Elektrikli Araç Nedir? Nasıl Çalışır? Tarihi, Bilmeniz Gerekenler ve Sürdürülebilirliğe Katkısı

Çevre dostu ürün kullanımının öneminin artması ve devletlerin sürdürülebilirlik hedefleri nedeniyle elektrikli araç talebi giderek artmaktadır. Yakıt olarak elektrik enerjisinin kullanılması sayesinde ulaşımın çevreye verdiği zararlı etkiler azalırken sessiz ve ekonomik şekilde seyahat etmek mümkün hâle gelir.

Gün geçtikçe trafikte sayıları artmaya başlayan elektrikli araçlarla ilgili merak ettiğiniz tüm detayları ve bu araçların gelecekteki konumu hakkındaki görüşleri bu yazımızdan öğrenebilirsiniz.

Elektrikli Araç Nedir?

Elektrikli araç, yakıt ve gaz karışımını yakarak güç üreten içten yanmalı bir motor yerine bir elektrik motoruyla çalışan araçtır.

Benzinli ya da dizel motor kullanan geleneksel araçların aksine elektrikli otomobiller piller veya yakıt hücresi (yakıtta bulunan enerjiyi elektrik enerjisine çeviren dönüştürücü) ile çalışan bir elektrik motoru kullanır. Bu araçların diğer ulaşım araçlarına göre önemli bir avantajı, sıfır egzoz emisyonuna sahip olarak kirliliği önemli ölçüde azaltma potansiyeline sahip olmasıdır.

Elektrikli Araçların Bileşenleri

Diğer araçlardan farklı olarak elektrikli araçlarda motor, batarya ve şarj sistemi bulunur. Bununla birlikte kontrol ünitesi, sıcaklık kontrol sistemi ve tek vitesli otomobillerde şanzıman da yer alır. 

• Elektrik Motoru

Yüksek verim sağlayan elektrik motorları, elektrik enerjisinin yaklaşık %90’ını hareket enerjisine çevirebilir. Bu motorların avantajları arasında sıfır emisyonla çalışması başta gelir. Üretim için erişilebilir malzemelerin kullanılması ve teknolojisinin her geçen gün gelişmesi de elektrik motorunun avantajları arasında bulunur.

Elektrikli araçlarda kullanılan motorlar doğru akım (DC) ya da alternatif akım (AC) olabilir.

• Batarya

Şarj sistemi ve bataryalar, elektrikli araçların diğer otomobillerden ayrılmasını sağlayan önemli bir bileşendir. Bu araçlarda genellikle nikel, manganez ve kobalttan elde edilen lityum iyon piller kullanılır. Bu piller daha büyük akımlar üretebilir ve diğer pil türlerine kıyasla çok az bakım gerektirir. Elektrikli araçlarda lityum iyon pillerin yanı sıra lityum iyon polimer, kurşun asit, lityum demir fosfat, nikel kadmiyum, nikel metal hidrat ve lityum sülfür piller de kullanılır.

Piller, genellikle zemine yerleştirildiği için bagaj alanının küçülmesinin önüne geçilir. Zemindeki pillerin ortalama 500 kg civarında olması ise otomobilin ağırlık merkezinin değişmesini sağlar. Bu da yol tutuşunun artmasına ve sürüşün daha dengeli hale gelmesine yardımcı olur.

• Şarj Portu

Elektrikli bir aracın şarj bağlantı noktası, aracın pil paketinin haricinde bir güç kaynağından enerji almasını sağlar. Bu güç kaynakları, şarj istasyonu olarak da bilinen elektrikli araç besleme ekipmanı olarak adlandırılır. Şarj işlemi özel bir konutta ya da ticari şarj istasyonlarında, şarj bağlantı noktaları aracılığıyla gerçekleşir.

• Dönüştürücü

Elektrikli araç çeviricileri, pil takımının elektron akışını doğru akımdan (DC) alternatif akıma (AC) dönüştürür. Bu enerji, daha sonra elektrikli çekiş motoruna güç vermek için kullanılır. Lityum iyon piller yalnızca DC gücünü kabul ettiği ve elektrikli motorların çalışması için AC gücü gerektiği için dönüştürücüler, elektrikli araçlar için gerekli bileşenlerdir. 

Bu parçalar, ayrıca motora gönderilen AC gücünün frekansını kontrol etmek için de kullanılır. Bu nedenle elektrikli araçların hızını kontrol etmede doğrudan rol oynar.

• Kontrol Sistemi

Denetleyici ya da kontrolör, bir aracın tüm parametrelerini yöneten sistemdir.

Pilden gelen bilgileri kullanarak şarj oranını kontrol eder.

Aynı zamanda motor invertöründeki hızı ayarlamak için gaz pedalına yapılan baskıyı da düzenler.

• Şarj Kablosu

Elektrikli araçlarda standart şarj için şarj portuna takılan bir şarj kablosu kullanılır. Kablo, evde ya da genel şarj istasyonlarında bataryanın dolmasını sağlar. Hızlı şarj noktalarının ise kendi kablosu olabilir.

Elektrikli Araç İlk Olarak Ne Zaman ve Kimin Tarafından Keşfedildi?

İlk elektrikli araç, 1835 yılında Profesör Stratingh tarafından Hollanda’da yapılmıştır. Bu tarihten itibaren bu araçlar farklı kişiler ve şirketler tarafından geliştirilmiş, zaman içinde yeni teknolojilerden faydalanılmıştır.

Elektrikli Araçların Tarihi

1835 yılında geliştirilen ilk elektrikli aracın ardından 1838 yılında ilk elektrikli lokomotif Robert Davidson tarafından geliştirilmiştir. Lokomotif, saatte 6,4 km/h hıza ulaşmıştır. 

Siemens, 1882 yılında, 550 volt DC güç ile beslenen ve iki adet 2.2 kW’lık motora sahip olan Elektromote isimli bir troleybüs geliştirmiştir. Berlin’de üretilen bu elektrikli araç, saatte ortalama 12 km/h hıza ulaşabilmiştir.

Morris ve Salomon ise 1895’te, Electrobat adını verdikleri iki koltuklu bir elektrikli araç geliştirmiştir. 

1897 yılında İngiltere’de, 1900’lü yılların başlarında ise New York’ta elektrikli taksiler hizmet vermeye başlamıştır. Aynı tarihlerde French Electroautomobile ve Krieger şirketleri hem benzin hem de elektrikle çalışan ilk hibrit prototipleri geliştirmiştir. Kurşun asit bataryalar kullanılan araçlar, saatte 60 km/h hıza ulaşabilmiştir.

Woods Motor Araç Şirketi, 1916 yılında, dört silindirli benzinli motorun doğrudan ön tahrik aksına ve jeneratöre bağlandığı bir hibrit elektrikli araç yapmıştır. 

Bu tarihten itibaren 1960’lı yıllara kadar elektrikli araçların üretimine devam edilse de bu araçlara olan ilgi azalmış, dünya genelinde içten yanmalı motorla çalışan araçlar popülerlik kazanmıştır. Bunun nedenleri arasında Amerika’daki şehirlerarası yolların uzun menzilli araçlara uygun olması başta gelir. Bununla birlikte Ford’un içten yanmalı motorla çalışan araçları düşük maliyetle seri üretmesi, petrol fiyatlarının düşmesi ve marş motorunun icat edilmesi de elektrikli araçlara olan ilginin azalmasının nedenleri arasında bulunur.

Bu nedenlerle 1935-1960 yılları arasında elektrikli araçlarla ilgili geliştirme çalışmaları sınırlı kalmıştır. İçten yanmalı motorla çalışan araçların hava ve çevre kirliliğine neden olduğunun anlaşılmasının ardından elektrikli araçlara olan ilgi yeniden artmıştır. 1990’lı yıllardan itibaren geliştirilen batarya teknolojileri sayesinde pek çok şirket elektrikli araç üretmeye başlamıştır.

Elektrikli Araçların Çalışma Mantığı

Elektrikli arabalar, şarj istasyonlarında şebekeden alınan elektrik enerjisini araçlarda bulunan pilde depolar. Bu pil, arabanın tekerleklerini döndüren elektrik motoruna güç sağlar. Böylece aracın çalışması mümkün olur.

Daha detaylı bir anlatımla; elektrikli aracın gaz pedalına basıldığında elektrik motoru için gerekli olan güç, doğru akımdan (DC) alternatif akıma (AC) dönüştürülür. Gaz pedalı, çeviriciden motora akan AC elektrik gücünün frekansını değiştirir. 

Ardından aracın hızını ayarlamakla görevli olan kontrolöre sinyal gönderir. Motor, bir dişli aracılığıyla tekerlekleri döndürür. Frene basıldığında ya da araç yavaşladığında, motor bir alternatöre dönüşür. Ardından aküye geri dönen gücün üretilmesini sağlar.

Elektrikli Araçların Çeşitleri

Elektrikli araçlar, motor tahrik yöntemine göre hibrit elektrikli ve tümü elektrikli araçlar olmak üzere ikiye ayrılır:

Hibrit Elektrikli Araçlar

Hibrit elektrikli araçlarda elektrik motorunun yanı sıra içten yanmalı motor bulunur.

Bu araçlar motor özelliklerine göre kompleks, paralel, seri ve seri-paralel olmak üzere birbirinden ayrılır.

Araçlarda yakıt deposu, jeneratör, pil ve dönüştürücü gibi parçalara yer verilir.

Böylece yalnızca elektrik motoru yerine pil ve benzin karışımı ile araçlar hareket edebilir.

Bu sayede pili doldurmak için şarj noktaları bulma ihtiyacı ortadan kalkar. Geleneksel yakıtlarla da kullanılabildiği için uzun mesafelerde kullanılabilir. 

Tümü Elektrikli Araçlar

Tümü elektrikli araçlarda içten yanmalı motorlar yerine yalnızca elektrikli motor kullanılır. Aracın hareket etmesi için gerekli olan elektrik enerjisi bu motordan sağlanır. Yakıt pilli ve pil paketli olmak üzere iki farklı modeli bulunur.

Pil paketli araçlarda içten yanmalı motor ve jeneratör gibi ek parçalar bulunmadığı için ihtiyaç duyulan elektrik enerjisinin tamamı pillerden elde edilir. Piller boşaldığında şarj edilerek araç kullanımına devam edilebilir.

Yakıt pilli modeller ise seri hibrit araçlarla benzer özelliklere sahiptir. Bununla birlikte parçalar birbirinden ayrılır. Bu araçlarda elektrik üretimi için yakıt pilleri ve hidrojen tankı kullanılır. Elektroliz yöntemi ile yakıt pillerinin kimyasal enerjisini elektrik enerjisine çevirmek mümkündür. Bu işlem sırasında su ve ısı açığa çıkar. 

Tümü elektrikli arabaların sağladığı avantajlar arasında fosil yakıt kullanılmaması ve araçta buji ya da egzoz gibi ek parçalara ihtiyaç duyulmaması bulunur.

Elektrikli Araçların Şarj Süreleri

Elektrikli araçların şarj süresi, marka ve modele bağlı değişiklik gösterse de ortalama bir süreden söz etmek mümkündür.

Bir elektrikli araba için tipik şarj süresi 30 dakikadan 12 saate kadar değişebilir. Bu, şarj istasyonunun hızına ve pilin boyutuna bağlıdır. 

Pillerin şarj olması için şarj istasyonlarından yararlanılır. Bu sırada enerji akışını kontrol etmek önemlidir.

Enerjinin bir anda kesilmesi nedeniyle şarj işlemi otomatik olarak durabilir. Bir elektrikli aracın istasyonlarda %80 oranında dolması, yaklaşık 30 dakika sürer.

Bu oranın üzerine çıkıldığında pillerin dolması daha uzun sürdüğü için %20’lik kısım için araç sahiplerinin bir süre daha beklemesi gerekebilir. 

Piller, istasyonların dışında evde de doldurulabilir. Bunun için standart 220 volt’luk prizler kullanılabilir ancak bu durumda batarya dolum süresi 8-10 saati bulabilir.

Elektrikli Araç Menzil Süreleri

Elektrikli araçların günümüzde yeterince yaygın kullanılamamasının nedenlerinden biri menzil sorunudur. Araçlarda kullanılan bataryaların fazla ağır olması, menzilin sınırlı olmasına neden olur. İçten yanmalı motorlarla çalışan araçlar bir depo yakıtla 500-600 km yol giderken elektrikli araçlar %80 dolu şarjla 150-600 km yol gidebilir. Bununla birlikte menzilin tam belirlenmesi için araçların marka ve modeli ile sürüş koşullarının da göz önünde bulundurulması gerekir.

Bu araçların menzilinin kısa olması, özellikle uzun yolculuklarda sorun yaratabilir. Yakıt pilli elektrikli araçlar ise daha çok kısa menzil problemlerine çözüm sunmak amacıyla üretilmiştir. Sistemi sayesinde enerjiyi depolamaktan ziyade ürettiği için ihtiyaç anında gerekli enerjinin elde edilmesini sağlar.

Menzil sorununun çözümü için kurşun asit bataryalar üzerinde yapılan çalışmalar devam etmektedir. Bataryaların enerji yoğunluğunun artması, menzilin de uzamasını sağlayabilir.

Elektrikli Araçların Avantajları

Çevreye katkıları ile öne çıkan elektrikli araçların sağladığı bazı avantajlar şu şekildedir:

Sıfır Emisyon

Dünya genelinde rezervleri sınırlı olan fosil yakıtlar, çevre ve hava kirliliğine neden olmaktadır. Benzinli ve dizel araçlardan kaynaklanan zehirli emisyonlar, halk sağlığı üzerinde uzun vadeli olumsuz etkilere neden olur. Elektrikli araçların emisyon etkisi benzinli veya dizel araçlara göre çok daha düşüktür.

Elektrikli araçların içindeki elektrik motoru kapalı bir devre üzerinde çalışır. Bu sayede bir elektrikli araba genellikle küresel ısınmayla ilişkilendirilen gazların hiçbirini yaymaz.

Tamamen elektrikli bir araçta benzin ya da dizel kullanılmadığı için karbon ayak izinin azalması sağlanabilir.

Tümü elektrikli araçların sıfır egzoz emisyonu olsa da elektrik fosil yakıtlardan elde edildiğinde dolaylı yoldan karbon emisyonuna neden olabilir.

Yine de elektrik üretimi hesaba katıldığında bile benzinli veya dizel araçlardan düşük emisyona sahiptir. İçten yanmalı motora sahip olan araçlar, ortalama bir elektrikli araçtan neredeyse 3 kat daha fazla karbondioksit yayar. 

Düşük Maliyetler

Elektrikli bir aracın işletme maliyeti, eşdeğer bir benzinli ya da dizel araçtan çok daha düşüktür. Yani elektrikli bir aracı şarj etmenin ekonomik avantajı benzin veya dizel doldurmaya kıyasla daha fazladır.  

Yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılması, elektrikli araçların kullanımını daha çevre dostu hale getirebilir. Evlerde kurulumu yapılabilen güneş panelleri yardımıyla elektrikli araçların pilleri düşük maliyetle doldurulabilmektedir.
Elektrikli araçlar içten yanmalı motora sahip araçlar kadar çok hareketli parçaya sahip değildir. Bu nedenle elektrikli araçlar için servis gereksinimleri, geleneksel benzinli veya dizel araçlardan daha azdır. 

Sürüş Kolaylığı

Elektrikli araçların vitesleri ve karmaşık kontrol sistemleri olmadığı için sürüş kolay hale gelir. Bu araçlar yalnızca fren, gaz pedalı ve direksiyon ile kontrol edilebilir. Sürücülerin hızlanması, fren yapması ve aracı yönlendirmesi yeterlidir. 

Bu araçların kullanışlı bir başka özelliği de rejeneratif frenlemedir. Geleneksel otomobillerde frenleme, sürtünme nedeniyle belli bir miktar ısı açığa çıkarır. Bu da ısıdan gelen kinetik enerjinin israf edilmesine neden olabilir. Elektrikli bir araçta bu kinetik enerji pillerin doldurulması amacıyla değerlendirilir.

Elektrikli Araçlardaki Devam Eden Zorluklar

Elektrikli araçlarla ilgili devam eden sorunların başında pillerin şarj edilmesi gelir. Şarj istasyonlarında, kısa sürede bataryaların %80’i dolsa da kalan %20’lik kısmın dolması için belli bir süre geçmesi gerekir. Diğer araç sahiplerinin de bataryaları doldurması ve yavaşlamanın önüne geçilmesi için istasyonlarda genellikle pillerin yalnızca %80’i doldurulur. 

Bu durumla ilgili çalışmalar devam etse de çözüm olarak batarya değişiminden yararlanılır. Bazı şarj istasyonlarında otomasyonla gerçekleştirilen bu işlemde aracın boş bataryası alınarak yerine dolu batarya yerleştirilir. Böylece birkaç dakika içinde dolu pillerle birlikte tekrar seyahat edilebilir. 

Batarya değişimi de günümüzde belli bir standart yakalanamaması nedeniyle uygulamada sorunlar yaratmaktadır. Özellikle elektrikli araçlarda kullanılan her pilin aynı olmaması, araç sahiplerinden yeterli talebin gelmemesi, altyapı maliyetlerinin yüksek olması gibi nedenlerle farklı çözüm yolları aranmaktadır.

Pillerin ömrü dolduğunda değiştirilmesi, bu araçlarla ilgili yaşanan sorunlardan biridir. Elektrikli araçlarda kullanılan pillerin sınırlı bir kullanım ömrü vardır. Marka ve modele bağlı olarak 10-20 yılda bir değiştirilmeleri gerekir. Pil değişimi, uzun vadeli düşünüldüğünde maliyet artışına ve pil üretimi kaynaklı çevre kirliliğine sebep olur. Elektrikli bir aracın pil kapasitesinin düşük olması nedeniyle dizel ya da benzinli bir araca kıyasla daha kısa mesafelerde kullanılabilmesi de çözülmesi gereken sorunlar arasında bulunur. 

Elektrikli araçların sesi başlangıçta gürültü kirliliğini önlemesi nedeniyle avantaj gibi gözükse de dezavantajlar arasında sayılabilir. Ancak araçların sessiz çalışması kulaklıkla yürümeyi sevenler, çocuklar ve görme engelliler için sorun yaratabilir ve bu sebeple kazalar meydana gelebilir. Olası kazaları engellemek için elektrikli araçlara motor sesi ekleme uygulamaları üzerine çalışılmaktadır.

Elektrikli Araçların Hava Kirliliği Üzerindeki Etkisi ve Karbon Emisyonu

Elektrikli araçlar, elektrikli motorlarla çalıştığı için karbon emisyonuna neden olmamakla birlikte karbon ayak izini azaltmaya yönelik etkili bir çözüm olarak görülmektedir.

Yalnızca hibrit gibi içten yanmalı motora sahip olan modeller, yakıt kaynağı olarak benzin kullanıldığında egzoz emisyonları üretir.

2019 yılı itibarıyla Çin’de, toplu taşımada kullanılan 500.000 civarında otobüsün ve bazı bölgelerdeki taksilerin elektrikli araçlarla değiştirilmesi önemli bir gelişmedir. 

Elektrikli araçların kullanımı sırasında olmasa da üretiminde belirli bir miktar emisyon oluşur. Bu oran, geleneksel bir otomobilden daha yüksek olabilir. Bunun nedeni bir elektrikli otomobilin önemli bir parçası olan lityum iyon pillerin üretilmesidir.

 Araçların ömür boyu ortaya çıkardığı karbondioksit emisyonunun üçte birinden fazlası, otomobilin üretilmesi için kullanılan enerjiden gelir. Teknolojinin gelişmesiyle birlikte bu duruma da çözüm bulunmaya çalışılmaktadır.

Üretim de dikkate alındığında elektrikli araçların karbon emisyonu, dizel araçlara göre %17 ila %30 oranında daha düşüktür. Düşük karbonlu elektrik kullanıldığında, elektrik üretiminden kaynaklanan emisyonlar da önemli ölçüde azalır.

Egzoz borusu olmayan tamamen elektrikli otomobiller, sürüş sırasında karbondioksit emisyonu yapmadığı için hava kirliliğini önemli ölçüde azaltır. Bir yıldan uzun bir süre içinde, yalnızca bir elektrikli araba yaklaşık 1,5 milyon gram daha az CO2 açığa çıkmasını sağlayabilir. Bu, Londra'dan Barselona'ya dört uçuşa eşdeğerdir.

Benzinli Araç, Dizel Araç, Elektrikli Araç Karşılaştırması

Birbirinden farklı donanıma sahip olan benzinli, dizel ve elektrikli araçlar arasında bazı farklar bulunur.

İçten yanmalı motorlarla çalışan araçlar ve elektrikli araçlar arasındaki önemli farklardan biri, güç üreten ve bu gücü arabayı hareket ettirmek için tekerleklere ileten bileşenler olan aktarma organlarıdır.

İçten yanmalı motora sahip olan araçlar, motor parçalarını ve tekerleklere güç ileten diğer bileşenleri hareket ettirmek için benzin ya da dizel gibi ısıyı serbest bırakan bir yakıt kullanır.

Ateşleme, bu yakıtların yanma sürecini başlatır. Elektrikli araçlar ise şarj edilebilir pillerde elektrik olarak depolanan gücü kullanır. Bir veya daha fazla elektrik motoru, bu gücü tekerleklere iletir.

Elektrikli otomobiller, ticari kullanım için tercih edildiğinde büyük tasarruf sağlayabilir. Çünkü elektrikli otomobilin km başına maliyeti, içten yanmalı motora sahip araçlardan önemli ölçüde daha düşüktür. Hareketli parçası oldukça az olan elektrikli araçlarda bakım maliyeti de az olur.

Ayrıca sınırlı menzile sahip olan tümü elektrikli araçların maliyeti hibritlerden çok daha düşüktür. Tipik olarak, geleneksel araçlardan akülü elektrikli araçlara geçilerek yakıt maliyetleri yaklaşık %80 azaltılabilir.

Elektrikli araçlar için büyük piller üretmek yüksek maliyete neden olur. Bu süreç için bazı maliyetli ham maddelerin tedarik edilmesi gerekir. Bu nedenle dizel ve benzinli arabaların ilk fiyatı genellikle elektrikli modellerden daha uygundur. Elektrikli araçların standart fosil yakıtlı araçlardan daha ileri teknoloji sistemlere sahip olması da fiyat farkının nedenlerinden biridir.

Dizel ve benzinli modellerde olduğu gibi içten yanmalı motorları olmayan elektrikli araçlar, fosil yakıtlar yandıktan sonra atmosfere zararlı sera gazları yayan egzoz borusuna sahip değildir. 

Elektrikli Araçların Geleceği

Kullanılan toplam araç sayısına bakıldığında günümüzde elektrikli araçların pazar payının %2,5 civarında olduğu görülmektedir. Bu araçların kullanımının yaygınlaşmasında araç kullanıcılarının alışkanlıkları, şarj istasyonlarının yaygınlığı, altyapı ve maliyetler gibi pek çok faktörün belirleyici etkisi vardır.

Batarya fiyatları da bu faktörlerin en önemlilerinden biridir. Gelecekte yapılan çalışmalar sayesinde maliyetlerin düşünülmesi amaçlanmaktadır. Bu süreçte hızlı şarj istasyonları ile ilgili geliştirmeler de yapılabilir. Bu noktada ülkelerin teşvikleri ve yatırımları da büyük önem taşır.

Örneğin, elektrikli araç kullanım oranı diğer bölgelere göre daha fazla olan Kuzey Avrupa ülkeleri, vergi indirimleri ile bu araçların kullanımını teşvik etmektedir. Özellikle Norveç gibi satılan her iki otomobilden birinin elektrikli araç olduğu bir ülkede tüm yeni araçların bu şekilde değiştirilmesi ile ilgili uzun vadeli planlar yapılabilir.

Siz elektrikli araç kullanıyor musunuz? Kullanmıyorsanız tercih sebebiniz ne olurdu? Elektrikli araçlar hakkındaki fikirlerinizi yorumlarda paylaşabilirsiniz.