek araçlar için geçerlidir, ancak ticari araçlar için mutlaka geçerli değildir.
- Tehlikesiz bir şekilde çalışabilmek için, “Elektrikli ve hibrit araçlar üzerinde çalışırken temel kurallar” bölümündeki tüm önlemler dikkate alınmalıdır
- Bazı üreticiler, 12/24 V DC araç elektrik sistemi aküsünün eksi kutup başını ayırmayı önerir veya tavsiye eder (daha fazla bilgi, ayrıca ilgili kurtarma kılavuzlarında bulunabilir).
- YV bataryaları veya YV kondansatörleri (ticari araçlardaki enerji depolama ekipmanları) bir kaza sonucu hasar görmüş veya yırtılmışsa, bu durum özel bir tehlike oluşturur. Bu durumda itfaiyenin veya Teknik Yardım Kuruluşu’nun (THW) acil durum ekipleri yardıma çağrılmalıdır. Hasarlı YV bataryalarla çalışırken, uygun bir kişisel koruyucu ekipman (yüz koruması, voltaj altında çalışmak için koruyucu eldivenler) gereklidir.
- Sızan batarya sıvıları, batarya tipine bağlı olarak yakıcı veya tahriş edici olabilir. Her durumda temastan kaçınılmalıdır. Bir kazadan sonra, YV bataryaların iç reaksiyonlar sonucu daha sonra alev alabileceği göz ardı edilemez. Bu nedenle kaza yapan araçlar kapalı alanlara park edilmemelidir.