Elektrikli Araç Şarj İstasyonu Nedir? Nasıl Çalışır?

Elektrikli araçların yaygınlaşmasıyla birlikte şarj istasyonları da günlük hayatın önemli bir parçası haline geliyor. Ancak bir elektrikli araç şarj istasyonunun yalnızca araca elektrik sağlayan bir cihaz olduğunu düşünmek eksik olur.

Modern şarj istasyonları; araçla iletişim kuran, enerji aktarımını kontrol eden, güvenlik kontrolleri yapan ve şarj sürecini sürekli izleyen elektronik sistemlerdir.

Peki elektrikli araç şarj istasyonu tam olarak nedir ve bir araç şarja bağlandığında arka planda neler gerçekleşir?

Elektrikli araç şarj istasyonu nedir?

Elektrikli araç şarj istasyonu, elektrik şebekesinden aldığı enerjinin elektrikli aracın bataryasına güvenli ve kontrollü şekilde aktarılmasını sağlayan sistemdir.

Kullanılan teknolojiye göre şarj işlemi temel olarak iki farklı şekilde gerçekleştirilebilir:

• AC şarj
• DC şarj

Bu iki sistem arasındaki temel fark, elektriğin bataryanın ihtiyaç duyduğu doğru akıma nerede dönüştürüldüğüdür.

AC şarj istasyonlarında bu dönüşüm büyük ölçüde aracın içerisinde bulunan dahili şarj cihazı tarafından yapılır.

DC hızlı şarj istasyonlarında ise güç dönüşümü doğrudan şarj istasyonunun içerisinde gerçekleştirilir. Böylece enerji aracın bataryasına doğru akım olarak aktarılabilir ve çok daha yüksek şarj güçlerine ulaşılabilir.

Elektrikli araç şarjı nasıl başlar?

Bir elektrikli araç şarj istasyonuna bağlandığında enerji aktarımı doğrudan başlamaz.

Araç ile şarj istasyonu önce çeşitli kontroller gerçekleştirir.

Basitleştirilmiş olarak süreç şu şekilde ilerler:

1. Araç şarj istasyonuna bağlanır

Şarj kablosu araca takıldığında istasyon bağlantının fiziksel olarak gerçekleştiğini algılar.

2. Araç ve şarj istasyonu iletişim kurar

Sistemler birbirlerine şarj için gerekli bilgileri iletir.

Örneğin araç;

• talep ettiği gerilimi,
• talep ettiği akımı,
• batarya durumunu,
• izin verilen maksimum şarj gücünü

istasyona bildirebilir.

3. Güvenlik kontrolleri yapılır

Enerji aktarılmadan önce sistem çeşitli kontroller gerçekleştirir.

Bunlar kullanılan şarj teknolojisine göre değişmekle birlikte elektriksel bağlantı, izolasyon, haberleşme ve güvenlik koşullarını içerebilir.

4. Şarj işlemi başlar

Gerekli kontroller başarıyla tamamlandığında istasyon enerji aktarımını başlatır.

5. Şarj boyunca araç ve istasyon iletişim halinde kalır

Şarj işlemi başladıktan sonra sistem sabit şekilde maksimum güç vermeye devam etmez.

Araç bataryanın durumuna göre şarj istasyonundan farklı güç seviyeleri talep edebilir.

Bu nedenle bir aracın şarj gücü seans boyunca sürekli değişebilir.

AC şarj nasıl çalışır?

AC, yani alternatif akım, elektrik şebekelerinde kullanılan temel elektrik biçimidir.

AC şarj istasyonu araca alternatif akım sağlar. Ancak elektrikli araç bataryaları enerjiyi doğru akım, yani DC olarak depolar.

Bu nedenle AC şarj sırasında elektrik aracın içerisinde bulunan on-board charger adı verilen dahili şarj cihazından geçer.

Bu sistem AC elektriği DC elektriğe dönüştürerek bataryaya aktarır.

Burada önemli bir nokta vardır:

Bir AC istasyonunun gücü yüksek olsa bile aracın dahili şarj cihazının kapasitesi şarj hızını sınırlandırabilir.

Örneğin 22 kW destekleyen bir AC şarj istasyonuna bağlanan araç yalnızca 11 kW AC şarj destekliyorsa araç yaklaşık 11 kW seviyesinde şarj olacaktır.

Bu nedenle şarj hızını yalnızca istasyonun gücü belirlemez.

DC hızlı şarj nasıl çalışır?

DC hızlı şarj istasyonlarında güç dönüşümü aracın içerisinde değil, şarj cihazının içerisinde yapılır.

Şebekeden gelen AC elektrik şarj istasyonundaki güç elektroniği tarafından DC elektriğe dönüştürülür.

Daha sonra bu enerji aracın bataryasına doğrudan aktarılır.

Bu sistem sayesinde aracın dahili AC şarj cihazının kapasitesi aşılabilir ve çok daha yüksek güçlerde şarj gerçekleştirilebilir.

DC şarj istasyonlarının özellikle;

• şehirler arası yollar,
• akaryakıt istasyonları,
• dinlenme tesisleri,
• yüksek araç trafiğine sahip noktalar,
• ticari otoparklar

gibi kısa sürede yüksek miktarda enerji aktarılması gereken yerlerde tercih edilmesinin temel nedeni budur.

Şarj istasyonunun gücü ne anlama gelir?

Şarj istasyonlarında güç genellikle kW (kilowatt) cinsinden ifade edilir.

Örneğin bir şarj istasyonu;

30 kW, 60 kW, 120 kW veya 180 kW gibi farklı güç seviyelerinde olabilir.

Ancak istasyon üzerinde yazan güç, aracın her zaman bu güçle şarj olacağı anlamına gelmez.

Gerçek şarj gücünü birçok faktör birlikte belirler.

Bunlardan bazıları:

• aracın maksimum DC veya AC şarj kapasitesi,
• bataryanın doluluk oranı,
• batarya sıcaklığı,
• batarya yönetim sisteminin talebi,
• istasyonun kullanılabilir gücü,
• aynı anda şarj olan araçların sayısıdır.

Örneğin 180 kW destekleyen bir şarj istasyonuna bağlanan araç maksimum 100 kW DC şarj destekliyorsa şarj gücü 180 kW’a çıkmaz.

Sistemde sınırı belirleyen taraf çoğu zaman araç ve bataryanın o andaki enerji kabul kapasitesidir.

Şarj sırasında güç neden değişir?

Elektrikli araç şarjında güç genellikle sabit değildir.

Özellikle DC hızlı şarj sırasında araç batarya durumuna göre istasyondan farklı akım ve gerilim değerleri talep eder.

Batarya düşük doluluk seviyelerindeyken daha yüksek güç kabul edebilirken doluluk seviyesi yükseldikçe şarj gücü azaltılabilir.

Özellikle batarya kapasitesi yaklaşık %80 seviyesini geçtikten sonra birçok araç şarj hızını belirgin şekilde düşürür.

Bunun temel amacı bataryanın güvenli şekilde şarj edilmesi ve hücrelerin korunmasıdır.

Bu nedenle “180 kW istasyon aracı sürekli 180 kW ile şarj eder” şeklindeki yaklaşım doğru değildir.

Şarj istasyonu araçla nasıl haberleşir?

Modern elektrikli araç şarj sistemlerinde araç ve istasyon arasında sürekli bir iletişim bulunur.

Özellikle DC şarj sistemlerinde bu iletişim oldukça önemlidir.

Araç istasyona;

• istediği voltajı,
• istediği akımı,
• batarya durumunu,
• şarj limitlerini

bildirirken şarj istasyonu da kendi sağlayabileceği elektriksel değerleri araca iletir.

Bu iletişim sayesinde enerji aktarımı kontrollü şekilde gerçekleştirilebilir.

CCS gibi yaygın hızlı şarj sistemlerinde haberleşme, enerji aktarım sürecinin temel parçalarından biridir.

Şarj istasyonu internete bağlı olmak zorunda mı?

Birçok ticari şarj istasyonu merkezi bir yönetim sistemiyle haberleşir.

Bu bağlantı sayesinde operatörler istasyonları uzaktan takip edebilir.

Örneğin merkezi sistem üzerinden;

• istasyonun çevrimiçi olup olmadığı,
• soketlerin durumu,
• şarj oturumları,
• tüketilen enerji,
• hata durumları

takip edilebilir.

Şarj istasyonlarının merkezi sistemlerle haberleşmesinde yaygın olarak OCPP (Open Charge Point Protocol) kullanılır.

OCPP sayesinde farklı üreticilerin şarj cihazları uygun altyapılarla merkezi şarj yönetim sistemlerine bağlanabilir.

AC mi DC mi tercih edilmeli?

Bu sorunun tek bir cevabı yoktur.

Doğru çözüm kullanım senaryosuna bağlıdır.

Araçların uzun süre park ettiği;

• konutlar,
• iş yerleri,
• oteller,
• kapalı otoparklar

gibi alanlarda AC şarj yeterli olabilir.

Araçların kısa süre kalmasının beklendiği;

• şehirler arası yollar,
• akaryakıt istasyonları,
• dinlenme tesisleri,
• yoğun ticari alanlar

gibi lokasyonlarda ise DC hızlı şarj daha uygun olabilir.

Şarj altyapısı planlanırken yalnızca cihaz gücüne değil, lokasyonun elektrik altyapısına, araçların bekleme süresine ve günlük kullanım yoğunluğuna da bakılması gerekir.

Sonuç

Elektrikli araç şarj istasyonu, elektrik enerjisinin araca aktarılmasını sağlayan basit bir güç kaynağından çok daha fazlasıdır.

Araç bağlandıktan sonra sistemler arasında iletişim kurulur, güvenlik kontrolleri gerçekleştirilir, aracın talep ettiği enerji değerleri belirlenir ve şarj süreci boyunca enerji aktarımı sürekli olarak kontrol edilir.

AC ve DC şarj sistemlerinin çalışma mantığı birbirinden farklı olsa da temel amaç aynıdır: elektrikli aracın bataryasına güvenli, kontrollü ve mümkün olan en uygun şekilde enerji aktarmak.

Bir lokasyon için şarj istasyonu seçerken de yalnızca cihazın maksimum gücüne bakmak yerine araç profili, kullanım süresi, elektrik altyapısı ve beklenen günlük şarj trafiği birlikte değerlendirilmelidir.