Upload
others
View
10
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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