Bu sistemde tahrik için kullanılan elektrik motoru ile içten yanmalı motorun birbiri ile bağlantı şekline göre elektrikli hybrid motor paralel hybrid tahrik sistemi, seri hybrid tahrik sistemi ve Kompleks Seri-Paralel Hibrit Elektrikli Araç olarak üçe ayrılır.
Paralel Hybrid Tahrik Sistemi
Bu tür araçlarda elektrik motoru ve içten yanmalı motor (İYM) bir debriyaj üzerinden diferansiyeli ortak olarak beslerler. İstendiğinde yalnızca elektrik motoru, istendiğinde yalnızca benzin veya dizel motor çalıştırılıp mekanik enerji tekerlekleri çevirebilir.
Şehir içinde sık sık dur-kalk yapılan yerlerde yalnızca elektrik motoru kullanılarak gürültü ve egzoz yayınımı yok edilir. Hızlı sürüş yapılan kırsal alanlarda veya yokuş yukarı giderken ya da ani ivmelenme gereken durumlarda her iki motor birlikte aracı tahrik eder. Böylece birbirini yedekleyen ve destekleyen iki güç kaynağı elde edilmiş olur (Şekil 4.3 ve Şekil 4.4).
Paralel hybrid elektrikli araç, enerji geri kazanımlı frenleme özelliğine sahiptir. Buna rağmen olumsuz sürüş koşullarının devam etmesi halinde akünün dışarıdan şarj edilmesi gerekmektedir. Bu olumsuz özelliği gideren topoloji seri-paralel tahrik sistemidir. Seri sistemde aynı koşullarda elektrikli ve içten yanmalı motorunda üretilecek güç, aracı tahrik etmek için gerekli olan gücün iki katı olması gerekir. Çünkü seri hybrid tahrik sisteminde ayrıca bir jeneratöre gerek vardır. Jeneratör, içten yanmalı motordan aldığı mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çevirir.
Seri Hybrid Tahrik Sistemleri
Paralel motorda elektrik motoru, jeneratör görevi yaparak aküyü şarj eder. Paralel sistem, bunun yanı sıra jeneratör olmadığı için ağırlık ve maliyet yönünden de avantajlıdır. Ayrıca paralel sistemde içten yanmalı motordan alınan tahrik gücü direkt tahrik aksına iletildiğinden enerji kaybı ve yakıt tüketimi de azdır.
Seri hybrid tahrik sistemi; içten yanmalı motor, elektrik motoru ve jeneratör olmak üzere üç ana kısımdan oluşur. İçten yanmalı motor tarafından oluşturulan mekanik enerji, jeneratör tarafından elektrik enerjisine dönüştürülerek elektrik motoru çalıştırılır ve tahrik (hareket) sağlanır.
Bu sistemde enerji dönüşümleri sırasında meydana gelen kayıplardan dolayı verim düşüktür. Sistemin avantajı, düşük emüsyon ve yüksek verim amacına göre içten yanmalı motorun değişik çalışma koşullarına adapte edilebilmesidir. Fakat dizaynından dolayı sistemin toplam verimi, paralel sisteme göre daha düşüktür.
Seri hybridin yapısı, Elektrikli Aracın (EA) yapısına en yakın durumdur (Şekil 4.5 ve ġekil 4.6). Tek farklılık elektrik enerjisinin İçten Yanmalı Motor (İYM) tarafından döndürülen bir jeneratör tarafından araç üzerinde üretiliyor olmasıdır. Araç hızlanırken veya düz yolda giderken elektrik makinesi motor olarak tekerlekleri çevirmekte, akü dolu ise enerjisini aküden almakta, eğer akü boş ise içten yanmalı motor çalışarak jeneratör üzerinden aküyü doldurmaktadır. Böylece, akünün dışarıdan doldurulma ihtiyacı ortadan kalkmaktadır.
Aracın frenlenmesi tıpkı elektrikli türünde olduğu gibi enerji geri kazanımlı frenleme yoluyla yapılmakta, böylece önemli ölçüde enerji tasarrufu sağlanmaktadır. Bu yapının bir diğer avantajı içten yanmalı motorun sürekli olarak en verimli olduğu hızda çalıştırılmasıdır. Seri hybrid elektrikli araç uygulamasına Türkiye’den bir örnek de, TOFAŞ için TÜBİTAK MAM tarafından yapılan Doblo ELİT-1 projesidir.
Seri hybrid düzeneğine sahip olan aracın 220V‟luk şehir elektrik voltajı ile şarj edilen akülerle elektrik motoru çalıştırılır. Motor ve jeneratör şehir içi için yeterlidir ve batarya boşaldığı an devreye girerek şarj edilir. Böylece aracın menzili artırılmış olur. Bu tip araçlar günlük 40 kilometreden daha az olan yolculuklar için uygun olabilmektedir. Şekil 4.5 ve şekil 4.6‟da seri hybrid düzeneği ve içten yanmalı motorla birleştirme şekiller görülmektedir.
Kompleks (Karışık) Hybrid Elektrikli Araç
Bu sisteme karışık hybrid denmesinin nedeni seri paralel sistemde kullanılan jeneratörün yerine gerektiğinde motor gerektiğinde jeneratör olarak çalışan bir elektrik makinesiyle değiştirilmiş olmasıdır. Şekil 4.7’de gösterilen bu sistem, seri-paralel hybrid sistemin tüm avantajlarını bünyesinde bulundurmaktadır.
Yani büyük güç gerektiğinde elektrik motoru ve IYM birlikte tekerlekleri döndürmekte, sessiz ve temiz çalışma gerektiğinde yalnızca elektrik motoru ile sürüş sağlanmakta, akü devamlı olarak içten yanmalı motor desteği ile üretilen elektrik enerjisi ile doldurulabilmektedir.
Bunlara ek olarak, iki sistem arasında bulunan elektrik makinesi motor olarak çalıştırılıp IYM için marş görevi de görebilmektedir. Bugün piyasada satılmakta olan hybrid elektrikli araçların başlıcaları olan Toyota Prius ve Honda Civic bu tür karışık hybrid elektrikli araçlardır.
Elektrikli Hybrid Taşıtlarda Kullanılan Elektrik Motor Tipleri
Dinamizm ile verimliliği birleştirip sürüş durumuna ve isteğe göre tahrik motoru, alternatör veya marş motoru olarak görev yapar. 54HP gücünde olan bir dinamo 210 Nm azami tor üretebilir. Paralel Hybrid Sistemde, Hafif bir elektrik motoru, ayarlanabilir bir kavrama vasıtasıyla krank miline bağlanır.
Sonuç olarak da, hemen hemen tüm sürüş koşullarında etkileyici bir kalkış ve hızlanma performansı elde edilir. Resim 4.1‟de Hybrid Araç Elektrik Motorunun kesit resmi görülmektedir.
Yüzey Mıknatıslı Fırçasız Doğru Akım Makineleri
Otomotiv tahrik sistemlerindeki elektrik makinelerinde mıknatıs olarak NdFeB yaygın olarak kullanılmaktadır. Manyetik alan, mıknatıs tarafından sağlandığı için bu makinelerin verimleri yüksektir. Mıknatısların yerleştirilişi itibariyle, mıknatıslar dış rotorda veya iç rotorda olmak üzere başlıca iki turu bulunmaktadır.
Resim 4.2‟de Honda tarafından kullanılan ve içten yanmalı motor miline doğrudan bağlanan dış rotorlu yapı ve benzer teknikle Mekatro tarafından geliştirilen mıknatıslı elektrik makinesinin stator ve rotoru gösterilmiştir. Son yıllarda mıknatıs fiyatları cok artmıştır. Neredeyse tamamen Çin‟den temin edilmektedir. Bu durum bir risk faktörü oluşturmaktadır.
Mıknatısların motor içersine uygun biçimde gömülmesiyle birlikte elektrik motorunun çok yüksek hızlara çıkması sağlandığı gibi, manyetik alanın kontrolü de özellik değiştirir ve elektrik makinesi senkron makine ismini alır. Günümüzün elektrikli araçlarının büyük kısmında bu tür elektrik makineleri tercih edilmektedir.
Üç Fazlı Asenkron Makineler
Asenkron makinelerde yalnızca demir ve bakır bulunur. İmalatı kolay ve maliyeti düşüktür. Mıknatısı olmayan bir elektrik makinesi olduğu için, malzemenin teminindeki risk faktörü de düşüktür.
Endüksiyon prensibiyle çalıştığı için kontrolü, mıknatıslı motorlara göre daha karmaşıktır. Kontrol elektroniğinin donanım ve yazılımındaki gelişmeler, bu karmaşıklığın üstesinden gelmektedir. Tesla Roadster elektrikli otomobillerde ve Fiat Fiorino’nun elektrikli modelinde asenkron motor tahrik sistemi kullanılmaktadır.