Elektrikli Araçların Elektrik ve Elektronik Mimarisi: Kapsamlı Bir İnceleme

2.1 Güç Aktarım Sistemi
Elektrikli araçların güç aktarım sistemi, aracın hareketini sağlamak için gerekli olan enerjiyi üretir ve yönetir. Bu sistem genellikle elektrik motoru, güç elektroniği bileşenleri ve güç yönetim birimlerinden oluşur.
2.1.1 Elektrik Motoru:
Elektrik motoru, EV’lerin kalbidir. Farklı türde motorlar kullanılır:
DC Motorlar: Özellikle erken EV’lerde kullanılmıştır. Düşük maliyetlidir ancak verimlilikleri modern alternatiflerine göre düşüktür.
AC Motorlar: Yüksek verimlilikleri ve dayanıklılıkları nedeniyle günümüzde yaygın olarak tercih edilirler.
PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motors): Yüksek güç yoğunluğu ve verimlilik sunar.
İndüksiyon Motorları: Tesla gibi bazı modern EV’lerde kullanılır; bakım gereksinimi düşüktür ve geniş bir hız aralığında verimlilik sağlar.
Yeni Teknolojilerin Eski Teknolojilerle Karşılaştırılması: AC ve PMSM motorları, eski DC motorlarına göre çok daha verimlidir ve daha az bakım gerektirir. Bununla birlikte, nadir toprak elementlerine bağımlılık PMSM motorlarının maliyetini artırabilir.
Formüller ve Seçim Kriterleri:
Güç (kW) = Tork (Nm) x Hız (RPM) / 9550 Bu formül, motorun tork ve hız değerlerine göre güç kapasitesini hesaplamak için kullanılır.
2.1.2 Güç Elektroniği:
Güç elektroniği bileşenleri, motorun çalışması için gerekli olan doğru akımı (DC) alternatif akıma (AC) dönüştürür. En yaygın kullanılan bileşenler arasında invertörler ve DC-DC dönüştürücüler bulunur.
İnvertörler: AC motorları çalıştırmak için gerekli olan AC gücünü sağlar. İleri teknolojili MOSFET’ler ve IGBT’ler (Insulated Gate Bipolar Transistor) kullanılarak daha verimli ve kompakt hale getirilmiştir.
DC-DC Dönüştürücüler: Yüksek voltajlı bataryadan düşük voltajlı yardımcı sistemlere güç sağlar.
Tarihsel Gelişim: Eski tip SCR (Silicon-Controlled Rectifier) invertörler, modern IGBT tabanlı invertörlere göre daha az verimlidir. Modern güç elektroniği, daha az enerji kaybı ve daha yüksek sıcaklık toleransı ile eski teknolojilere göre büyük bir avantaj sağlar.
Formüller ve Seçim Kriterleri:
Verimlilik (%) = (Çıkış Gücü / Giriş Gücü) x 100 Bu formül, invertörlerin ve dönüştürücülerin verimliliğini hesaplamak için kullanılır.
2.2 Enerji Depolama Sistemi
Enerji depolama, EV’lerin en kritik bileşenidir ve genellikle bataryalar, süperkapasitörler ve enerji yönetim sistemlerinden oluşur.
2.2.1 Bataryalar:
Lityum-İyon Bataryalar: Günümüzde EV’lerde en yaygın olarak kullanılan batarya türüdür. Yüksek enerji yoğunluğu, uzun ömür ve düşük ağırlık sunar.
Katı-Hal Bataryalar: Geliştirilme aşamasında olan bu teknoloji, daha yüksek enerji yoğunluğu ve güvenlik sunma potansiyeline sahiptir.
Sodyum-İyon Bataryalar: Lityum’a alternatif olarak düşünülen bu bataryalar, daha düşük maliyet sunar ancak enerji yoğunluğu sınırlıdır.
Yeni Teknolojilerin Eski Teknolojilerle Karşılaştırılması: Lityum-iyon bataryalar, kurşun-asit bataryalara göre çok daha verimli ve hafiftir. Katı-hal bataryalar, lityum-iyon bataryalara göre daha yüksek enerji yoğunluğu ve güvenlik sunma potansiyeline sahiptir.
Formüller ve Seçim Kriterleri:
Enerji Kapasitesi (kWh) = Voltaj (V) x Kapasite (Ah) / 1000 Bu formül, bataryaların toplam enerji kapasitesini hesaplamak için kullanılır.
2.2.2 Batarya Yönetim Sistemleri (BMS):
BMS, bataryanın güvenli ve verimli çalışmasını sağlar. Hücre dengeleme, sıcaklık izleme ve şarj kontrolü gibi işlevler sunar.
Tarihsel Gelişim: Eski BMS’ler, modern analog ve dijital sistemlere göre daha sınırlı izleme ve kontrol kapasitesine sahipti. Modern BMS’ler, daha hassas izleme ve uzaktan yönetim özellikleri sunar.
2.3 İletişim ve Kontrol Sistemleri
2.3.1 Konnektörler ve Kablolama:
Elektrikli araçlardaki kablolama ve konnektörler, yüksek akım taşıma kapasitesi, dayanıklılık ve güvenlik gereksinimlerini karşılamak zorundadır.
Elektrikli Araç Kabloları: Yüksek voltaj ve yüksek akım taşıma kapasiteleri nedeniyle, özel yalıtım malzemeleri kullanılarak üretilirler.
Konnektörler: Yüksek akım taşıma kapasitesi ve güvenlik özellikleri sunar. Otomotiv standardı olan Tyco DT serisi gibi konnektörler, zorlu koşullara dayanıklıdır.
Tarihsel Gelişim: Eski tip kablolama sistemleri, modern kablolar kadar verimli değildi ve daha ağırdı. Günümüzde kullanılan kablolar, hafif, esnek ve yüksek ısıya dayanıklıdır.
2.4 Yardımcı Sistemler
2.4.1 İklimlendirme ve Isıtma Sistemleri:
Elektrikli HVAC (Isıtma, Havalandırma ve Klima): Enerji verimliliğini artırmak için tasarlanmıştır. Elektrikli araçlarda, genellikle PTC (Pozitif Sıcaklık Katsayılı) ısıtıcılar kullanılır.
Yeni Teknolojilerin Eski Teknolojilerle Karşılaştırılması: Modern elektrikli HVAC sistemleri, içten yanmalı motorlu araçlarda kullanılan sistemlere göre çok daha verimlidir. PTC ısıtıcılar, dirençli ısıtıcılara göre daha hızlı ısınır ve daha enerji verimlidir.