Elektrikli Araçların Yolda Giderken Şarj Olması

Elektrikli Araçların Yolda Giderken Şarj Olması | Elektrikli aracınızla İstanbul’dan İzmir’e seyahat ettiğinizi hayal edin otoyolda şerit üzerinde ilerlerken bir yandan da aracınızın şarj olduğunu düşünün. Ne kadar güzel değil mi? Aracımın Menzili gideceğim yetecek mi diye bir kaygıya girmenize gerek yok, ya da bir şarj istasyonu arama mücadelesiyle kendinizi strese sokmanıza da gerek yok aracınızdan inmeden otomobilinizin bataryaları zaten şarj oluyor. Sizce böyle bir teknoloji mümkün mü? Ama bana kalırsa böyle bir teknoloji mümkün ve yakın gelecekte bu teknolojinin popülerliği giderek artacak gibi duruyor. Bu araştırmada sizlerle birlikte araştırmalarına geçmişte başlanan fakat son yıllarda popülerliği artan elektrikli araçlar için kablosuz şarj teknolojilerine ve kablosuz şarj yolarını detaylı bir şekilde analiz edelim.

Elektrikli Araçların Yolda Giderken Şarj Olması

Elektrikli otomobiller, günümüzün en ilginç ve hiç kuşkusuz üzerinde en çok araştırma yapılan konularından bir tanesi.

Bilim insanlarından tutunda Biz mühendislere biz mühendisler den tutunda günlük hayatın telaşına düşmüş insanlara kadar birçok kişi bu konu hakkında incelemelerde bulunmaya devam ediyor. Tabi söz konusu bu kadar araştırma olduğunda haliyle değiştirmeye açık birçok nokta ile karşılaşabiliyoruz. Bundan kaçış yok. Zaten bir teknoloji ne kadar fazla geliştirirsek de insan ihtiyaçlarını karşılama potansiyelini o kadar arttırmış oluruz.

Elektrikli araçları detaylı bir şekilde ele aldığımızda en önemli sorunlardan iki tanesi yani biraz önce bahsettiğimiz geliştirilmeye açık noktalardan en önemli iki tanesi menzil ve elektrikli araçların şarj dolum süreleridir. Biz kullanıcılar elektrikli araçlardan bir düşündüğümüzde ne isteriz çok şey isteriz değil mi? Ama genel olarak bir anket yaptığımızda çoğu kişi bir elektrikli otomobil aldığında en uzun menzilli elektrikli otomobili tercih etmeye çalışır.

Bunun dışında artık zaman kavramının önemli olduğu Bugünlerde şarj dolum süreleri uzamasıyla da çok fazla vakit kaybetmek istemez. Bahsi geçen şarj dolum süreleri günümüzde alternatif akım ve doğru akım istasyonlarında birbirinden oldukça farklılık gösterebiliyor. Örnek verecek olursak günümüzde, ortalama bir elektrikli otomobili alternatif akım bir istasyonda şarj etmek istediğimizde tam kapasite 6 ile 8 saat aralığında ulaşır.

Doğru akım bir istasyona şarj ettiğinizde;

Bu süre 40 dakikaları 30 dakika’lara kadar inebiliyor. Fakat yine de günümüzde akaryakıt istasyonlarında benzin alma süreleriyle şarj dolum sürelerini kıyasladığımızda oldukça fark olduğunu görebiliriz. Biz tüketiciler için zaman kavramının bu kadar değerli olduğu günlerde, elektrikli otomobillerin şarj istasyonlarını geliştiren firmalar da şarj dolum sürelerini 40 dakikanın altına indirebilmek Hatta tekli dakikalara indirebilmek için çeşitli çalışmalar yapmaya başlamış durumda. Bu çalışmalar içerisindeki en önemli konulardan bir tanesi araştırmamızın da aslında içeriğini oluşturan dinamik kablosuz güç transferi ve kablosuz şarj teknolojileri oluyor. Aslında kablosuz şarj teknolojilerine bizler çok da yabancı değiliz.

Günümüzde bir çoğumuz kablosuz şarj teknolojisini kullanıyoruz ve bu teknolojiye çok hızlı bir şekilde alışıyoruz. Sizlere kablosuz şarj nedir? dersem aslında birçoğumuz doğru fikirlere varabiliriz.

Fakat kısaca kablosuz şarj nedir sorusuna cevap verecek olursam. Cihazınızı bu cihaz bir telefon olabilir, bu cihaz bir tablet olabilir bu cihaz bir taşıt olabilir fişe takılmadan yani kabloya ihtiyaç duymadan şarj olmasına olanak tanıyan bir teknolojidir. Otomobillerin de gelecekte kabloya ihtiyaç duymadan Yani bir istasyona ihtiyaç duymadan park halindeyken ya da yazının ilk başında söylediğimiz gibi otobanda seyahat ederken şarj olmasına olanak sağlayan kablosu şarj teknolojileri üzerinde çalışmalar yapılmaya devam ediyor. Tabi konumuz gerçekten çok önemli olduğu için dünya çapında birçok firma konu üzerinde tasarımlar yapmaya ve oluşturduğu tasarımları prototip aşamasında test etmeye devam ediyor. Peki bu teknoloji nasıl çalışıyor? Biraz da bunun üzerine konuşmaya başlayabiliriz. Her şeyden önce elektrikli bir aracınızı kablosuz olarak şarj edebilmeniz için biz alıcıya bir de kaynağı ihtiyacınız olacaktır.

Kaynak elektrikli aracınızı sürdüğünüz zeminin altına döşenmiş bir sistemi olabileceği gibi, elektrikli otomobilinizi park ettiğini zeminin üzerinde bulunan bir bobin sistemi olabilir. Alıcı ise aracınızın kablosuz olarak şarj edilmesi için özel tasarlanmış ve elektrikli otomobilinizin altına yerleştirilmiş bir bobin sistemi olacaktır. Bu iki sistem bir araya geldiğinde, elektrikli aracınız için kablosuz şarj işlemi başlamış olacaktır. Peki nasıl? şöyle düşünelim elektrikli aracınızın altında bulunan bir bobin sistemi var. Yani elektrikli aracınız kablosuz şarj için özenle tasarlanmış.

Siz elektrikli aracınızı kablosuz şarj istasyonu bulunan alana yerleştirirseniz kaynak bobin sisteminden gelen elektrik enerjisi, arabanızın altında bulunan bobin sisteminde aktarılacaktır. Kablosu olarak ve bataryaların şarj olma işlemi başlayacaktır. Tabi bu kaynakla alıcı arasındaki transferin verimli bir şekilde gerçekleşebilmesi için üzerinde düşünmemiz gereken pek çok nokta muhakkak vardır. sistemin çalışmasının altında yatan temel prensip ise birçoğumuzun okul yıllarından hatırladığı ve fizik derslerinden gördüğü elektromanyetik indüksiyon prensibidir. prensibi bir daha hatırlayacak olursak; bir tel bobin içerisinden alternatif bir atım geçirirsek tel bobinin etrafında manyetik bir alan oluşur. Bu manyetik alanı içerisine bir tel bobin daha yerleştirirsek, manyetik alan neticesinde ikinci tel bobin içerisinde bir akım indüklenir. Bizler bu akımı elektrikli otomobilimizi şarj etmek gibi etkili İşler de kullanabiliriz.

Bu teknoloji indüksiyon prensibiyle kablosuz şarj teknolojisi diyoruz.

Özellikle kaynak bobini ile alıcı bobin arasındaki mesafenin kısa olduğu durumlarda enerji transferinde bu teknolojiyi verimli bir şekilde kullanabiliyoruz. örnek verecek olursak; mesela kablosuz şarj teknolojisine uygun telefonlarımızın şarj edilmesi, tabletlerimizi şarj edilmesi bu prensibe dayanır. Bizler göremesek bile kablosuz şarj teknolojisine uygun cihazlarımızın içerisinde alıcı bobinler bulunur.

Telefonumuzu bir kaynağı yani bir sisteme yerleştirdiğinizde, kablosuz şarj sistemine yerleştirdiğimizde enerji transferi başlar.

Ancak bilimde ters kareye yasası dediğimiz fiziksel bir kısıtlama vardır. Bu doğrultuda indüksiyon prensibine şarj teknolojisinde bir bobin yani kaynak bobini ile alıcı bobin yani ikinci bobin arasındaki mesafenin kısa olduğundan emin olmamız gerekiyor. Peki neden? çünkü manyetik alan dediğimiz kavram her yöne yayılabilen bir kavramdır.

Bu doğrultuda kaynak bobini ile alıcı bobin arasındaki mesafe uzun tutarsak manyetik alan kaynak bobinden alıcı bobine ulaşmadan heryere yayılacağını dan enerji verimsizliği ortaya çıkacaktır. Bunun dışında kaynak bobini ile alıcı bobinin verimli enerji transferini etkileyen parametre sadece ikisinin arasındaki uzaklık değildir. Bunun dışında kaynak bobini ile alıcı bobinin etkili bir şekilde hizalaması ve kaynak bobini ile alıcı bobinin kesit alanları da verimli bir enerji transferi için dikkat etmemiz gereken konuların başında gelmektedir.

Genel olarak toparlayacak olursak, indüksiyon prensibi ile kablosuz şarj teknolojisinde en verimli sonucu alabilmek için kaynak bobini ile alıcı bobin arasındaki mesafeyi kısa tutmamız ve mükemmel bir şekilde hizalandığından emin olmamız gerekir.

Bu üç unsur doğrultusunda firmalar tabii ki de etkili bir enerji transferi için çalışmalar yapıyor.

Mesela en yeni akıllı telefonların kablosuz şarj teknolojileri incelediğinizde, kaynak bobini ya da alıcı bobin üzerinde bir mıknatıs görebilirsiniz. Bu mıknatısla kaynak bobini ile alıcı bobinin etkili bir şekilde hizalanması için oluşturulmuş tasarımsal detaydır. Bunun haricinde tabi ki de elektrikli otomobil firmaları da kablosuz şarj teknolojilerine etkili kılabilmek için birçok çalışma yapıyor.

Mesela BMW firması alıcı bobine kaynak bobinini hizalayabilmek için bir Asistan kullanıyor.

Ne demek istiyorum? Şoför bir kaynak bobini gördüğünde, yani kablosuz şarj cihazı ünitesi gördüğünde ve aracı oraya yerleştirmek istediğini asitten devreye giriyor ve aracın altında bulunan alıcıyla, kaynak bobinin nasıl hizalanması gerektiğini ekran da gösteriyor ve doğru hizalama olduğunda Okey veriyor. Bu sayede enerji transferi verimli bir şekilde başlamış oluyor. Peki elektrikli araçlar için indüksiyon prensibinde yeterlilik durumu nedir? elektromanyetik indüksiyon prensibi ile kablosuz şarj teknolojisini elektrikli araçlarımızı şarj etmek için kullanmanın önünde bir çok engel olduğunu söylemek istiyorum.

Bu engelleri tek tek sizlerle birlikte analiz ederek durumu değerlendirmeye başlayalım.

Öncelikle otomobilimiz elektrikli olsun ya da olmasın otomobilimiz ile bildiğiniz gibi yer arasında belirli bir mesafe vardır. Tümsekleri aşabilmek ya da farklı nedenlerden dolayı. Bu mesafe dolayısıyla bizler eğer burada kablosuz şarj için indüksiyon prensibini kullanırsak ve indüksiyon prensibinde manyetik alan her yere yayılacağı için verimsiz bir transfer sağlamış oluruz. Bunun dışında elektrikli aracınızın altında bulunan alıcı bobinin kesit alanı ne kadar fazla artırırsak aracı o kadar fazla yük bildirmiş oluruz. Bunun dışında aracın ağırlığını o kadar fazla arttırmış oluruz. Bu da en önemli kısımlardan ikincisi olarak gösterilebilir.

Bunun haricinde bildiğiniz gibi biz kullanıcılar araçları doğru bir şekilde park etmekte zorlanırız.

Doğru bir şekilde park edememe neticesinde de kaynak bobini ile alıcı mobilin doğru bir şekilde hizalanması netleştirecek bir sistem yoktur ve indüksiyon prensibinde kaynak bobini alıcı bobinin hizalanması en önemli verimli transfer için etmenlerin başında gösterilir. Biraz önce gördüğünüz gibi BMW’nin geliştirildiği sistemler vardır fakat bu sistemlerde kesin değildir.

Bu doğrultuda tam da bu noktada MIT dahil Birçok araştırma ekibi indüksiyon prensibiyle elektrikli otomobilleri kablosuz olarak şarj edemeyeceğimizi gördüğü için, manyetik alanı kaynak bobininden alıcı bobine direkt olarak odaklayabilmek için.

Bunun haricinde kaynak bobini ile alıcı bobin arasındaki mesafe bir miktar olsa da, burada transferi verimli bir şekilde sağlayabilmek için araştırmalar yapmaya başladı. Buldukları çözüm manyetik rezonans dediğimiz oldukça karmaşık fizik konusu oldu. Tabii ki de manyetik rezonans konusu çok kapsamlı olduğu için bu araştırmanın içeriğini oluşturmuyor. Fakat konuyu anlamamız için kısaca bahsetmek istiyorum.

Manyetik rezonans sistemiyle kablosuz şarj teknolojilerinde bobinlerin her ikisi de aynı rezonans frekansı ile çalıştırılıyor.

Bu da enerjinin çok yönlü olmasından ziyade, bir bobinden diğerine tünel gibi bir yapıyla transfer edilmesine olanak sağlıyor. Bunun sonucu olarak da kaynak bobini ile alıcı bobin arasına çok daha güçlü bir bağlantı oluşuyor. Bu vesileyle bobinler arasında bir miktar mesafe olsa da enerji transferi sağlanmış oluyor. Yani şunu söyleyebiliriz artık manyetik rezonans sistemiyle kablosuz şarj teknolojilerinde aracımızın altında ve yer arasında belirli bir mesafe olsa da enerji transferi sağlayabiliyoruz.

Bu çok güzel bir haber. Bunun haricinde kablosuz şarj sistemi geliştirici firmalara bir diğer güzel haber ise etkili bir enerji transferi için artık hizalamaya yani bobinleri hizalamaya daha az bağımlı hale geliyoruz. Ne demek istiyorum ?kullanıcılar aracın altında bulunan alıcı bobini, kaynak bobinine biraz yanlış hizalasa dahi burada enerji transferi sağlamış oluyoruz.

Bu hizalama sorunu ve mesafe sorununu çözmek birçok sisteminde kapısını açıyor.

Sizlerle birlikte yazının en başında İstanbul’dan İzmir’e elektrikli aracınızda seyahat ederken aracınızın bataryasında bir yandan şarj olma ihtimali üzerinde konuşmuştuk. Belki de bu teknoloji bir çoğunuz için çok uzak bir fikir olarak gelmiş olabilir. Aslına bakarsanız bundan Birkaç yıl önce bu teknolojinin olabilirliği çok uzaktı.

Çünkü biraz önce bahsettiğimiz gibi manyetik rezonans dışındaki diğer kablosuz şarj teknolojilerinde elektrikli araçlarımızı şarj etmeyin önünde birçok dezavantaj bulunuyor.

Ama bu biraz önce bahsettiğimiz manyetik rezonans sistemiyle şarj teknolojisi artık aracımızda seyir halindeyken bataryaları şarj olma ihtimali gözler önüne getirebiliyor. Bu doğrultuda da yurtdışında birçok firma bu teknoloji üzerinde çalışmalara başlamış hatta test aşamasına geçmiş durumda diyebilirim. Bu firmalara bir tane örnek verecek olursam; Stellantis firmasının çok güzel bir projesi üzerinde konuşabiliriz.

Stellantis firması geleceğin arenası olarak adlandırdığı projede elektrikli aracınız ile yol üzerinde seyahat ederken, aracınızın bataryalarınındı bir yandan şarj olma ihtimali üzerinde çalışmaları sürdürüyor.

Çalışma, şu an ciddi derecede test işlemlerine başlamış durumda.

Stellantis firması bu projeyi İtalya’da bulunan ve kapalı devre olarak özenle inşa edilmiş 1050 metre uzunluğunda bir parkurda test ediyor. Test aşamalarında da gerçekten olumlu sonuçlar ortaya çıkmaya başlamış durumda. Test işleminde 1000 megavat kurulu güce sahip dinamik kablosuz güç transfer hatları kullanıyor.

Bu yollar üzerinde iki tane elektrikli otomobili test ediyor.

Bu taşıtlardan bir tanesi Fiat 500 elektrik modeli ve bir tanesi de Iveco elektrikli otobüsü.

Bu otobüsün altına ve Fiat 500 aracın altına özenle yerleştirilmiş alıcı bobinler bulunuyor ve yolların altına da özenle inşa edilmiş bobinler yerleştirilmiş durumda. Bu testin sonuçlarından çıkabilecek olumlu gelişmelerde dünyanın seyrini, elektrikli araçların pazarının seyrini ciddi oranda değiştirebilir gibi duruyor.

Sadece bu testleri Stellantis firması yapmıyor. Bunun dışında İsrail’den Amerika’dan farklı firmalarda, yolların altına düşeceği bobin sistemleriyle araçların ilerlerken şarj olma olasılıkları üzerinde ciddi oranda araştırma yapmaya başlamış durumda.

Şunu soruyor olabilirsiniz bu teknolojinin dezavantajları var mı?

Tabi dezavantajları vardır. Bu dezavantajlarından birincisi mesela maliyettir.

Sonuç olarak yerin altına bir bobin sistemi düşüyoruz, alıcı olarak da aracın altına bir bobin sistemi yerleştiriyoruz. Bu sistemlerde ciddi derecede pahalı sistemler olduğu için maliyetleri göz önüne alarak bu teknoloji geçmemiz lazım. Bunun haricinde bunları yerin altına döşediğimiz zaman üzerinden ağır vasıta araçlar geçtiğinde bobinlerin hasara uğramaması lazım.

Burada mukavemet hesaplarını iyi derecede yapmamız gerekiyor.

Bunun haricinde bu elektrikli akıllı yolları hangi otobanlara yerleştirmeniz gerektiğini iyi bir şekilde analiz etmemiz lazım. Teknoloji yerleştirdiğimiz otoban üzerinde çok fazla elektrikli otomobil popülasyonu yoksa yatırımı yanlış yapmışız demektir.

Bunlar aslında belli başlı dezavantajlarıdır ve bu dezavantajlar da zamanla zaten iyileşecektir. Çünkü bir teknoloji doğduğunda sorunları elbette olacaktır. Bu dezavantajlar geliştikçe, iyileştirildikçe teknoloji tam insan ihtiyaçlarını karşılar. Bu teknolojinin avantajlarını sayacak olursak; öncelikle araçları prize takma zahmetinden kurtarıyor. şunu söyleyebilirsiniz; bu benim için çok fazla zahmet değil.

Ama ileride, zaman kavramının daha fazla değerli olduğunu gördüğümüzde, bu da bizlere zahmet olarak gelecek.

Bunun haricinde aslında otomobilleri artık daha küçük piller yerleştirme ihtimalimiz olacak. Bunun sebepleri nedir? zaten otomobiller yolda giderken yolun altına döşenmiş sistemlerle şarj edildiği için çok büyük pil kapasitelerine ihtiyaç duymayacak. Bu da hem maliyet anlamında hem de aracın ağırlığı anlamında avantajları bizlere kazandıracak.

Bu avantajlar da verimi ciddi oranda artıracak.

Bunun haricinde elektrikli araç alacakların ya da kullanacakların en büyük düşüncelerinden bir tanesi olan menzil kaygısında ciddi oranda ortadan kaldırabilir. Mesela İstanbul’dan İzmir’e giderken, otobanın belli bölgelerinde, bu şekilde dinamik kablosuz güç transferi şeritleri olduğunu düşündüğümüzde ve bu şeritlere belirli aralıklarla ücretiyle girdiğimizde hayal ettiğimizde aslında menzil kaygısında ortadan kaldırmış oluyoruz.

Bunun haricinde özellikle bu teknoloji ağır vasıta araçların elektrikli teknoloji ile donatılmasına daha fazla imkan verebiliyor. Mesela kamyonları düşündüğümüzde, kamyonları elektrikli yapmak normal otomobilleri elektrikli yapmaktan daha zordur. Çünkü ağır vasıta araçların istedikleri otomobillerden farklıdır.

Mesela elektrik motorunun daha fazla güçlü olma ihtiyacı vardır.

Bu da pil kapasitesini ciddi oranda artırır. Fakat bu şekilde otobanlarda kablosuz dinamik güç transfer hatları olduğunda ve ağır vasıta araçların bu şeritleri üzerinden ilerlediğinde daha düşük pil kapasiteleri ile uzun yollarda lojistik imkanlarını geliştirebilir. Bunun dışında sürücüsüz araçlar diyoruz, otonom araçlar diyoruz, bu araçlarında şarj edilmesi ciddi bir problem.

Otonom araçlar insan tarafından mı şarj edilecek? bir robot tarafından mı şarj edilecek? diye düşünüyoruz.

Otonom araçlar belli bölgelerde bulunan yollar üzerinde ilerlerken ya da park halindeyken kablosuz olarak şarj edilmesi, aslında ciddi problemleri çözebilir gibi duruyor. Biraz önce bahsettiğimiz avantajlara baktığımızda bu teknolojinin ileride elektrikli otomobillerin pazar payını ciddi oranda artırabileceğini söylemek istiyorum. Tabii ki de teknolojinin bahsettiğimiz gibi dezavantajları var. Bunun haricinde geliştirilmeye açık pek çok noktası da olabilir. Yurtdışından birçok firmada bu dezavantajlar üzerinde yoğunlaşmış durumda.

Özellikle teknolojinin biraz da maliyetleri düşürülmesi gerekiyor.

Bunun dışında en önemlisi de insanların aklında güvenlik sorunu uyandırmaması gerekiyor. Ama teknoloji gerçekten güzel bir teknoloji ve insan ihtiyaçlarını ciddi oranda karşılayan bir teknoloji. Elektrikli araçlar giderek gelişiyor ve gelecekte ne olacağını tam olarak kimse kestiremiyor. Bu yazıda sizlerle birlikte özellikle kablosuz güç transferini ve kablosuz akıllı yolları detaylı bir şekilde konuşmuş olduk.

Yorum bölümünde konu ile ilgili kendi görüşlerinizi bildirebilirsiniz ve bu sayede konuyla ilgili sohbet etmeye devam edebiliriz. Kendinize çok ama çok iyi bakın üretmeye devam edin…