Hurda Otomobili Elektrikli Otomobile Dönüştürmek:

1--Hurdalıklarda bulunan araçların elektrikli araca dönüştürülmesinin avantajları oldukça fazladır. Çürümeye bırakılmış bu araçlar tekrar sisteme kazandırılarak malzemelerin yeniden kullanılmasına imkân sağlayacaktır.

1.1--Hurdaya çekilen araçların sebep olduğu çevre kirliliği ortadan kalkacaktır.

1.2--Elektrikli motorun herhangi bir emisyonu olmadığı için çevreye zararlı gaz salınımı olmayacaktır.

1.3--Otomotiv sektöründe kullanılan malzemelerin çoğu ithal edilmektedir. Dolayısıyla hurdaya çekilen araçların dönüştürülerek kullanılması ekonomiye katkı sağlayacaktır.

2--Tam Elektrikli Araçlar:

2.1--Tam elektrikli araçlarda tahrik, elektrik motoru ile sağlanır.

2.2--Bu araçlarda, elektrik motorunun çalıştırılması için gereken enerji bataryalarda depolanan enerjiden sağlanır. Ancak araç menzili, bataryaların kapasiteleri dolayısıyla sınırlıdır ve batarya şarj süreleri uzun sürmektedir.

3--Tam Elektrikli Araçların Bileşenleri

3.1--Elektrik Motoru:

1--Elektrik motoru -Fırçasız DC motor, elektronik olarak kontrol edilebilen bir motor türüdür.

1.1--Fırçalı DC motorlarda aşınma ve kıvılcım çıkarma gibi problemlerden dolayı bakım gerektirmektedir.

1.2--Fırçasız doğru akım motorlarında elektronik denetleyici ve bir mikro denetleyici sayesinde çalışır.

1.2.1--Bu denetleme sistemi, anahtarlama ve zamanlama işlevini yerine getirir. Düşük ağırlık,

yüksek verim, mikro denetleyici sistemi ve bakım maliyetlerinin düşük olması sayesinde bu motorlar elektrikli araç uygulamalarında sıklıkla tercih edilmektedir.

1.3--Kullanılan elektrik motorunun doğru akım bir motor seçilmesinin sebebi, ilave bir DC-DC veya DC-AC dönüştürücüye ihtiyaç duyulmasının gereğini ortadan kaldırmaktır.

1.4--Doğru akım motorun fırçasız olması ile motor ömrü uzamaktadır.

1.5—Bu Çalışmada kullanılan elektrik motoru fırçasız ve doğru akım (DC) bir motordur. Ayrıca çalışmada motor seçiminde ekonomik etkenler dikkate alınmıştır. DC motorlarda kullanılan tork, hız ve güç hesaplarında aşağıda yer alan formül kullanılmaktadır.

T(N.m) =P .9550/n    verilen formülde; T tork [Nm], P güç [kW] ve n devir sayısını [1/min]

göstermektedir.

1.6--Kullanılan motorun devri 1500 1/min ve maksimum gücü 4 kW’tır.Tork devir sayısından bağımsız bütün devirlerde aynı Torku(takat) verirken güç devir sayısına bağlı doğru orantılı artar.Örneğin 1000 d/d motor gücü 2 kw iken,1500 d/d da 4 kw erişir ve torku sabittir.

1.7--Hızlanma gerektiğinde güç artırılır ve tork sabit olup devir sayısı artar.Ancak aracın torku bulunduğunuz alanda yokuşu çıkacak torkta olmak zorundadır zira tork artırılamamaktadır.

1.8--Eğer DC motor bir vites kutusuna bağlanırsa motor devri düşürülerek tekere giden tork arttırılmış olur.

1.9--Bu çalışmada motorun torku, denklem (1)’deki formül kullanılarak 25,5 Nm olarak

bulunmuştur.

1.10--Devir kontrolü sürücü devre tarafından motorun voltaj ve akımının kontrolü sayesinde gerçekleştirilir. Bu çalışmada, gerilimi 48 V olan bir DC motor seçilmiştir.

1.11--Seçilecek motorun gerilimi ne kadar yüksek tutulursa, boyutları ve ağırlığı küçülmekte ve maliyeti de azalmaktadır.

1.12--4 kW gücündeki motor, bir tonun altındaki hafif binek araç için şehir içi ulaşımda yeterlidir.

3.2--Akü (Enerji Deposu):

1--Teknolojik bir dönüşüm amaçlanıyorsa Li-ion veya NiMH aküler,

1.1--Maliyet önemli bir faktörse kurşun-asit aküler tercih edilebilir.

1.2--Çalışmada maliyet faktörü göz önüne alınarak kurşun asitli aküler kullanılmıştır.

2--12 V 120 Ah dört adet akü seri bağlanarak 48 V 120 Ah elektriksel kapasite elde edilmiş olup formüle edilmiştir. 

2.1--W=I .U    [W]     Denklem (2)’de verilen formülde;

 W elektriksel güç [Watt], I elektrik akımı [A] ve U akülerin gerilimini [V] göstermektedir.

2.2--Seçilen akü türünden bağımsız olarak, hemen her elektrikli araç modelinde aküler seri bağlanarak motor için gerekli olan voltaj değeri elde edilmektedir.

2.3--Motorun ihtiyaç duyduğu voltaj ne kadar fazla ise kullanılan akü sayısı da o kadar orantılı olarak artacaktır.

2.4--Piyasada genellikle 6 V veya 12 V’luk paketler halinde bulunan akülerde seri bağlantı oluşturulmaktadır.

2.5--Bu tür seri bağlantılarda akünün bir saatte verdiği akım değeri oluşturulan sistemin bir saatte verdiği akım değerine eşit olmakta, sadece gerilim artmaktadır.

2.6--Örneğin 120 Ah kapasiteye sahip akülerden oluşturulan seri bağlantıda akım değeri 120 Ah olmakta, sadece gerilim yükselmektedir.

3.3--Akü Şarj Cihazı:

1--Akü şarj cihazlarının tasarımında sabit akımla şarj, sabit gerilimle şarj veya sabit akım-sabit gerilimle şarj gibi özellikler tanımlanmaktadır.

2--Sabit akım özellikli bir şarj cihazı kullanılıyor ise şarj süresince gerilim zamanla yükseltilerek akımın sürekli sabit kalması sağlanır.

2.1--Bu tür şarj cihazlarında, şarj akımının yüksek seçilmesi akünün şarj sırasında fazla ısınmasına veya aşırı şarj olmasına neden olabilmektedir.

2.2--Bu yöntemde kısa süreli şarj işlemi gerçekleştirilebilmektedir.

2.3--NiMH aküler için en uygun yöntem ise sabit akım ile şarj yöntemidir.

2.4--Gerilimi sabit tutularak şarj gerçekleştirilen akü şarj cihazlarında ise şarj başlangıçta akü iç direncinin çok düşük olmasından dolayı bir miktar yüksek gerilim verilerek bir süre sonra bu gerilim sabitlenerek şarj bitene kadar da sabit tutulur.

2.4.1--Zamanla akü iç direncinin artmasıyla gerilim sabit kalır, fakat akım düşer.

2.4.2--Bu tür şarj cihazlarında şarj süresi fazla olmakla birlikte akünün kullanım ömrü daha uzundur.

2.5--Sabit akım ve sabit gerilimle şarj edilen cihazlarda ise aküye şarj başlangıcından itibaren

sabit akım gönderilir. Akü iç direncinin şarj süresince artmasından dolayı azalan şarj gerilimi belli bir değere ulaşınca, gerilim sabit tutularak akım değiştirilir.

2.5.1—Diğer bir deyişle, sabit gerilimde devam eden şarj işlemi sabit gerilimle bitirilir.

2.6--Bir akünün şarjı sırasında, şarj akımının çok yüksek tutulması şarj işleminin daha kısa sürede biteceği anlamına gelmez.

2.6.1--Ancak verimli bir şarj işlemi ile şarj süresi kısaltılabilir.Bunun için ise akü parametrelerini şarj esnasında ölçerek ona göre şarj akım ve gerilimini ayarlayan akıllı kontrol üniteleri kullanılabilmektedir.

2.7--Çalışmada, elektrikliye dönüştürülen aracın şarj edilebilmesi için 48 V 25 A sabit gerilimli bir şarj cihazı kullanılmaktadır. Bu şarj cihazında giriş ve çıkış akım sigortaları ayrıdır. Kaba ve ince akım ayar yapılabilen iki adet kontrol butonu vardır.

2.8—Ağırlığı 22 kg olan bu şarj cihazı araca monte edilmemiş olup, araç şarj edileceği zaman bu cihaza bağlanmaktadır. Kısa devre korumalı ve şarj bittiğinde akım kesici özelliklere

sahip bir şarj cihazıdır.

3.4--Kontrol Ünitesi/Sürücü:

1--Sürücüler, aküden gelen elektriğin açılıp kapanmasını ve kontrolünü sağlayan,içerisinde yüksek akımlı transistörler ve dirençler olan devre elemanıdır.

1.1--Bu elemanlar yurt dışından temin edilebildiği gibi yerli piyasadan da özel siparişle veya hazır satın alımla temin edilebilmektedir.

2--Sürücüler, doğru akım devreleri için 12,24, 48, 72, 144, 360, 450 V gerilim bantlarında isteğe göre bulunmaktadırlar. Yine istenilen özelliklere göre 25 A – 650 A akım kontrol edebilen sürücüler de seçilebilmektedir.

2.1--Bu üniteler yüksek akım değerlerini kontrol ettikleri için meydana gelen ısının sisteme zarar vermemesi amacıyla, montaj yapılırken soğumanın kolayca sağlanabileceği şekilde etraflarında yeterli boşlukların bırakılması gerekmektedir.

3--Kontrol ünitesinin yüksek akım elektrik girişine yüksek akım sigortası ve düşük akım devresine de ona uygun bir sigorta bağlanmalıdır. Düşük akım için 5-10 A, yüksek akım için 100-200 A aralığı seçilebilir.

4--Kontrol üniteleri AC ve DC olarak seçilebilmektedirler. Akülerden alınan akım DC

olduğu için DC kontrol üniteleri daha basit ve ucuzdur.

4.1--Dönüşümü yapılacak araçta AC elektrik motoru kullanılıyor ise akülerden gelen DC enerjinin AC’ye dönüştürülmesi gerekmektedir ve bunun için DC-AC dönüştürücü kullanılmaktadır.

4.2--Fakat bazı AC kontrol üniteleri hem DC-AC dönüşüm hem de sürücü olarak imal edilmekle birlikte, bu kontrol ünitelerinin fiyatları aynı güçteki DC kontrol ünitelerinden çok daha fazladır.

5--Kontrol ünitesi 48 V’luk gerilimi arttırarak veya azaltarak motorun devrini değiştirmektedir.

3.5—Kontaktörler:

1--Kontaktörler, aşırı yük işletme şartları ve normal devre şartlarında akımları kapamaya,taşımaya ve kesmeye yarayan uzaktan kumanda edilebilen anahtarlama düzenekleridir. Elektrik motorlarına yol verilmesinde kullanılır.

2—Motorlar için kontaktör seçimi yapılırken, çalışma gerilimi, işletme akımı, motor kalkış akımı,kalkış sıklığı, operasyon sayısı önemli parametrelerdir.

2.1--Çalışma ve kullanma tarzı bakımından kontaktörü diğer anahtar türlerinden ayıran en önemli özeliği devreyi daha sık açıp kapamaya ve aynı zamanda uzaktan kumandaya elverişli olmalarıdır.

2.2--Kontaktörler esas itibarıyla ana akım yolu ve tahrik sisteminden meydana gelirler.

2.3--Kontaktör, çektirme bobinine enerji verilerek çalışır.

2.4--Bu çalışmada, bir adet aç-kapa kontaktör ve bir de akımın akış yönünü değiştirerek geri vites özelliğini sağlayan yön kontaktörü olmak üzere iki adet kontaktör kullanılmaktadır.

2.5--Elektronik sürücünün akım yönü değiştirme özelliği var ise yön kontaktörüne ihtiyaç duyulmaz.

3.6--Kablo ve Soketler:

1--Hareketli yerlerde kullanılan kablolar kesit ve akım taşıma kapasitelerine göre ayrılmaktadır.

2--Devreden geçecek elektrik akımı miktarına göre uygun kesitli kablolar seçilmektedir.

2.1--Çalışmada, yüksek akımın geçtiği ve motoru besleyen kablolar ile bu kabloların seri bağlandığı tesisatta 25 mm2 kesit alanına sahip kablolar,

2.2--elektrik tesisatının diğer düşük akım geçen yerlerinde ise 2 mm2 kesit alanına sahip kablolar kullanılmıştır.

2.3--25 mm2 kesitli kablolar 100 A sınırına kadar,

2.3.1--2 mm2 kesitli kablolar ise 20 A sınırına kadar ısınmadan görev yapabilmektedir.

3.7--Gaz Pedalı:

1--Klasik gaz pedallarından farklı olarak içerisinde ayarlı direnç (potansiyometre) bulunmaktadır.

2—Sürücü devrenin özelliğine göre sıfırdan belli bir direnç değerine veya tam tersi şekilde çalışmaktadır.

3--Çalışmada kullanılan gaz pedalı 0-5 kΩ aralığında bir potansiyometreye sahiptir.

3.1--0 Ω kademesinde sürücü elektrik akımını keser. 0 Ω’dan 5 kΩ değerine doğru sürücü elektrik akışına artan bir şekilde izin verir. Direnç 5 kΩ üzerine çıktığı zaman

sürücü elektriğin gerilimini arttırmaz ve 48 V’da sabit bırakır.

3--Piyasada bulunan gaz pedallarının bazılarında aç kapa anahtarı yer almaktadır. Gaz pedalına basıldığı anda potansiyometrenin devresini açma ya da kapama görevini yapmaktadır.

4—Çalışmada kullanılan sürücü devre bu anahtarın görevini de yerine getirdiği için anahtarlı gaz pedalı kullanımın ihtiyaç duyulmamıştır

4--Mekanik Dönüşüm Süreci:

1--İçten yanmalı motorlu aracın elektrikli araca dönüştürülmesi iki farklı yöntemle gerçekleştirilmektedir:

1--İçten yanmalı motor çıkarılmadan yapılan dönüşüm

2--İçten yanmalı motor çıkarılarak yapılan dönüşüm

2--Çalışmada dönüşüm şekli tam elektrikli araç olacak şekilde tercih edilmiş olup, içten

yanmalı motor, debriyaj ve vites kutusu araçtan çıkartılmıştır.

2.1--Araç arkadan çekişli olup motoru yolcu kabinin altında bulunmaktadır. Şayet aracın hibrit bir elektrikli araca dönüşümü amaçlanırsa, içten yanmalı motor ve hareket iletim organlarının çıkartılmasına gerek olmayacaktır.

2.2--Söküm işlemi ile araçtan çıkarılan motor ve hareket organları sayesinde aracın ağırlığı önemli ölçüde azalmıştır.

3—Bu çalışmada yalnızca motor ile diferansiyel arasına esnek kaplin bağlantılı bir şaft eklenerek hareket aktarımı sağlanmıştır.

4--Elektrik motoru diferansiyele ne kadar yakın yerleştirilirse şaft boyu o kadar küçülecektir.

5--Elektrik motorunun maksimum devri 1500 1/min’dir. Elektrik motorunun çıkış torku

25,5 Nm olarak hesaplanmıştır. Ayrıca lastik çapı 0,55 m’dir. Bu verilerden yola çıkılarak, aracın hızı denklem (3) kullanılarak hesaplanmış ve 31 km/h olarak bulunmuştur.

5.1--Teorik olarak hesaplanan hız ile yapılan testlerde elde edilen değerler örtüşmektedir.

V(km/h)=n . π . R . 60/ i.1000   formülde;

V aracın hızı [km/h], n devir sayısı [1/min], i diferansiyel çevrim oranı ve R lastik çapı [m]’dir.

5.2--Dönüşüm yapılmadan önce içten yanmalı motorlu aracın kütlesi yaklaşık olarak 900 kg iken aracın motoru, hareket iletim organları ve egzozu çıkartılarak 50 kg’lık elektrik motoru yerleştirilmiştir.

5.2.1—Her biri 35 kg olan akülerin toplam ağırlığı 140 kg’dır. Elektrikliye dönüştürüldükten sonraki aracın ağırlığı 690 kg olmuştur.

5.2.2--Motorun çıkış torku 25,5 Nm ve diferansiyel çevrim oranı 5’tir. Aracın yük taşıma kapasitesi 700 kg ile test edilmiş olup, hız ve çekişinde herhangi bir düşüş gözlenmemiştir.

5.3--Elektrik motoru ile diferansiyel arasına devir arttırıcı bir redüktör konularak aracın hızını arttırmak mümkün olabilir; ancak kullanılacak aracın amacı doğrultusunda torkun azalmasını önlemek adına redüktör kullanılmamıştır.

5—Değerlendirme:

1--İçten yanmalı motorlu bir aracın elektrikli araca dönüştürülmesi amacıyla yapılan çalışmada,akülerin toplam kapasitesi 5,76 kWh olarak hesaplanmış olup, motor gücü 4 kW’tır.

2-- Aracın 20 km/h hızla gittiği varsayılırsa, aracın ihtiyaç duyduğu güç 2,5 kW olmaktadır. Bu durumda seyir süresi 2,3 saat olarak bulunur.

2.1--Aracın sabit hızla gittiği varsayılırsa, menzili 46 km olarak hesaplanır.

2.2--Şayet aracın 31 km/h sabit hızla seyrettiği düşünülürse, bu defa aracın ihtiyaç duyduğu güç 3,92 kW olmaktadır. Bu durumda da seyir süresi 1,47 saat olmakta ve menzili 45,6 km bulun

Devir (1/min) Hız (km/h)….Güç (kW)…Tork (Nm)

800…… 16,58………… 2,09………… 127,5

1200…… 24,87…………3,14…………127,5

1500…… 31,09………… 3,92……….. 127,5

2.3--5,76 kWh’lik aküleri doldurmak için kayıplarla birlikte yaklaşık 6 kWh’lik elektrik enerjisine ihtiyaç duyulmaktadır.

2.3.1--Tamamen boş olan akülerin, 25 A-48 V’luk bir şarj cihazı ile doldurulması yaklaşık 5 saat sürmektedir.

2.3.2--Araçta akülerin durumunu gözlemlemek için bir akü durum göstergesi bulunmaktadır.

6—Sonuç:

1--Çalışmada, hurdadan alınmış bir aracın elektrikli araca dönüşümü gerçekleştirilmiştir.

Bu kapsamda dönüşümü yapılan araç, 30 km/h hıza ulaşarak yarım saat süresince 700 kg ağırlığında bir yükü taşımıştır.

2--Elektrik enerjisi ile çalışan araçta fosil yakıtlardan dolayı oluşan çevreye zararlı gaz salınımı olmamaktadır.

3--Araç, düşük enerji tüketimi ile yaklaşık olarak 46 km yol gidebilmektedir.

Kaynak: Mühendis ve Makine--cilt 58, sayı 688, s. 79-94, 2017--Engineer and Machinery vol 58, no 688, p. 79-94, 2017--Hurdaya Ayrılmış Bir Aracın Elektrikli Araca dönüştürülmesi--Hikmet Rende--Efecan Karaman--Esin Altındal