Elektrikli araçların, yakın gelecekte geleneksel araçların yerini alması beklenmektedir. Birçok otomobil üreticisinin bu alana yatırım yapmasıyla birlikte, satışa sunulan elektrikli araç sayısı her yıl artmaktadır. Ancak, hala çözülmesi gereken problemler bulunmaktadır. Başlıca problemlerden biri de, elektrikli araçların şarj edilmesidir. Bu yazımızda, elektrikli araçlar için alternatif bir şarj yöntemi olan, kablosuz şarj teknolojisini inceleyeceğiz.
İçindekiler
Kablosuz Şarj Teknolojisi Nasıl Çalışır?
Kablosuz şarj teknolojisi, günümüzde birçok cihazda kullanılmaktadır. Örneğin; son yıllarda satışa sunulan üst düzey akıllı telefonlarda, tabletlerde ve akıllı saatlerde kablosuz şarj teknolojisi kullanılmaktadır. Kablosuz şarj teknolojisine sahip cihazlar, dok (dock) adı verilen şarj platformunun üzerine yerleştirilerek, herhangi bir kabloya ihtiyaç duymadan şarj edilebilmektedir. Şarj platformunun enerjisi ise, kablo aracılığıyla şebekeye bağlanarak ya da dahili batarya sistemleri ile sağlanabilir.
Cihaz ile şarj platformu arasındaki enerji transferi, manyetik rezonanslı kuplaj aracılığı ile gerçekleştirilmektedir. Manyetik rezonanslı kuplaj, birçok değişikene sahip detaylı bir konudur.
Yukarıdaki şekilde, manyetik rezonanslı kuplaj eşdeğer devresi görülmektedir. Konunun daha iyi anlaşılması için devre şeması üzerinden özetlemeye çalışalım. L1 bobinine gerilim uygulanmasıyla meydana gelen I1 akımı, bir manyetik akının oluşmasına sebebiyet verir. Oluşan manyetik akının bir kısmı L1 bobini üzerinden geçerken, akının kalan kısmı L2 bobininden geçer. L2 bobininden geçen manyetik akı, ortak akı (Lm) olarak adlandırılır ve L2 bobini üzerinde gerilim indüklenmesine neden olur. Bu sayede, bobinler arasında elektriksel temas bulunmamasına rağmen elektrik enerjisi aktarılabilir. L2 bobininde indüklenen gerilim, bobinin sarım sayısına ve üzerinden akan akıya göre değişiklik göstermektedir.
Elektrikli Araçlarda Kablosuz Şarj Teknolojisi
Elektrikli araçların kablosuz şarjı için kullanılan sistem de benzer şekilde çalışmaktadır. Bu sistemde şarj platformunun, otoparkların ya da garajların zeminine gömülmesi veya zemin üzerine ince bir platform olarak yerleştirilmesi planlanmaktadır. Elektrikli araçların tabanında ise, kablosuz şarjın gerçekleşmesini sağlayan ekipmanlar bulunmaktadır. Bu sayede bir elektrikli aracın, otoparkta ya da garajda beklediği süre boyunca şarj olması amaçlanmaktadır. Ayrıca, ilerleyen dönemde elektrikli araçların sayısının artmasıyla birlikte, yol kenarlarında bulunan park alanlarının da aynı sistemle donatılması öngörülmektedir.
Elektrikli Araçlarda Kablosuz Şarj Denemeleri
Kablosuz şarj teknolojisinin, elektronik cihazlarda yaygınlaşmasına rağmen, bu teknolojiye sahip elektrikli araçlar henüz satışa sunulmamıştır. Ancak birçok üretici, bu alanda denemelere devam etmektedir.
Delphi Otomotiv
Delphi otomotiv, elektrikli araçlarda kablosuz şarjı deneyen ilk firmalardan biridir. Delphi otomotiv firmasının 2010 yılında geliştirdiği sistem, 3300 Watt’lık güç kapasitesine sahipti. Firmanın kendi açıklamasına göre sistem; bir elektrikli aracı, konut tipi şarj sistemiyle aynı sürede şarj etme imkanına sahipti. Şirket günümüzde hala hibrit ve elektrikli araçlar üzerine çalışmasını sürdürse de, kablosuz şarj uygulamaları denemeden ileriye gidememiştir.
Qualcomm Halo
Günümüzde bu alanda en çok çalışma yapan şirket Qualcomm olarak görülmektedir. Qualcomm Halo adını taşıyan sistem, sadece elektrikli araçların bulunduğu Formula E yarışlarında kullanılmaktadır. Formula E yarışlarında kullanılan güvenlik ve sağlık araçları, Qualcomm Halo kablosuz şarj sistemi ile şarj edilmektedir.
Qualcomm Halo’nun şarj platformu yaklaşık 1 metrekare boyutundadır. Araçta bulunan alıcı sistem ise daha küçük boyutludur. Qualcomm Halo, 3,3 kW, 6,6 kW ve 20 kW olmak üzere üç farklı güç seçeneği sunmaktadır.
Sistemin çalışması için elektrikli araç ile şarj platformunun aynı hizada bulunması gerekmektedir. Bu işlem için geliştirilmiş ve akıllı telefonlarda çalışabilen bir uygulama sayesinde, hizalama işlemi kolaylıkla gerçekleştirilmektedir. Elektrikli araç ile şarj platformu aynı hizaya geldiğinde şarj işlemine başlanabilir. Ancak, şarj işlemine başlanmadan önce araç motorunun durdurulması gerekmektedir. Şarj işlemi gerçekleştirilirken, şarj platformu ile elektrikli araç arasına bir cisim girerse, şarj işlemi otomatik olarak durdurulur. Hizalamada kullanılan uygulama üzerinden araç sahibi bilgilendirilir. Araç ile şarj platformu arasındaki cisim kaldırılmadan şarj işlemi tekrar başlatılamaz.
BMW Otomotiv
BMW firması, şarj edilebilir hibrit araçlarında (PHEv) kullanmak üzere, bir kablosuz şarj sistemi geliştirmektedir. Bu sayede şarj edilebilir hibrit araçların, kablo ile şarjın yanı sıra, kablosuz şarj imkanına da sahip olması amaçlanmaktadır. Geliştirilen sistem, BMW 5.30e modelinde yaklaşık 3 yıldır denenmektedir.
Firmanın yaptığı testlerin sonuçlarına göre kablosuz şarj sistemi; 3,2 kW çıkış gücü sağlayarak, aracı 3,5 saat içerisinde tam olarak şarj edebilme kapasitesine sahiptir. Sistemin genel verimliliği ise % 85 olarak belirtilmektedir. Öte yandan firmanın kablosuz şarj özelliğini sadece belirli modellerde ve opsinoyel olarak sunması beklenmektedir. Qualcomm Halo’da olduğu gibi, BMW firmasının sistemi de elektrikli aracın hizalanması için bir uygulamaya sahiptir.
Elektrikli Araçlarda Kablosuz Şarjın Geleceği
Elektrikli araçların menzillerinin, geleneksel araçlara göre daha kısa olması nedeniyle elektrikli araç şarj istasyonlarının sayısı artmıştır. Ancak, farklı şarj konnektörüne sahip elektrikli araçlar da bulunmaktadır. Dolayısıyla şarj istasyonlarının, elektrikli araç modellerinin tamamı için enerji sağlaması mümkün olmayabilir. Kablosuz enerji teknolojisinde ise böyle bir durum bulunmamaktadır. Günümüzde bu teknolojiyi kullanan cihazlar, “Qi” olarak adlandırılan standarta göre dizayn edilmektedir. Aynı standart elektrikli araçlarda da kullanılabilir.
Elektrikli araçlarda kablosuz şarj teknolojisinin yaygınlaşmasının önündeki en büyük engel, Tesla firması olarak görülmektedir. Çünkü 2020 yılı itibariyle, en çok talep gören elektrikli araç modelleri Tesla’ya aittir. Tesla ise, Amerika Birleşik Devletleri başta olmak üzere, satış yaptığı ülkelerde kendi şarj istasyonlarını kurmaktadır. Dolayısıyla, Tesla şirketinin kablosuz enerji teknolojisine yatırım yapması pek mümkün görülmemektedir. Sektörün en etkili firmasının destek vermediği bir teknolojinin ise ne kadar gelişeceği bilinmemektedir.
