Meslek örgütü olarak önemli bir görevimiz, üyelerimiz olan mühendislerin meslek yaşamları boyunca edinmek zorunda kalacakları teorik ve pratik bilgiyi temin etmektir.
Mühendisler mesleklerini meslek yaşamları boyunca öğrenmeye devam ederler. Bu da öğrenme alanında süreklilik demektir. Bu nedenle mühendisçe bir yaşam, öğrenme ve üretim alanında sürekliliğe zorunlu bir yaşam olarak ele alınabilir. Bunun için de mühendislik eğitiminde temel bilgilerin sağlıklı ve tam olarak verilmesi ile sürekli eğitim ve yaşam boyu öğrenime çağdaş bir mühendislik formasyonu kazandırılması önem taşımaktadır.
Örgün eğitim kurumlarının mühendislere kazandırdığı meslek bilgisi ve formasyonu sadece bir başlangıçtır. Eğitimde asıl önemli olan, meslek alanındaki bilgilerin sürekli olarak yenileme ve güncelleme yeteneğidir. Bu yeteneğin verilmesi örgün eğitim kurumlarının asıl görevlerinden biridir. Günümüzde bilim, teknoloji ve mühendislik uygulama alanlarındaki hızlı gelişim, üretim süreçlerinde mevcut bileşenlerin kendilerini sürekli yenilemelerini ve geliştirmelerini zorunlu kılmaktadır. Örgün eğitim kurumlarında verilen eğitim, zaman içinde atıl bilgi haline gelmekte ve yetersiz kalmaktadır. Bu yüzden, artan bilgi birikimine hızlı ulaşma, edinilen bilgi ve deneyimleri paylaşma ve üretim süreçlerinde değerlendirebilme becerisi için sürekli bir meslek içi eğitim şarttır.
Böylesi bir meslek içi eğitim Elektrik, Elektronik ve Biyomedikal Mühendislerinin yasal örgütü Elektrik Mühendisleri Odası‘nın temel görevlerinden biridir. Bu görevi MİSEM kapsamında yapmaya çalışan Odamız bu yapılanmanın en önemli yapı taşlarından birisi olan yayın konusunda da gerekeni yapmaya çalışmaktadır. Odamız bu çalışmaları sırasında bu amacına yönelik yayınlarda büyük bir eksiklik olduğunu da fark etmiştir. Yabancı dilde özellikle İngilizce yazılan birçok kaynak olmasına rağmen, Türkçe kaynak sıkıntısı açıktır.
Bu açığı ya da başka bir ifade ile ihtiyacı karşılamak amacı ile tercüme ve telif eserler yazılmasını gündemine alan Odamız, geçtiğimiz dönemde olduğu gibi önümüzde ki dönem de, bir dizi yayın hazırlama gayreti içindedir.
Bu yayınımızın ayrıca telif ya da tercüme eser hazırlamak isteyenlere de açık bir çağrı olduğunu belirterek, bu yayının amacına uygun olmasını ve bir ihtiyacı karşılamasını dileriz.
Saygılarımızla
Cengiz GÖLTAŞ
TMMOB -Elektrik Mühendisleri Odası
43. Dönem Yönetim Kurulu Başkanı
Mart 2013
GİRİŞ 15
1.1 Kısa Tarihçe 15
1.1.1 İlk zamanlarında 15
1.1.2 Elektrikli taşıtların kullanımının inişe geçmesi 17
1.2 Elektrik Pilli Taşıtların Popülerliği 19
1.2.1 20. Yüzyılın sonuna doğru gelişmeler 20
1.3 Günümüzde Elektrikli Taşıt Tipleri 22
1.3.1 Pilli/bataryalı elektrikli taşıtlar 22
1.3.2 İçten yanmalı motora sahip elektrikli hibrid taşıt 23
1.3.3 Yakıt hücreli elektrikli taşıtlar 29
1.3.4 Elektrik hatlarını kullanan elektrikli taşıtlar 32
1.3.5 Güneş enerjisiyle çalışan taşıtlar 32
1.3.6 Volanlı ve süper kapasitörlü elektrikli taşıtlar 32
1.4 Geleceğin Elektrikli Taşıtları 34
Kaynakça 35
Bölüm Sonu Dipnotları 35
PİLLER 37
2.1 Giriş 37
2.2 Pil Parametreleri 38
2.2.1 Hücre ve pil voltajları 38
2.2.2 Dolum (veya amp-saat) kapasitesi 39
2.2.3 Depolanan enerji 41
2.2.4 Spesifik enerji 41
2.2.5 Enerji yoğunluğu 41
2.2.6 Spesifik güç 42
2.2.7 Amp-saat (veya dolum) verimliliği 43
2.2.8 Enerji verimliliği 43
2.2.9 Kendi kendine boşalım oranları 43
2.2.10 Pil geometrisi 43
2.2.11 Pil sıcaklığı, ısıtma ve soğutma ihtiyaçları 44
2.2.12 Pil ömrü ve derin çevrimlerin sayısı 44
2.3 Kurşun Asit Piller 44
2.3.1 Kurşun asit pil temelleri 44
2.3.2 Kurşun asit pillerin özel karakteristikleri 46
2.3.3 Pil ömrü ve bakımı 49
2.3.4 Pilin doldurulması 50
2.3.5 Kurşun asit pil özeti 50
2.4 Nikel Bazlı Piller 50
2.4.1 Giriş 50
2.4.2 Nikel kadmiyum 51
2.4.3 Nikel metal hibrid piller 54
2.5 Sodyum Bazlı Piller 57
2.5.1 Giriş 57
2.5.2 Sodyum sülfür piller 57
2.5.3 Sodyum metal klorür (Zebra) piller 58
2.6 Lityum Piller 61
2.6.1 Lityum piller için giriş 61
2.6.2 Lityum polimer pil 61
2.6.3 Lityum iyon pil 61
2.7 Metal Hava Pilleri 62
2.7.1 Giriş 62
2.7.2 Alüminyum hava pili 63
2.7.3 Çinko hava pili 64
2.8 Pilin doldurulması 65
2.8.1 Pil şarj aygıtları 65
2.8.2 Dolum eşitleme 66
2.9 Tasarımcının Pil Seçimi 69
2.9.1 Giriş 69
2.9.2 Şu anda ticari olarak bulunabilen piller 69
2.10 Hibrid Taşıtlarda Pil Kullanımı 70
2.10.1. Giriş 70
2.10.2 İçten yanmalı/pilli elektrikli hibridler 70
2.10.3 Pilli ve pilli elektrikli hibridler 71
2.10.4 Volanların kullanıldığı kombinasyonlar 71
2.10.5 Kompleks hibridler 71
2.11 Pil Modelleme 71
2.11.1 Pil modellemenin amacı 71
2.11.2 Pil eşdeğer devresi 72
2.11.3 Pil kapasitesinin modellenmesi 74
2.11.4 Bir pilin bir ayar gücünde simülasyonu 80
2.11.6 Pil boyutlandırma yaklaşımı 84
2.12 Sonuç Olarak 85
Kaynakça 86
Bölüm Sonu Dipnotları 87
ALTERNATİF VE YENİ ENERJİ KAYNAKLARI VE DEPOLARI 89
3.1 Giriş 89
3.2 Güneş Fotovoltaikleri 89
3.3 Rüzgar Gücü 91
3.4 Volanlar 92
3.5 Süper Kapasitörler 94
3.6 Besleme Rayları 98
Kaynakça 101
YAKIT HÜCRELERİ 103
4.1 Yakıt Hücreleri, Gerçek bir Seçenek mi? 103
4.2 Hidrojen Yakıt Hücreleri: Ana İlkeler 106
4.2.1 Elektrot reaksiyonları 106
4.2.2 Farklı elektrolitler 106
4.2.3 Yakıt Hücresi Elektrotları 109
4.3 Yakıt Hücresi Termodinamikleri – Giriş 112
4.3.1 Yakıt hücresi verimi ve verim sınırları 112
4.3.2 Verim ve yakıt hücresi gerilimi 116
4.3.3 Pratik yakıt hücresi gerilimleri 116
4.3.4 Basınç ve gaz konsantrasyonunun etkisi 118
4.4 Seri Bağlama-Bipolar Plaka 119
4.5 PEM Yakıt Hücresinde Su Yönetimi 123
4.5.1 Su Sorununa Giriş 123
4.5.2 Bir PEM yakıt hücresinin elektroliti 124
4.5.3 PEM`i sulu tutmak 126
4.6 PEM Yakıt Hücresinin Termal Yönetimi 128
4.7 Komple bir Yakıt Hücresi Sistemi 130
Kaynakça 132
5 HİDROJEN TEDARİĞİ 133
5.1 Giriş 133
5.2 Yakıt Düzeltimi 135
5.2.1 Yakıt hücresi gereksinimleri 135
5.2.2 Buhar düzeltimi 136
5. 2.3 Kısmi oksitlenme ve ototermal düzeltim 138
5.2.4 Yakıtın daha fazla işlenmesi 139
5.2.5 Mobil uygulamalar için pratik yakıt işleme 140
5.3 Hidrojeni, Hidrojen Olarak Depolama 142
5.3.1 Probleme giriş 142
5.3.2 Güvenlik 143
5.3.3 Hidrojenin sıkıştırılmış gaz olarak depolanması 144
5.3.4 Hidrojenin sıvı olarak depolanması 146
5.3.4 Tersinir metal hibrid hidrojen depoları 148
5.3.6 Karbon nanofiberler 151
5.3.7 Depolama yöntemlerinin karşılaştırılması 151
5.4 Hidrojen Depolamada Kimyasal Yöntem 151
5.4.1 Giriş 151
5.4.2 Metanol 152
5.4.3 Alkali metal hidritler 155
5.4.4 Sodyum borohidrat 156
5.4.5 Amonyak 160
5.4.6 Depolama yöntemlerinin karşılaştırılması 163
Kaynakça 164
ELEKTRİK MAKİNALARI VE KONTROLÖRLERİ 167
6.1 ‘Fırçalı` DC Elektrik Motoru 167
6.1.1 Temel DC motorun çalışması 167
6.1.3 Fırçalı DC motorun kontrolü 172
6.1.4 DC motorlar için manyetik akının sağlanması 173
6.1.5 DC motor verimi 174
6.1.6 Motor kayıpları ve motor boyutu 177
6.1.7 Fren olarak elektrik motorları 178
6.2 DC Ayarlama ve Gerilim Dönüştürme 181
6.2.1 Anahtarlama cihazları 181
6.2.2 Düşürücü regülatörler 184
6.2.3 Yükseltici anahtarlama regülatörleri 186
6.2.4 Tek fazlı inventerler 188
6.2.5 Üç faz 191
6.3 Fırçasız Elektrik Motorları 193
6.3.1 Giriş 193
6.3.2 Fırçasız DC motor 193
6.3.3 Anahtarlamalı Relüktans Motorları 196
6.3.4 İndüksiyon motoru 199
6.4 Motor Soğutma, Verim, Boyut ve Kütle 201
6.4.1 Motor verimini artırma 201
6.4.2 Motor kütlesi 203
6.5 Hibrid Taşıtlar için Elektrik Makinaları 205
Kaynakça 207
ELEKTRİKLİ TAŞIT MODELLEME 209
7.1. Giriş 209
7.2 Çekme Kuvveti 210
7.2.1 Giriş 210
7.2.2 Yuvarlanma direnci kuvveti 210
7.2.3 Aerodinamik sürükleme 211
7.2.4 Tepe tırmanma kuvveti 211
7.2.5 Hızlandırma (ivme) kuvveti 211
7.2.6 Toplam çekme gücü 213
7.3. Taşıt İvmesinin Modellenmesi 214
7.3.1 İvme Performans Parametreleri 214
7.3.2 Elektrikli hafif bir motosikletin hızlanma modeli 215
7.3.3 Bir arabanın ivmelenmesinin modellenmesi 219
7.4 Elektrikli Taşıt Menzil Modellemesi 222
7.4.1 Sürüş çevrimleri 222
7.4.2 Pilli elektrikli taşıtların eriminin modellenmesi 227
7.4.2.1 Pilli elektrikli taşıt modellemenin prensipleri 227
7.4.2.2 Modelleme eşitlikleri 227
7.4.2.3 MATLAB veya EXCEL ile simülasyon 229
7.4.3 Sabit hız erimi modellemesi 232
7.4.4 Simülasyonların diğer kullanımları 233
7.4.5 Yakıt hücreli taşıtlar için erim modelleme 234
7.4.6 Hibrid elektrikli taşıtlar için erim modelleme 237
7.5 Simülasyonlar: Bir Özet 238
Kaynakça 239
TASARIMLA İLGİLİ KONULAR 241
8.1. Giriş 241
8.2 Aerodinamik konular 241
8.2.1 Aerodinamikler ve enerji 241
8.2.2 Gövde/şasi aerodinamik şekli 245
8.3 Yuvarlanma Direnciyle ilgili Konular 247
8.4 Aktarma Verimliliği 249
8.5 Taşıtın Ağırlığına dair Konular 252
8.6 Elektrikli Taşıt Şasi ve Gövde Tasarımı 254
8.6.1 Gövde/şasi gereksinimleri 254
8.6.2 Gövde/şasi düzenlemeleri 256
8.6.3 Gövde/şasi dayanımı, rijitliği ve çarpma direnci 258
8.6.4 Stabilite için tasarım 261
8.6.5 Elektrikli taşıtların süspansiyonu 261
8.6.6 Modern pilli ve hibrid taşıtlarda şasi örnekleri 262
8.6.7 Modern yakıt hücreli taşıtlardaki şasiler 263
8.7 Tasarımla İlgili Genel Konular 264
8.7.1 Tasarım açıklaması 264
8.7.2 Elektrikli taşıt tasarımında yazılımlar 264
YARDIMCI SİSTEM TASARIMI 267
9.1. Giriş 267
9.2 Isıtma ve Soğutma Sistemleri 267
9.3 Kontrollerin Tasarımı 271
9.4 Direksiyon Güç Sistemi 273
9.5 Lastiklerin Seçimi 273
9.6 Yan Aynalar, Antenler ve Port Bagajlar 274
9.7 Elektrikli Taşıt Dolumu ve Yakıt İkmali 274
ELEKTRİKLİ TAŞIT VE ÇEVRE 277
10.1. Giriş 277
10.2 Taşıt Kirliliği: Etkiler 278
10.3 Taşıtların Kirliği: Nicel Bir analiz 280
10.4 Taşıt Kirliliği 285
10.5 Şebeke Üzerinden Kullanılan Alternatif 286
10.5.1 Güneş enerjisi 287
10.5.2 Rüzgar enerjisi 288
10.5.3 Su enerjisi 288
10.5.4 Gelgit enerjisi 288
10.5.5 Biyokütle enerjisi 289
10.5.6 Jeotermal enerji 290
10.5.7 Nükleer enerji 290
10.5.8 Deniz akıntısı enerjisi 290
10.5.9 Dalga enerjisi 290
10.6 Petrol Tüketen Taşıtlarla Sürdürülebilir Enerjinin Kullanımı 291
10.6.1 Yakıt hücreleri ve yenilenebilir enerji 291
10.7 Yönetmelik ve Kanun Yapıcıların Rolü 292
Kaynakça 294
Olay Çalışmaları 295
11.1 Giriş 295
11.2 Doldurulabilir Pilli Taşıtlar 295
11.2.1 Elektrikli bisikletler 295
11.2.2 Elektrikli hareket etmeye yardımcı araçlar 297
11.2.3 Düşük Hızlı Taşıtlar (LSV) 298
11.2.4 Pille çalışan araba ve vanlar 299
11.3.1 Honda Insight 304
11.3.2 Toyota Prius 306
11.4 Yakıt Hücresiyle Çalışan Otobüs 308
11.5 Sonuç 311
Kaynakça: 314
EKLER: MATLAB 315
Örnekler 315
EK 1: GM EV1`in Performans Simülasyonu 315
EK 2: Sürüş Çevrimlerinin Alınması ve Yaratılması 316
EK 3: Bir Çevrimin Simülasyonu 319
EK 4: GM EV1 Elektrikli Arabanın Erim Simülasyonu 322
EK 5: Elektrikli Skuter Erim Modellemesi 325
EK 6: Yakıt Hücresi Erim Simülasyonu 328
EK 7: Motor Verim Çıktıları 332
