MAKALELER 3 / Hurda Araçların Elektrikli Araca Dönüştürülmesi






Hurda Araçların Elektrikli Araca Dönüştürülmesi:

 

1--Fazla yakıt tüketimi ve çevreye verdikleri zarar sebebiyle trafikten çekilen araçlar, hurdaya gönderilerek çürümeye bırakılmaktadır. Oysa bu araçların çoğunun yürüyen aksamları iyi durumdadır.


2--Kaynak çalışmada, hurdaya gönderilen içten yanmalı motorlu hafif binek bir aracın tam elektrikli hale dönüştürülmesi amaçlanmıştır. İçten yanmalı motorlu araçtan çıkartılan parçalar,elektrikli araçta bulunması gereken bileşenler ile yer değiştirilerek mekanik ve elektronik dönüşüm sağlanmıştır.


2.1--Elde edilen elektrikli aracın ağırlığında 300 kg’a yakın azalma meydana

gelmiştir. Ayrıca araç, 31 km/h sabit hızla 45,6 km menzili yaklaşık 4 kWh’lik enerji tüketimi ile tamamlayabilmiştir.

 

2.2--Bu şekilde, hurdaya çekilen eski araçlar tekrar sisteme kazandırılarak,çevre dostu ve ekonomik ulaşım mümkün olabilir.

 

3--Tam Elektrikli Araçların Bileşenleri:

 

3.1--Elektrik Motoru:

 

1--Elektrik motoru aracın özelliklerine ve elektrikliye dönüştürüldüğü zaman araçtan beklenen özelliklere göre değişmektedir. Fırçasız DC motor, elektronik olarak kontrol edilebilen bir motor türüdür.

 

2--Fırçasız doğru akım motorlarında elektronik denetleyici ve bir mikro denetleyici sayesinde çalışır.Bu denetleme sistemi, anahtarlama ve zamanlama işlevini yerine getirir.

 

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

 

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

 

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

 

6—Kaynak Çalışmada kullanılan elektrik motoru fırçasız ve doğru akım (DC) bir motordur. Ayrıca çalışmada motor seçiminde ekonomik etkenler dikkate alınmıştır.

 

7--DC motorlarda kullanılan tork, hız ve güç hesaplarında aşağıda yer alan formül kullanılmaktadır.

 

T=(Px9550)/n

 

7.1--verilen formülde; T tork [Nm], P güç [kW] ve n devir sayısını [1/min]

göstermektedir. Kullanılan motorun devri 1500 1/min ve maksimum gücü 4 kW’tır.

 

7.2--Bu durumda motorun torku, denklem  formül kullanılarak 25,5 Nm olarak bulunmuştur.

 

8--DC motorlarda, motorun ürettiği tork tüm devirlerde sabittir. Diğer bir deyişle, motor torku devirden bağımsızdır.

 

8.1-- DC motorlarda , Güç ise devir sayısına bağlı olarak doğru oranlı artar.

 

8.2--Devir kontrolü sürücü devre tarafından motorun voltaj ve akımının kontrolü ile sayesinde gerçekleştirilir.Devir ile güç değişir ve sabit bir torku vardır.

 

8.2.1--Bu torkun yettiği kadarı ile yük altında yokuşu çıkar.

 

8.2.2--Yokuşta gaz pedalına basılırsa tork değişmez

 

8.3—Eğer tasarımda elektrik motoru kaplin vasıtası ile direk şafta bağlanmayıp elektrik motoru debriyaja bağlanırsa Yokuşta 1. Vitese atılır ve  vites kutusu çıkışı devir düşer ve tork artar ve bu tork artışı ile  yokuş çıkılır.

 

8.3.1--Düz yolda 1. Vitesten  örneğin 3. Vitese atılıp vites kutusu çıkışı devri artırılırken aynı zamanda gaz pedalına basılarak motor devri artırılır.

 

9.1--Bu çalışmada, gerilimi 48 V olan bir DC motor seçilmiştir. Seçilecek motorun gerilimi ne kadar yüksek tutulursa, boyutları ve ağırlığı küçülmekte ve maliyeti de azalmaktadır. 4-5 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,

maliyet önemli bir faktörse kurşun-asit aküler tercih edilebilir. Çalışmada maliyet faktörü göz önüne alınarak kurşun asitli aküler kullanılmıştır. 12 V 120 Ah dört adet akü seri bağlanarak 48 V 120 Ah elektriksel kapasite elde edilmiş olup formüle edilmiş denklemi:W=I .U [W]

 

1.1--Denklem de verilen formülde; W elektriksel güç [Watt], I elektrik akımı [A] ve U akülerin gerilimini [V] göstermektedir.

 

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

 

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

 

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

 

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

 

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

 

4.3—Örneğin 12 V-120Ah lik -4 adet akü seri(+, - ye bağlanarak) toplam 48 V-120Ah bir gerilim-güç sağlanır.

 

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.

 

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

 

4—Bu yöntemde kısa süreli şarj işlemi gerçekleştirilebilmektedir. NiMH aküler için en uygun yöntem ise sabit akım ile şarj yöntemidir.

 

5—Kaynak Çalışmada, elektrikliye dönüştürülen aracın şarj edilebilmesi için 48 V 25 A sabit gerilimli bir şarj cihazı kullanılmaktadır.

 

5.1--Bu şarj cihazında giriş ve çıkış akım sigortaları ayrıdır. Kaba ve ince akım ayar yapılabilen iki adet kontrol butonu vardır. Ağırlığı 22 kg olan bu şarj cihazı araca monte edilmemiş olup, araç şarj edileceği zaman bu cihaza bağlanmaktadır.

 

5.2--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. Sürücüler, doğru akım devreleri için 12,24, 48, 72, 144, 360, 450 V gerilim bantlarında isteğe göre bulunmaktadırlar.

 

2—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.

 

2.2--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.

 

3.5-Kontaktörler:

 

1--Kontaktörler, aşırı yük işletme şartları ve normal devre şartlarında

akımları kapamaya,taşımaya ve kesmeye yarayan uzaktan kumanda edilebilen anahtarlama düzenekleridir.

 

2--Elektrik motorlarına yol verilmesinde kullanılır. Motorlar için kontaktör seçimi yapılırken, çalışma gerilimi, işletme akımı, motor kalkış akımı,kalkış sıklığı, operasyon sayısı önemli parametrelerdir.

 

3--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.

 

4--Kaynak 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.

 

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

 

3.6-Kablo ve Soketler:

 

1--Hareketli yerlerde kullanılan birden fazla damara sahip ve dışı yalıtkanlı bakır kablolar elektrikli araçlarda kullanılmaktadır. Bu 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. 25 mm2 kesitli kablolar 100 A sınırına kadar,

 

2.3--2 mm2 kesitli kablolar ise 20 A sınırına kadar ısınmadan görev yapabilmektedir.

 

3.7-Gaz Pedalı:

 

1--Elektronik sürücü, ünitenin kontrolünü sağlayan devre elemanıdır. 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. 0 Ω kademesinde sürücü elektrik akımını keser. 0 Ω’dan 5 kΩ değerine doğru sürücü elektrik akışına artan bir şekilde izin verir.

 

4--Direnç 5 kΩ üzerine çıktığı zaman sürücü elektriğin gerilimini arttırmaz ve 48 V’da sabit bırakır.


5--Piyasada bulunan gaz pedallarının bazılarında aç kapa anahtarı yer almaktadır.

 

6--Gaz pedalına basıldığı anda potansiyometrenin devresini açma ya da kapama görevini yapmaktadır.

 

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

 

4-Mekanik Dönüşüm Süreci:

 

1--Dönüşüm süreci mekanik dönüşüm ve elektronik dönüşüm olarak ikiye

ayrılmıştır:

 

2--Mekanik dönüşüm; elektrik motoru, kaplin, şaft ve diferansiyelin montajı anlamına gelmektedir. Yalnızca motor ile diferansiyel arasına bir şaft eklenerek hareket aktarımı sağlanmıştır

 

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

 

4--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.

 

V(km/h)=(n(d/d)xR(m)x60)/ix1000   (3)

 

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

 

Denklem (3)’te verilen formülde; V aracın hızı [km/h], n devir sayısı [1/min], i diferansiyel çevrim oranı ve R lastik çapı [m]’dir.

 

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

 

5.3--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.

 

5.4--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.

 

6—Yorum:

 

İçten yanmalı araçlarda motor-güç aktarma sistemi

 

Motor..debriyaj+vites kutusu…şaft…diferansiyel..aks+teker    şeklindedir.

 

1--Benzinli araç elektrikliye dönüştürülürken:

 

1.1—İçten yanmalı motor sökülür ve yerine DC elektrikli motor takılır ve elektrikli motor debriyaj bir kaplin ile bağlanır.yada kaynak çalışmada olduğu gibi bir kaplin vasıtası ile şafta bağlanır şaft ise diferansiyele bağlıdır.

 

1.2--Eğer devir artırılmak isteniyorsa elektrikli motorun önüne bir redüktör konulup redüktör çıkışı kaplin ile debriyaja bağlanır.

 

1.2.1--Mevcut benzinli vs motorda bu redüktör mevcut vites kutusu olabilir(devir hesabı kontrolü yapılacak).

 

1.2.2--Sistemde debriyaj ise elektrik motoronun aç-kapa durumuna girmesinden uzak tutar.Kontak ile elektrik motoru çalışır ve ayak debriyajdan çekilerek motorun devri vites kutusuna iletilmiş olur.

 

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. Araçtan elde edilen devir, hız, güç ve tork parametrelerine ilişkin değerler Tablo 1’de gösterilmektedir.

 

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.

 

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

 

4--5,76 kWh’lik aküleri doldurmak için kayıplarla birlikte yaklaşık 6 kWh’lik

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

 

5--Araçta akülerin durumunu gözlemlemek için bir akü durum göstergesi bulunmaktadır.Bu gösterge, bir akünün voltajı üzerinden akülerin doluluk oranı konusunda bilgi vermektedir.Göstergeden okunan değerlere göre akü durumu hakkında bilgi edinilebilir


6—Tablolar:

 

1--Tablo-1:

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

      800…………….. 16,58………….. 2,09………….. 127,5

      900……………. 18,65…………… 2,35………….. 127,5

    1000 …………….20,72…………… 2,61………….. 127,5

    1100 …………….22,80…………… 2,87………….. 127,5

    1200…………… 24,87……………. 3,14………….. 127,5

    1300…………… 26,94……………. 3,40 …………..127,5

    1400…………… 29,01……………. 3,66………….. 127,5

    1500…………… 31,09……………. 3,92………….. 127,5

 

2--Tablo 2-Akü Göstergesinden Okunan Değer ve Anlamları

 

Açık Devre Gerilimi……… Yaklaşık Şarj Durumu

      12,6 ve Üstü…………………Çok Yüksek

          12,4 …………………………..%75

          12,2 …………………………..%50

          12,0………………………….. %25

          11,8……………………… Çok Düşük

          10,8 ……………………………Boş

 

7—Sonuç:

 

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

 

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

 

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

 

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

 

4.1--Dolayısıyla içten yanmalı motorlu araçlarda yakıt tüketimlerinin fazla olması ve yanma veriminin düşük olması sonucu oluşan zararlı emisyonun yarattığı çevre kirliliği sebebiyle hurdaya bırakılan araçların elektrikliye dönüşümü sağlanarak, çevre dostu ve ekonomik olarak yeniden kullanılması mümkündür.

 

5--Hurdalıklarda çürümeye bırakılmış araç malzemelerinin de paslanmadan dolayı çevreye verecekleri zarar önlenecektir. Ayrıca içten yanmalı motorlu aracın elektrikliye dönüştürülmesi durumunda, motorun sessiz çalışmasından dolayı gürültü kirliliği oluşmayacaktır.

 

6--Otomotiv sektöründe kullanılan malzemelerin çoğu ithal edilmektedir. Yapılan bu örnek çalışmada olduğu gibi, hurdaya çekilerek çürümeye bırakılan araçların malzemeleri yeniden ülkemizde değerlendirilerek, ülke ekonomisine katkı sağlanmış olacaktır.

 

7--Elektrikli araçların mekanik olarak fren ve lastikleri haricinde herhangi bir bakıma ihtiyaç duymaması, eski araçların yeniden kullanımını ekonomik ve avantajlı hale getirecektir.

 

8--Çalışmada örnek olarak dönüşümü gerçekleştirilen elektrikli araç, insan ve yük taşımacılığında, fabrikalarda, yol olan her yerde kullanılabilir.

 

9-- Semboller

I : Elektrik Akımı (A)

i : Diferansiyel Çevrim Oranı

n : Motor Devri (1/min)

P : Güç (kW)

R : Lastik Çapı (m)

T : Tork (Nm)

U : Akülerin Gerilimi (V)

V : Aracın Hızı (km/h)

W : Elektriksel Güç (W)

 

Kaynak:Mühendis ve Makine-cilt 58, sayı 688, s. 79-94, 2017-Hurdaya Ayrılmış Bir Aracın Elektrikli Araca Dönüştürülmesi-Hikmet Rende-Efecan Karaman-Esin Altındal-Prof. Dr., Akdeniz Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Antalya - hrende@akdeniz.edu.tr-2 Akdeniz Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Mühendisliği Bölümü, Antalya - efecankaraman@akdeniz.edu.tr-3 Milli Eğitim Bakanlığı, Kepez İlçe Milli Eğitim Müdürlüğü, Antalya





Makalenin İzlenme Sayısı : 34

Eklenme Tarihi : 14.03.2020

Önceki sayfaya geri dön.