Bir cismin ağırlığı ve hızı, tüketeceği enerjiyle doğru orantılıdır. Biliyorsunuz ki popülerliğini günden güne artıran elektrikli arabalar biraz ağır. Bu ağır abiler hala tam anlamıyla verimli olabilmiş değiller. İlk çıktıklarında düşük menzil sunuyorlardı, ekstra pil hücreleri eklendi. Şimdi ise bu pillerin getirdiği bir ağırlık var. Bu da tüketilen enerji miktarını artırıyor. Madem pil hücrelerinden olmayacak peki ağırlığı nasıl azaltacaklar? İşte bu noktadan sonra bilinçli tüketici olup, ağırlığın azaldığı noktada kalitenin ve verimliliğin nasıl artırıldığına şahit olmak zorundayız.

Ağırlık ve Menzil

Elektrikli araçlarda motor ve vites kutusu bulunmasa da, akü paketinin mevcut ağırlığı motor ve vites kutusunun ağırlığını aşıyor. Elektrikli bir aracın menzili, aracın ağırlığından doğrudan etkilenir. 

İYM’li bir araçta, ortalama bir sedanın ağırlık dağılımı tipik olarak şu şekilde olacaktır: ¹ gövde yapısı (%25), güç aktarma organları (%25), şasi ve süspansiyon (%21), iç kısımlar (%14), kapaklar (%8) ve cam, elektrik ve sıvılar (%7). Gövde ve kapakları birleştiren metal levha, aracın ağırlığının kabaca üçte birini oluştur. Örneğin Ford Fusion, toplam boş ağırlığı yaklaşık 3.600 lbs (1.633 kg) olacaktır.

Elektrikli bir araçta bu değerler şöyle evriliyor: Örneğin, Tesla Model S2’nin 4.600 pound (2.087 kilogram) boş ağırlığıyla, ağırlık dağılımı aşağıdaki gibi olacaktır: Batarya (29%); motor, tahrik sistemi, frenler ve süspansiyon (23%); şasi (17%); iç mekan (14%); kapılar (4%); elektrik sistemi (4%); ve diğer bileşenler (9%).

Bu değerlerin doğrultusunda Ağırlık kaynağının ana etmeninin batarya bölümünden geldiği çok açık.
Lux Research tarafından yapılan bir model, elektrikli araç (EV) menzilini araç ağırlığı ve batarya boyutuyla karşılaştırıyor. Bu modele göre, EV menzili ya araç ağırlığını azaltarak ya da batarya verimliliğini artırarak ve böylece boyutunu küçülterek uzatılabilir. Ancak bu seçimler maliyetli olabilir çünkü elektrikli arabalar, geniş kabulü sağlamak için uygun fiyatlı olmalıdır. Lux, önümüzdeki on yıl içinde “batarya paketi enerji yoğunluğunun %15 civarında artacağını” öngörüyor. Bu artış, ya aracın menzilini aynı tutarak batarya boyutunu küçülterek ya da maliyeti düşürerek kullanılabilir. Ayrıca, 2030’a kadar bir elektrikli arabanın ağırlığını azaltmanın maliyetinin, bugünkü içten yanmalı motorlu araçlardaki gibi 5 dolar/kg civarında olacağını tahmin ediyorlar. [Kaynak: Lux Araştırma].

Şasi ve Alüminyumun Hafifliğe Etkisi

Bildiğiniz üzere son nesil elektrikli araçlarda kullanılan Gigacasting döküm metodu, arka tekerlek şasilerini kaynaksız bir şekilde üretmeyi sağlıyor. Bu yöntem, ek vidalama ve kaynak işlemlerine ihtiyaç duymadan üretim avantajları sunuyor. Ayrıca, ağırlık azaltma konusunda önemli bir etki yaratıyor. Tek döküm şasi, önümüzdeki yıllarda araç şasilerini tek parça halinde üretebileceğimiz bir geleceği işaret ediyor. Bu gelişme, üretim süreçlerini daha verimli hale getirerek pozitif etkiler yaratacaktır.

Şasi ve Süspansiyon: Hafiflik Stratejileri

Araç tasarımında, özellikle şasi ve süspansiyon sistemlerinde hafifletme, genellikle göz ardı edilen ancak önemli bir faktördür. Bu bağlamda, şasi, süspansiyon ve fren sistemlerinde hafifliği optimize etmek için bir dizi seçenek ve strateji bulunmaktadır. Her bir sistemde malzeme seçimi, ağırlık ve maliyet dengesini sağlama açısından kritiktir.

Çelik ve Alüminyum Dengelemesi: Yüksek Performanslı Malzemeler

Geleneksel olarak çelik, ağırlığı artırırken düşük maliyetli bir seçenek olarak öne çıkar. Ancak, alüminyumun hafifliğiyle ilgili genel varsayımlar, özellikle Ford F-150 gibi modellerin alüminyum gövdelerine geçişinden sonra çelik endüstrisinin malzeme ve işleme alanında önemli yenilikler yapmasına neden oldu. Şu anda, otomobil üreticileri, ultra yüksek dayanımlı çelikler gibi yüksek performanslı malzemeleri kullanarak ağırlığı azaltma potansiyeline sahiptir.

Süspansiyon Bileşenlerinde Çeşitlilik: Alüminyum ve Çelik Alternatifleri

Süspansiyon bileşenleri özelinde, dövme alüminyum ve kaynaklı çelik gibi çeşitli seçenekler mevcuttur. Örneğin, çelik endüstrisinin süspansiyon kollarını tek parça damgalama olarak sunma potansiyeli, ağırlığı ve maliyeti daha da azaltma olasılığını beraberinde getirebilir.

Elektrikli Araçlarda Alüminyumun Rolü: Güçlü ve Hafif Tasarım

Elektrikli araçlarda alüminyum kullanımı, özellikle güçlü ve uzun kontrol kolları gerektiren süspansiyon sistemlerinde dikkate değerdir. Alüminyum dövme parçalar, elektrikli araçların ihtiyaçlarına uygun olarak tasarlanabilir ve güçlü bağlantı noktaları sağlayabilir.

Hafifletme Kararları: Malzeme Maliyetleri ve Enerji Verimliliği

Elektrikli araçlarda hafifletme kararı, sadece ağırlığı azaltmakla ilgili değildir; aynı zamanda malzeme maliyetleri, üretim süreçleri ve enerji verimliliği gibi faktörleri de içerir. Özellikle, batarya teknolojisinin yüksek maliyeti ve ağırlığı, tasarım kararlarını etkileyebilir. Ancak, sektörün bu zorlukları aşmak için sürekli olarak yenilik yapması ve daha hafif ve verimli malzemeler bulma çabaları devam etmektedir.

Elektrikli Araç Üretiminde Farklı Hafif Malzeme Çeşitleri

Şu anda elektrikli araç aküleri ağırdır ve otomobilin ağırlığını önemli ölçüde artırmaktadır. Sonuç olarak, aracın diğer bileşenlerinin ekstra ağırlığı kaldırabilmesi için daha hacimli olması gerekir. Kompozit bileşenlerin daha sağlam ve daha hafif olması nedeniyle akü üretiminde kompozitlerin kullanılması, üreticilerin aracın diğer parçalarının ağırlığını da azaltmasına olanak tanıyor. Bu bağlamda, malzeme türü kategorisi altında yer alan kompozit segmentinin 2030 yılına kadar %22,09 ile en yüksek CAGR ile büyümesi bekleniyor.

Öte yandan kompozitlerin metalle birleştirildiğinde mevcut üretim hatlarına entegrasyonu da daha kolay oluyor. Buna paralel olarak metalin, tahmin dönemi boyunca elektrikli araç pazarına yönelik küresel hafif malzemelerde hâkim malzeme türü olması ve 2021’de %62,51’lik bir gelir payı elde etmesi öngörülüyor.

Hafifleşmenin Faydaları

• Azaltılmış Toplam Sahip Olma Maliyeti (TCO) – Hafif elektrikli araçların sayısız avantajı göz önüne alındığında, azaltılmış toplam sahip olma maliyeti (TCO), e-ticaret oyuncuları, bireysel ve bireysel olanlar da dahil olmak üzere çok çeşitli otomobil kullanıcıları için önemli bir faktördür. Filo sahipleri ve 3PL’ler. TCO’da önemli bir azalma, teslimat başına maliyetin kısaltılmasına yol açar ve sonuçta elektrikli kargo araçlarının ana değer teklifi olarak kabul edilir.
• Artırılmış Menzil – Daha hafif bir otomobil gövdesi, daha düşük kütlesi nedeniyle daha ağır bir birime göre daha hızlı hızlanabilir. Bu nedenle otomotiv sektörü, araç verimliliğini artırmak ve otomobilin menzilini genişletmek amacıyla dökme demir ve geleneksel çelik bileşenler yerine magnezyum alaşımları, alüminyum alaşımları, yüksek mukavemetli çelik, karbon fiber ve polimer kompozitler gibi hafif malzemeleri kullanmayı tercih ediyor. Ek olarak, EV pillerinin potansiyel ağırlığı göz önüne alındığında, aracın geri kalanının daha uzun bir kullanım ömrü ve menzil sunması için hafif malzemelerden yapılması gerekiyor.
• Daha Az Motor Gücü İhtiyacı – Hafif elektrikli araçlar (LEV’ler) – Daha küçük bir pil paketiyle eşdeğer bir çıktının üretilmesi için nispeten daha az motor gücü gerektirir ve dolayısıyla maliyetlerin düşmesine katkıda bulunur. Ancak kompozit malzemelerin kullanımı da çeşitli zorluklara yol açabilir. Örneğin tasarım daha zaman alıcı ve karmaşık olsa da süreç ve malzeme konusunda da uzmanlık gerektiriyor. Buna göre gerekli mühendislik ve uygun tasarım ile seri üretime yönelik ölçeklenebilirlik ve üretim kolaylığı elde edilmektedir.
• Geliştirilmiş Verimlilik – Hafif malzemelerin kullanılması, performans-ağırlık oranını artırarak verimliliğin artırılmasında önemli bir rol oynar. Üstelik bu faktörün sürücü rahatlığı üzerinde de doğrudan etkisi olabilir. Teslimat personelinin çoğunluğunun, genellikle daha ağır kargolarla sık seyahatler yapması gerektiğinden, LEV’ler, daha iyi yol tutuşu ve stabiliteyi garanti etmenin yanı sıra, daha yüksek kargo kapasitesi sağlamaya yardımcı olur.

Ayrıca, daha az emisyon üretme potansiyeli olan hafif malzemelere olan talebin artması, hafif malzeme üreticilerini daha sürdürülebilir malzemeler geliştirmeye zorladı. Örneğin, Nisan 2022’de Volvo Cars , organik elyaf bazlı yüksek performanslı, hafif malzemeler geliştiren yenilikçi bir İsviçre firması olan Bcomp’a stratejik bir yatırım yaptı. Daha hafif araç yapılarının ve daha küçük boyutlu akülerin kullanılması işletme maliyetlerini en aza indirir. Bu faktör, son kullanıcıların fütüristik, tüketici odaklı ve aynı zamanda karbon nötrlüğü teşvik eden sürdürülebilir araçlara doğru ilerlemesine olanak tanıyor.

Özetle;

Elektrikli araçların hafifletilmesi, taşımacılığın geleceğine geçişi hızlandıracak önemli bir adımdır. Elektrikli araçların ağırlığını azaltmak, mevcut ve gelecek nesil elektrikli araçların maliyetini düşürmeye, menzilini artırmaya, performansını iyileştirmeye ve daha verimli montajına büyük bir katkı sağlayacaktır. Bu, sadece çevresel sürdürülebilirliği artırmakla kalmayacak, aynı zamanda kullanıcı deneyimini daha heyecan verici ve etkileyici hale getirecektir. Ama fark ettiğiniz üzere her geçen gün daha ucuza daha iyisini alma şansını sunmaya devam ediyor. Bilinçli tüketici olmak şart…

Tek Parça Şasi