Elektrikli Araçların Şarj Sürelerini Etkileyen Faktörler
Elektrikli araçlar ülkemizde ve dünyada gün geçtikte popülerliğini arttırmaya devam etmektedir. EV’ ler hayatımıza girdiği günden itibaren şarj, batarya kapasitesi, hızlanma, menzil ve konfor gibi konular konuşulmaktadır. Bu yazımızda sizlere elektrikli araçların şarj süreleri ve bunları etkileyen faktörler hakkında bilgi veren faydalı bir içerik olmasını planlıyoruz.
Bir elektrikli aracı şarj ederken maksimum alabildiği DC şarj gücüne bağlı olarak batarya doluluğu %20’den %80’e 15-45 dakika arasında veya araç içerisinde bulunan on board charger gücüne göre AC şarj süreleri 3-10 saat aralığında değişiklikler göstermektedir.
Elektrikli araçlarda şarj sürelerinin bağlı olduğu etkenler:
• Elektrikli aracın batarya şarj kapasitesi
• Şarj istasyonunun maksimum güç çıkışı
• Şarj İstasyonunun bağlı olduğu şebeke
• Batarya State of Charge durumu (bataryada depolanan enerji veya batarya yüzdesi)
• Eş zamanlı şarj (birden fazla elektrikli aracın aynı şarj istasyonunu kullanması)
• Batarya sıcaklığı
• Şarj sırasında araç içerisinde klima, aydınlatma vb. sistemlerin kullanılması
• Pil sağlığı
1) Batarya Kapasitesi
Elektrikli araçların batarya boyutu ve kapasitesi araç marka ve modelleri arasında farklılıklar göstermektedir. Batarya kapasitesi ne kadar büyük olursa, şarj edilmesi de o kadar uzun sürebilmektedir. Bu kesin olarak doğru olmamakla birlikte bazı düşük batarya kapasiteye (50kWh) sahip elektrikli araçlar 1C şarj alabilirken aksine batarya kapasitesi 65kWh olan bir araç 2C hızlı şarj alabilmektedir. 2 farklı aracın şarj sürelerine bakıldığında bataryası büyük olan aracın enerji aktarımını daha erken bitirdiği görülebilmektedir. Şarj güçlerinin farklı olmasının nedeni kullanılan pil kimyası ve kullanılan teknolojidir.
kW ve kWh arasındaki fark nedir?
Kilowatt saat (kWh) ve kilowatt (kW) birbiriyle ilişkili ölçü birimleri olmasına rağmen, iki farklı amaca hizmet ederler. En basit şekilde Kilowatt bir güç ölçüsüdür ve kilowatsaat bir enerji ölçüsüdür.
Kilowatt, bir elektrikli cihazın ne kadar güç tükettiğini gösteren ölçüdür ve 1kW 1000 watt'tır.
Kilowatt-saat, bir cihazın saatte kilowatt cinsinden kullandığı enerjiyi ölçer. Örneğin 60.000 watt'lık şarj istasyonu ile 1 saat boyunca aracınızı şarj ederseniz 60 kWh enerji tüketimi gerçekleştirilmektedir.
NOT: Elektrikli araçlar için bir kilowatt-saat (kWh), bataryada depolanan enerji miktarını temsil eder. Sayı ne kadar yüksek olursa, elektrikli araç bataryasının depolayabileceği daha fazla güç olur.
2) Şarj İstasyonunun Güç Çıkışı
Şarj istasyonunun şarj hızı kW cinsinden ölçülmektedir. kW ne kadar yüksek olursa şarj işlemi o kadar hızlı olmaktadır. Fakat burada aracınızın alabileceği maksimum şarj gücü batarya yönetim sisteminin izin verdiği kadardır. Bu noktada araç içerisindeki kullanılan batarya kalitesi, batarya kimyası, termal ısıl analiz ve pil grupları arasındaki kablo kalınlıkları gibi detaylar firma tarafından belirlenerek kullanıcıya uzun çevrim (cycle) ömrü vermek amacıyla güvenli bölgede kalmalarını hedeflemişlerdir.
3) Şarj İstasyonunun Bağlandığı Elektrik Şebekesi
Elektrikli araçların bataryalarının depoladığı enerji 4 kişilik bir ailenin ortalama 2 haftada tükettiği enerjiyi tek seferde şebekeden anlık olarak talep etmektedir. Bu talebi karşılayabilmek için şarj istasyonuna özel bir trafo konularak sadece istasyonu beslemelidir.
Fakat mevcut durumda istasyonlar AVM gibi elektriğin sürekli kullanıldığı özellikle öğlen ve akşam yoğunluğun olduğu zaman dilimlerinde istenilen gücü veremeyebilmektedir. Bunun nedeni bağlı oldukları şebekede yemek saatlerinde firmaların fırınları tam kapasite çalıştığında şarj istasyonunun trafodan yeterli gücü çekemediği için şarj gücü düşerek şarj süresi uzayabilmektedir.
Farklı bir örnek olarak büyük şehirlerde şehir merkezlerine kurulan sabit istasyonlar o bölgenin kurulu gücü yeterli olmadığı için günün belirli saatlerinde çalışabilmektadir. Bu sebepten dolayı gün içerisinde beklenen şarj gücünü verememekle birlikte yoğun zamanlarda istasyonların ani güç çekmelerinde bulundukları işletmenin sigortasını attırabilmektedirler.
4) Batarya State of Charge Durumu
Aracınızın şarj durumu pilinizin yüzde cinsinden ne kadar dolu olduğunu belirtir. Bunu içten yanmalı araçlardaki benzin göstergesi gibi düşünebiliriz. Piller neredeyse boşaldıklarında, yani düşük SoC' ye sahip olduklarında en hızlı şekilde şarj olur. SoC ne kadar yüksek olursa şarj hızı da o kadar yavaş olur. Bunun nedeni, hızlı şarjı ve meydana gelebilecek batarya hasarını önlemek için batarya maksimum kapasitesine yaklaştığında şarj işleminin yavaşlamasıdır. Bu konuda AC şarjda %90 sonrası ve DC şarjda %80 sonrası güçlerin giderek kısıldığı gözlemlenmiştir. Her iki durumda da BMS yazılımına şarj grafiğinde eğrilerde değişiklik gösterebilir.
5) Eş Zamanlı Şarj
Birden fazla elektrikli aracın X istasyonunda bulunan 5 adet farklı istasyonların şarj soketini aynı anda kullanması şarj süresini uzatabilmektedir. Bunun sebebi 5 istasyon tek bir güç kaynağından (trafo) beslenmeleridir. İzin verilen güç 5 istasyon arasında paylaşılmaktadır.
Örnek olarak 180kW şarj istasyonunda 2 adet DC soket bulunabilmektedir. Tek bir araç gelip kullandığı zaman araç ve şebeke izin verdiği durumda 180kW güç çekerek aracını şarj edebilmektedir. Fakat boşta olan diğer soketi farklı bir araç gelip kullanmak istediğinde şarj güçleri istasyonun yazılımına bağlı olarak yarı yarıya (90kW-90kW) olarak veya batarya doluluklarına göre araçlara orantısal olarak dağıtmaktadır. Bunun sonucunda ilk takılan araçtaki şarj gücü en iyi ihtimal ile yarıya düşerek (90kW) şarj süresini uzatmaktadır.
Şarj istasyonlarının altyapısı mevcut elektrik şebeke bağlantısına aşırı bir yük getirmektedir. Yani şarj istasyonlarının maksimum toplam gücü şebeke bağlantı kapasitesini aşabilmektedir. Bu konuda firmalar şebeke bağlantısında optimum kullanımı sağlamak için çözüm olarak yük yönetimi veya merkezi yönetim yazılımı kullanabilmektedirler.
6) Batarya Sıcaklığı
Elektrikli araçlarda bataryanın güvenli bir şekilde çalışmasını sağlamak için BMS adı verilen kartlar bulunur. Bunlar bataryanın beyni olarak görev almaktadırlar. Batarya yönetim sistemi batarya paketinin termal analizler sonucunda kritik noktalara yerleştirilen sıcaklık sensörlerinin verilerini okumaktadır. Gelen sıcaklık verilerinin bataryalar aşırı sıcak veya soğuk durumlarında hızlı ama güvenli şarj olmalarına karşı önlemler alınmasına karar vermektedir.
7) Araç İçerisinde Enerji Tüketimi
Şarj sırasında araç içerisinde klima, aydınlatma, radyo vb. sistemlerin kullanılması bataryaya gönderilen enerjinin bir kısmını harcamaktadır. Batarya paketinin içerisinde yer alan paket sıcaklığına göre termal yönetim sistemi çalışmaktadır. Bu sistem bataryayı ısıtmak veya soğutmak için şarj gücünün bir kısmını kullanmaktadır. Bunun sonucunda şarj istasyonundaki aktarılan güç ile araç içerisindeki ekranlarda gösterilen şarj gücü farklılık gösterebilmektedir.
8) Pil Sağlığı
Li-ion pillerin belirli bir çevrim (cycle) ömürleri vardır. Zaman geçtikçe kullanım ömrü düşerek batarya şarj kapasitesini kaybedebilir. Bunun sonucunda hızlı şarj olma güçleri olumsuz etkilenmektedirler.
Elektrikli araç üreticileri bataryaları için 8-10 yıl veya 160-200 bin km garanti sunmaktadırlar. Bazı elektrikli araç firmaları araçlarının bataryaları değişmeksizin 15-20 yıllık bir kullanımı ön görmektedirler.
Elektrikli araç bataryalarında yaygın olarak kullanılan NMC ve LFP pil kimyalarına ait detaylı bilgiye ulaşmak için gönderimizi inceleyebilirsiniz: https://www.ev-bee.com/makale/9-nmc-ve-lfp-lityum-iyon-piller
KAYNAKLAR:
https://gomechanic.in/blog/slow-charging-factors/
https://www.directenergyregulatedservices.com/blog/kw-vs-kwh-whats-difference
https://blog.evbox.com/6-reasons-charging-times
https://energy5.com/from-zero-to-charged-understanding-the-factors-that-affect-ev-charging-time
https://pod-point.com/guides/driver/how-long-to-charge-an-electric-car
https://www.evgo.com/blog/5-things-that-affect-your-charging-speed/
https://www.saveonenergy.com/ev/charging-speed-tips/