Elektrikli araçlar, menzil bakımından geleneksel araçların gerisindedir. Bu nedenle elektrikli araç şarj istasyonu sayısının fazla olması gerekmektedir. Öte yandan, elektrikli araçlarda şarj işlemi için temel olarak iki yöntem bulunmaktadır. İki yöntemin de avantajları ve dezavantajları vardır. Bu yazımızda elektrikli araç şarj sistemlerini inceledik.
İçindekiler
Elektrikli Araç Şarj Sistemleri
Elektrikli araç şarj sistemleri temel olarak ikiye ayrılmaktadır. Bu sistemler; alternatif akım (AC) şarj sistemi ve doğru akım (DC) şarj sistemi olarak isimlendirilmektedir.
Elektrikli Araçlarda Alternatif Akım ile Şarj
Alternatif akım ile şarj, Seviye 1 ve Seviye 2 olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Elektrikli aracın şarj süresi, batarya karakteristiğine ve şarj sisteminin güç seviyesine bağlı olarak değişmektedir. Ancak alternatif akım şarj sisteminin çıkış gücü sınırlıdır. Çıkış gücünün sınırlı olması, şarj süresinin uzamasına sebebiyet vermektedir. Aşağıda bulunan görseller, Texas Instruments tarafından hazırlanan elektrikli araç şarj verilerini içermektedir.
Alternatif akım ile şarj yönteminin en büyük avantajı, konut elektriğinin de alternatif akım formunda olmasıdır. Bu özellik sayesinde, konut elektriği ile elektrikli araçları şarj etmek mümkündür. Seviye 1 -AC şarj, 120 Volt – 60 Hz standardını kullanan ülkelerde yaygındır. Ancak yukarıdaki görselde görüldüğü gibi sistemin çıkış gücü oldukça düşüktür. Seviye 1 AC şarj sistemi ile bir elektrikli aracı tam şarj etmek yaklaşık 17 saat sürmektedir.
Seviye 2 – AC şarj sisteminin ise gerilim ve çıkış gücü daha yüksektir. Bu durum dolum süresine de yansımaktadır. Seviye 2 AC şarj sistemi ile bir elektrikli aracı şarj etmek ortalama 8 saat sürmektedir. Seviye 1 ve Seviye 2 çıkış güçleri arasında 10 katlık bir fark gözükse de bu fark dolum süresine tam olarak yansımaz. Çünkü bataryaların şarj süresi doğrusal şekilde azalmamaktadır.
Öte yandan, elektrikli araçlarda bulunan bataryalar doğru akım ile çalışmaktadır. Dolayısıyla, alternatif akımın direkt olarak şarj işleminde kullanılması mümkün değildir. Bu nedenle elektrikli araçlarda yerleşik şarj devreleri bulunmaktadır. Yerleşik şarj devreleri aracılığıyla alternatif akım, doğru akıma dönüştürülür ve bataryalar düzgün şekilde şarj edilir.
Elektrikli Araçlarda Doğru Akım ile Şarj
Doğru akım ile şarj, alternatif akım ile şarja göre bazı avantajlara sahiptir. Elektrikli araçlarda kullanılan bataryaların doğru akım ile çalıştığından bahsetmiştik. Dolayısıyla doğru akım şarj sistemlerinin kullanılması durumunda bataryalar direkt olarak şarj edilebilir.
Bir diğer avantaj ise uygulanan gerilim seviyesidir. Texas Instruments tarafından açıklanan verilere göre, doğru akım şarj sistemlerinde gerilim 300 – 600 Volt arasında değişmektedir. Bununla birlikte, doğru akım şarj sistemlerinin çıkış gücü 120 – 240 Kilowatt arasında değişmektedir. Yüksek çıkış gücü sayesinde bir elektrikli araç, 30 dakika gibi kısa bir sürede tam şarj edilebilmektedir.
Şebeke Tepe Gücü Sınırlaması
Birden fazla yüksek güçlü şarj istasyonunun aynı anda beslenmesi şebekede sorunlara yol açabilir. Bu alanda yapılan çalışmalara göre, hızlı dolum özelliğine sahip 5 elektrikli aracın aynı anda şarj edilmesi, 1 MW’den fazla güç gerektirmektedir. Sadece 5 elektrikli araç bile halihazırda kullanılan şebekelerde sorun yaratmaya yeterlidir. Dolayısıyla elektrikli araçların yaygınlaşabilmesi için şehir şebekelerinin gerekli gücü iletecek şekilde dizayn edilmesi gerekmektedir.
Şarj istasyonlarının bulunduğu bölgelere yenilenebilir enerji sistemlerinin kurulması mümkündür. Bu sayede şebekenin yükü hafifletilebilir. Ancak yenilenebilir enerji kaynaklarının sürekli olmaması ve bu kaynaklar aracılığıyla üretilen elektrik enerjisinin görece düşük olması, şebekeye olan bağımlılığı artırmaktadır.
Isıyı Kontrol Etmek
Şarj sistemlerinin verimliliği de önemli bir etkendir. Örneğin; 350 Kilowatt gücünde, %99 verimlilikte çalışan bir şarj sistemindeki kayıp güç 3,5 Kilowatt’tır. Sistemdeki kayıp gücün büyük bir bölümü ısı enerjisine dönüşür. Burum şarj sisteminin ısınmasına sebebiyet verir. Sistem sıcaklığının çalışma aralığının üstüne çıkması, sistemin zarar görmesine neden olabilir.
Şarj sistemleri yüksek güçlü sistemler olduğundan, %1’lik kayıp bile istenmeyen sonuçlara sebep olabilir. Bu nedenle şarj sistemleri, yüksek verimliliğe sahip bileşenler kullanılarak dizayn edilmelidir. Örneğin, sistemde kullanılan yarı iletkenler göz önüne alındığında, silikon IGBT yerine silisyum karbür MOSFET kullanmak verimliliği artıracaktır.
Öte yandan, çoğu durumda sıvı soğutma sistemlerinin kullanılması gerekmektedir. Sıvı soğutma sistemi sayesinde; bağlantı kablolarının, devre bileşenlerinin ve bağlantı parçalarının sıcaklık seviyeleri kontrol altında tutulur.
Hangi Şarj Sistemi Daha İyi?
Doğru akım şarj sistemleri ile ilgili en büyük problem şebeke gücüdür. Elektrikli araç sektöründe lider konumda olan Tesla, pek çok ülkeye şarj istasyonu kurmaktadır. Tesla’nın halihazırda 12 binden fazla doğru akım şarj istasyonu bulunmaktadır. Bu şarj istasyonlarının güç değerleri, 150 – 250 kW arasında değişiklik göstermektedir.
Şirket tarafından yapılan açıklamaya göre, Tesla Supercharger V4 isimli şarj sisteminin 350 kW çıkış gücü sunması planlanmaktadır. Buna karşın, gerekli altyapı iyileştirmeleri yapılmadan şarj istasyonlarının verimli şekilde kullanılması pek olası değildir. Şarj istasyonlarının verimli şekilde kullanılamadığı bir senaryoda ise elektrikli araçların yaygınlaşması da mümkün olmayacaktır.
Alternatif akım ile şarjda ise en büyük problem şarj süresidir. Şarj süresinin 8 – 17 saat arasında değişmesinin araç menzili üzerinde direkt etkisi yoktur. Ancak aracın 8 saat gibi uzun bir süre boyunca kullanılamayacak olması, menzili dolaylı yönden etkilemektedir.
İki sistemin de avantajları ve dezavantajları bulunmaktadır. DC şarj sistemleri hız bakımından üstün olsalar da AC şarj sistemlerinin konut elektriğini kullanabilme özelliği büyük bir avantajdır. İki sistem arasında net bir seçim yapmak mümkün değildir. Bu nedenle yakın gelecekte iki sistemin birlikte kullanılması olasıdır.
