Pil sisteminden yenilemeli frenlemeye kadar, işte elektrikli taşıtların gücünü aldığı temel teknolojiler.
Elektrikli arabaların nasıl çalıştığını anlamak için bu araçların benzinle çalışan araçlara hangi yönlerden benzediğini akılda tutmakta fayda var. Bu iki tip araç, farklı evrenlere ait makinelerden ziyade farklı nesillerden gelen kuzenler. Eğer araç sürüyorsanız, raconu bilirsiniz: Hareket etmek için sağ ayağınızla pedala basar, aracı gitmek istediğiniz yere doğrultur, belki biraz müzik açar ve çarpışmamaya çalışırsınız.
Elektrikli taşıtlarla ilgili haber sitesi evpulse.com‘un kurucusu Chad Kirchner, “Bir elektrikli taşıtın (ET) dört tekeri vardır” diyor. “Bir başlatma düğmesi, bir hızlanma pedalı ve bir fren vardır. ET’ler ve ET sürüş tecrübesi, birçok yönden benzinli bir sürüş deneyimiyle aynıdır.”
Bununla birlikte, elektrikli arabalar ve içten yanmalı motor (İYM) barındıran arabalar arasında mühendislik, tasarım, bakım onarım ve performans açısından önemli farklılıklar var.
Elektrikli araba pil sistemi 101
Öncelikle bir İYM taşıtı, ihtiyacı olduğu enerjiyi sağlamak için bir benzin veya dizel deposuna bel bağlar. Diğer taraftan bir ET ise çok sayıda tekli hücreden meydana gelen bir pil sistemi gerektirir. Pil hücreleri de tıpkı bir benzin deposu gibi enerji depolar.
Mach-E, F-150 Lightning ve E-Transit elektrikli taşıtların üreticisi Ford’da Elektriklendirilmiş Sistemler Mühendisliği bölümünün küresel müdürü olan Charles Poon, “Fakat pil hücresi güç de üretir ve bu güç, o hücrenin geriliminin ve çıkarabildiği akımın bir sonucudur” diyor. Pili, arabanın kalbi şeklinde tanımlıyor.
ET’lerdeki pil tasarımı otomobil üreticileri arasında farklılık gösteriyor. Bu farkların temel yönlerinden biri de hücrelerin şekli. Daha somut şekilde anlatmak gerekirse, “midilli araba” terimine yol açan meşhur bir benzinli taşıt hattının mirasçısı elektrikli araba Mach-E’yi düşünelim. Mach-E’deki hücreler torbacık biçimindeyken, piyasadaki diğer piller silindirik (Tesla’dakiler böyle) veya prizmatik hücreler kullanıyor. Bir Mach-E pil sisteminde yüzlerce hücre bulunuyor.
Lityum iyon tabanlı elektrikli araba pillerinin kimyaları da biraz farklı olabiliyor. Örneğin Mach-E’de nikel, kobalt ve manganez (NCM) piller ya da lityum demir fosfat (LFP) piller bulunabiliyor. İlk pilin düşük sıcaklıklarda gücü daha uzun tutabildiği ve daha iyi verim sergilediği bilinirken, LFP piller daha ucuz olup daha hızlı şarj olabiliyor.
Elektrik motorları nasıl çalışıyor?
AC/DC terimi Avustralyalı bir rock grubunun adı olmasının yanısıra, iki farklı elektrik tipini de tanımlıyor: Değişken akım (AC) ve doğru akım (DC). Elektrikli arabaların çalışması için iki güç tipi de önemli.
Evinizdeki duvar prizinden gelen elektrik AC tipindeyken, piller enerjilerini DC tipinde depoluyor. Bu sebeple elektrikli arabalar, taşıta akan AC gücü alıp daha pil dostu DC’ye geçiren ve şarj aleti olarak bilinen bir bileşene sahip. Böyle bir arabanın pili DC hızlı şarj aletiyle daha hızlı doldurulabilir çünkü alet, araba enerjiyi DC tipinde sağlar. Dolayısıyla arabanın onu değiştirmesine gerek kalmaz.
Poon şöyle açıklıyor: “Arabadaki AC şarj aletini es geçiyor ve doğrudan pile gidiyor.”
Dolayısıyla piller gücü DC şeklinde depoluyor. Fakat şöyle bir durum var: Elektrik motorları AC enerjiyle çalışıyor. Bu durum, taşıtın elektriği tekrar dönüştürmesi gerektiği anlamına geliyor. Taşıt bu işlemi, DC’yi yeniden AC’ye dönüştüren bir çekiş çevirici kullanarak yapıyor. “Sonrasında elektrik motor çevriliyor ve güç üretiliyor” diyor Poon.
Bir elektrik motorunda iki önemli bileşen bulunuyor. Bunlardan biri statör iken, biriyse rotor. Rotor statörün içinde duruyor ve AC güç motora ulaştığında devreye giren manyetizmanın sihriyle dönüyor.
“Değişen akımın üç aşaması olarak adlandırdığımız şeyi, statörün etrafına radyal ve sıralı şekilde sarılan tellere sahip bir statörden geçiriyoruz” diye açıklıyor Poon. “Ayrıca dönen bir manyetik alan ortaya çıkarabiliyoruz; böylece manyetik alan dönüyor ve rotoru da kendisiyle birlikte döndürüyor.”
Ve işte! Bir kısım tertibattan geçtikten sonra bu dönüş, elektrikli taşıtınızın tekerlerini döndürüyor.
Evpulse.com’dan Kirchner, İYM’li arabaların bir motoru varken piyasadaki elektrikli taşıtların dörde kadar motor barındırabildiğini söylüyor. Örneğin Mach-E’nin arka çekişli bir versiyonunda tek motor bulunurken, dört çekişli versiyonunda iki motor bulunuyor; bir tane önde ve bir tane de arkada. Tayfın diğer ucunda, Rivian R1T teker başına bir motor kadar fazla motor barındırabiliyor.
Elektrikli taşın sürmenin artıları ve eksileri
Ayağınızı İYM’li bir taşıtın gaz pedalından çektiğinizde, depodaki benzinin arttığını hayal edebilir misiniz? İşte ET’de böyle bir şey oluyor.
Yenilemeli frenleme adı verilen bu özellik, sürücülerin fren pedalına sıradan arabalardaki gibi basarak değil, ayaklarını “gaz pedalından” çekerek yavaşlamaya başlamalarını sağlıyor. Endişelenmeyin, fren pedalı ihtiyaç duyduğunuz zaman kullanın diye hâlâ yerinde duruyor. Tek pedal veya yenileme modunda işler tersine gerçekleşiyor: Tekerler motorları döndürüyor ve böylece üreteç gibi davranıp, enerjiyi pillere geri gönderebiliyorlar.
“Aslında taşıtın hızını alıp, kimyasal enerji şeklinde pile geri koyuyorsunuz” diyor Poon.
Mach-E Baş Mühendisi Donna Dickson, tek pedallı sürüşün sürücülerin halen alışık olmadıkları bir yöntem olduğunu söylüyor fakat frenlerdeki aşınmanın önlenmesine yardımcı olurken, pile şarj da eklediğini belirtiyor.
Elektrikli ve İYM’li taşıtlar arasındaki tek fark güç kaynağı değil. Bu ikisini ayıran başka detaylar da var. Örneğin Kirchner, içten yanmalı motorların tork oluşturmak için biraz devirlenmesi gerekirken, ET motorlarının bütün torklarını tümüyle hareketsizlikten elde ettiğini söylüyor. Bu durum büyük bir hızlanmayla sonuçlanıyor. “Şehirde, baktığınız zaman spor olduğunu düşünmeyeceğiniz elektrikli arabalar bile çok hızlı hissettirebilir, bu da onları şehir için mükemmel arabalar haline getirir.”
Elektrikli taşıt kullanmanın diğer bir faydası da daha düşük bakım gerektirmeleridir. Yağ değişimi gerekmese de, daha yüksek olan ağırlıkları lastiklerinin daha fazla aşınmaya maruz kalacağı anlamına geliyor.
İşin olumsuz tarafı, pilleri depoya giden benzin kadar hızlı veya kolay dolduramamanız. Fakat evde şarj ederseniz benzersiz bir avantaj elde ediyorsunuz: “Her sabah dolu bir depoyla başlıyorsunuz” diyor Kirchner. Fakat bu durum her zaman göründüğü kadar kolay değil.
AutoPacific’te endüstri analiz müdürü olarak çalışan Paul Waatti, “ET sahibiyseniz, bu noktada geceleyin fişe takıp şarj edecek bir yerin olması epey zaruri” diyor. Fakat “Ülkenin büyük bir bölümü tek ailenin yaşadığı evde yaşamıyor.” İnsanlar, arabalarını gece vakti takacakları şarj yeri bulmayı zorlaştıracak apartmanlarda ve diğer tip yerlerde yaşıyor. Halka açık şarj aletleri için ise Waatti, bu şebekelerin “İçinde bulunduğumuz dönemde kusursuz olmaktan çok uzak” olduğunu belirtiyor. Yani çok az miktardalar ve birçoğu düzgün çalışmıyor.
Yazar: Rob Verger/Popular Science. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
