Otomobillerde hızlı şarj: Markaların duyurduğu maksimum hızlı şarj gücü neden tüm hikâyeyi anlatmıyor

Çok uzun olmayan bir süre önce, bir elektrikli otomobili değerlendirirken neredeyse yalnızca menziline bakılırdı: duyurulan kilometre ne kadar fazlaysa, o kadar yolculuğa hazır görünürdü. Ancak gerçek şu ki, uzun mesafeler kat edildiğinde bataryaya sığan enerji kadar, bir mola sırasında bataryanın ne kadar hızlı toparlandığı da önemlidir. İşte tam bu noktada, bir kahve içerken veya birkaç dakika dinlenirken yüzlerce kilometre menzil ekleyebilen doğru akım hızlı şarjı devreye girer.

Sorun şu ki üretici tarafından duyurulan doğru akım maksimum şarj gücü, yani “hızlı şarj” rakamı, bir otomobilin nasıl şarj olduğunu tek başına açıklamaz. 250 kW’lık bir şarj zirvesine ulaşan bir model, 200 kW ile sınırlı başka bir modelden her zaman daha az sürede şarj olmayabilir. Her şey bu gücü ne kadar süre koruyabildiğine, bataryanın büyüklüğüne, sıcaklığına, bağlandığı andaki şarj seviyesine ve aracın her kilometre için tükettiği enerjiye bağlıdır.

Bu nedenle hangi elektrikli otomobilin daha iyi yolculuk yaptığını anlamak için teknik özelliklerdeki büyük rakamın çok ötesine bakmak gerekir.

Hızlı şarj tam olarak nedir?

Elektrikli bir otomobilin bataryası enerjiyi doğru akım olarak depolar. Evde veya alternatif akım noktasında şarj ettiğimizde elektrik, bataryaya gönderilmeden önce aracın yerleşik şarj cihazından geçer ve burada doğru akıma dönüştürülür. Hızlı bir şarj istasyonunda bu dönüşüm araç dışında gerçekleşir. Direk, doğrudan doğru akımı bataryaya verir ve yerleşik şarj cihazının güç sınırlamasından kaçınılmış olur.

Bu yüzden aynı araç, örneğin alternatif akımda 11 kW, doğru akımda ise 150, 250 hatta 300 kW’nin üzerinde şarj gücünü kabul edebilir. Sıkça karıştırılan iki birimi ayırt etmek gerekir:

• Kilovat —kW— güç anlamına gelir, yani şarjın anlık hızını gösterir.
• Kilovatsaat —kWh— enerji anlamına gelir, yani bataryanın depolayabildiği veya şarj sırasında eklenen miktarı gösterir.

Bu önemlidir, çünkü 100 kWh kullanılabilir kapasiteli bir batarya, 100 kW’lık bir istasyonda mutlaka bir saatte şarj olmaz. Bu basit bölme, araç baştan sona sabit 100 kW alsaydı işe yarardı; ancak şarj eğrisi ve süreçteki kayıplar nedeniyle pratikte böyle olmaz. Gerçek şarj süresi; bataryanın başlangıç durumuna, kapasitesine, aracın kabul edebildiği güce ve istasyonun sağlayabildiği güce bağlıdır.

400 voltluk ve 800 voltluk platformlar arasında ne fark var?

Modern ilk elektrikli otomobillerin çoğu yaklaşık 400 voltluk sistemler kullanıyordu. Bu mimari hâlâ yaygındır ve yüksek şarj güçlerine ulaşmaya olanak tanır; bu nedenle eskimiş bir teknoloji sayılmamalıdır. Buna karşın, giderek daha fazla üretici yüksek performanslı modelleri için 800 voltluk sistemlere yöneliyor.

Elektrik gücü, basitleştirilmiş olarak, voltajın akımla çarpımına karşılık gelir: Güç = voltaj × akım. 400 voltluk bir sistemle 200 kW iletmek teorik olarak yaklaşık 500 amper gerektirir. 800 voltla aynı güç, yaklaşık yarı akımla elde edilebilir.

Avantajları nelerdir? Akımın azalması, kablolarda, konektörlerde ve elektronik bileşenlerde direnç kaynaklı kayıpları ve ısınmayı azaltır. Ayrıca daha hafif iletkenlerin kullanılmasına veya akımı çok artırmadan gücün yükseltilmesine olanak tanır. Uygun koşullarda 800 voltluk bir mimari, çok yüksek güçlere ulaşmayı ve bu gücü sürdürmeyi kolaylaştırır. Örneğin, smart 5 100 kWh’lik bataryasıyla 400 kW’a ulaşabilir ve %10’dan %80’e 18 dakikada çıkabilir.

Ama dikkat, bu her 800 voltluk aracın her zaman 400 voltluk teknolojiye sahip herhangi bir araçtan daha iyi şarj olacağı anlamına gelmez.

800 volt iyi bir hızlı şarj garantisi değildir

Elektrik mimarisi bütünün yalnızca bir parçasıdır. Hücrelerin kimyası ve tasarımı, akım kabul etme kapasitesi, soğutma sistemi, batarya yönetim elektroniğinin yazılımı ve şarj cihazının gücü de etkilidir. Çok rekabetçi şarj eğrilerine sahip 400 voltluk araçlar olduğu gibi, bu mimarinin teorik potansiyelinden tam olarak yararlanamayan 800 voltluk araçlar da vardır.

Ayrıca 800 voltluk bir aracın, çıkış voltajı daha düşük bir istasyona bağlandığında ne olduğunu da kontrol etmek gerekir. Bazı araçlar voltajı uyarlayan bir yükseltici dönüştürücü içerir; diğerleri bu işlevi yerine getirmek için tahrik sistemindeki belirli bileşenleri kullanır. Bu koşullarda kullanılabilir güç, 800 volta uyumlu bir şarj cihazında elde edilenden daha düşük olabilir.

En yeni sistemlerde, hem 400 hem de 800 voltluk istasyonlarda verimli şekilde şarj olabilmek için iç yapılandırmasını değiştirebilen bataryalar da geliştiriliyor; bunlara örnek olarak bank charging teknolojisi verilebilir. Bu teknoloji, Audi markasının Q6 e-tron modelinde kullandığı ve 800 voltluk bataryayı eşit voltajlı iki kısmi bataryaya bölerek ek bir voltaj dönüştürücüye gerek kalmadan paralel şarj yapmayı sağlayan bir çözümdür. Amaç, sürücünün önemli bir ceza ödemeden karma bir şarj ağından yararlanabilmesidir. Dolayısıyla voltaj, aracın potansiyeli hakkında fikir verir, ancak gerçek koşullarda ne kadar sürede enerji topladığı gibi asıl yararlı veriyi yerine koymaz. Dikkat etmeniz gereken şey de budur.

Şarj eğrisi nedir?

Bir üretici, bir otomobilin 250 kW ile şarj olduğunu duyurduğunda, bu belirli koşullarda ulaşabileceği maksimum gücü belirtir. Bu, tüm seans boyunca 250 kW aldığı anlamına gelmez. Bu zirve birkaç dakika sürebilir, yalnızca birkaç saniye görülebilir veya batarya uygun durumda değilse hiç ulaşılamayabilir.

İki araç düşünelim: Birincisi 250 kW’a ulaşır, ancak gücü hızla 150 kW’ın altına düşürür; ikincisinin zirvesi 200 kW’dır, ancak sürecin çok daha büyük bir bölümünde bu rakama yakın kalır. Birincisi daha yüksek güç duyursa da ikincisi %10’dan %80’e şarjı daha önce tamamlayabilir. Bu nedenle, bu aralıkta harcanan toplam süre ve ortalama şarj gücü, maksimum zirveden çok daha temsil edicidir.

Şarj eğrisi, bataryanın kabul ettiği gücün, şarj durumu veya SOC arttıkça nasıl değiştiğini gösterir; SOC, İngilizce State of Charge ifadesinin kısaltmasıdır. Genellikle az bataryalı bir araç orta düzeyde bir güçle şarj olmaya başlar, sıcaklık dengelendikten sonra maksimum değerine ulaşır ve geniş sayılabilecek bir yüksek güç bölgesini korur. Ardından gücü kademeli olarak azaltmaya başlar. Tam şekil araçlar arasında büyük farklılık gösterir. Bazı eğriler kararlı bir platoya sahiptir; bazıları basamaklıdır; bazı modellerde ise güç, başlangıç zirvesinden sonra neredeyse sürekli düşer.

Batarya, hücreleri nispeten boşalmışken daha fazla enerji kabul edebilir. Hücreler maksimum voltajlarına yaklaştıkça sistem, sıcaklığı kontrol etmek, hasardan kaçınmak ve hücreler arasında şarj seviyesini dengelemek için akımı azaltmak zorundadır.

Birçok araçta en hızlı şarj bölgesi yaklaşık %10 ile %60 arasında bulunur. Bu noktadan sonra güç düşmeye başlar ve %80 civarında yavaşlama çok daha belirgin hale gelir. Bu yüzden birçok üretici, mola sırasında yolculuğa devam etmek için %80’i referans alır; çünkü bu seviyeden sonra süreç ciddi biçimde yavaşlar. Bu, üreticilerin neden %0’dan %100’e tam şarj için gereken süreyi değil, genellikle %10’dan %80’e kadar olan süreyi duyurduğunu açıklar.

Araç neden her zaman maksimum gücünde şarj olmaz?

Araç ve şarj cihazı, bataryanın alabileceği voltaj ve akımı sürekli olarak birbiriyle görüşür. Araç, her an güvenli bulduğu gücü talep eder ve istasyon kendi sınırları içinde mümkün olan en yüksek gücü sağlar. Devreye giren başlıca faktörler şunlardır.

• Şarj durumu: %10’da bulunan bir batarya, %80 veya %90’da olan bir bataryadan çok daha fazla güç kabul edebilir. Dolmaya yaklaştıkça işlem daha yavaş yapılmalıdır. Taşırmadan bir kabı doldurmaya benzer: Başta musluk çok açılabilir, ama neredeyse dolduğunda akış azaltılmalıdır.
• Bataryanın sıcaklığı: Lityum iyon bataryaların, hızlı şarjı en iyi kabul ettikleri bir termal aralığı vardır. Çok soğuklarsa iç dirençleri artar ve sistem, anotta metalik lityum birikimi gibi zararlı olayları önlemek için akımı sınırlar. Çok sıcaklarsa, hücreleri korumak ve hızlandırılmış bozulmayı önlemek için yine güç azaltılır.
• Ön koşullandırma: Yolculuğa daha iyi hazırlanmış araçlar, şarj istasyonuna varmadan önce bataryayı ısıtabilir veya soğutabilir. Çoğu durumda, yerleşik navigasyonda hedef olarak hızlı bir istasyon seçmek yeterlidir. Araç, bağlanma anında optimum sıcaklığa ulaşmak için ne zaman ön koşullandırmaya başlaması gerektiğini hesaplar. Bu özellik özellikle kışın önemlidir. 250 kW’a ulaşabilen bir araç, gece boyunca düşük sıcaklıkta bekledikten sonra ve ön koşullandırma olmadan bağlanırsa bu rakamdan çok uzakta kalabilir. Her model bunu aynı şekilde etkinleştirmez. Bazıları şarj istasyonunu navigasyona girdiğinizde otomatik olarak başlatır; bazıları manuel olarak çalıştırılmasına izin verir; bazı araçlarda ise bu özellik hiç yoktur. Satın almadan önce kontrol etmek gerekir.
• Bataryanın kapasitesi ve kimyası: Büyük bir batarya, küçük bir bataryaya göre aynı yüzde aralığında çok daha fazla enerji alabilir. Kullanılabilir 100 kWh’lik bir bataryada %10’dan %80’e çıkmak yaklaşık 70 kWh enerji eklemek anlamına gelir; 60 kWh’lik bir bataryada ise yaklaşık 42 kWh. Bu yüzden yalnızca süreleri karşılaştırmak, kapasiteyi dikkate almadan yeterli değildir. İki araç 20 dakika sürebilir, ama ilki çok daha fazla potansiyel kilometre eklemiş olacaktır. Kimya da etkilidir. NMC ve LFP bataryalar enerji yoğunluğu, termal tepki, ömür ve kabul edilebilir güç açısından farklı özelliklere sahiptir. Ancak genel olarak bir kimyanın her zaman diğerinden daha iyi şarj olduğu da söylenemez: Bu, hücrelerin belirli tasarımına ve tüm sisteme bağlıdır.
• Şarj cihazının sınırlamaları: 350 kW’lık bir istasyon, aracın bu gücü alacağı anlamına gelmez. Maksimum voltajı, kablonun kabul ettiği akım veya tesisatın toplam kullanılabilir gücü tarafından sınırlanmış olabilir. Bazı istasyonlar gücü iki veya daha fazla konektör arasında paylaşır. Başka bir araç gelirse, her biri için kullanılabilir enerji azalabilir. Şarj cihazlarının ayrıca termal koruma sistemleri de vardır. Çok sıcak günlerde veya art arda yüksek güçte birkaç seans sonrasında, istasyon aşırı ısınmayı önlemek için akımı geçici olarak azaltabilir. Son hız, doğal olarak en yavaş elemanla sınırlıdır: 250 kW’ı kabul eden bir araç, 100 kW’lık bir istasyona bağlanırsa en fazla 100 kW ile şarj olur.

Yolculuk için elektrikli bir otomobil alırken nelere bakmalı

Maksimum şarj gücü hâlâ önemli bir veridir, ancak diğer parametrelerle birlikte değerlendirilmelidir.

• Gerçek %10’dan %80’e süre: Otomobilleri karşılaştırmak için en basit referanstır. Üreticinin onaylı verisinden çok, farklı sıcaklıklarda yapılmış bağımsız testlerden geliyorsa daha da iyidir.
• Ortalama şarj gücü: Zirvenin sürdürülüp sürdürülmediğini veya yalnızca sembolik olup olmadığını gösterir. Eklenen enerjinin harcanan süreye bölünmesiyle elde edilir. Örneğin, bir araç 20 dakikada 56 kWh eklerse, bu aralıkta ortalaması yaklaşık 168 kW olmuş olur; anlık olarak 250 kW’a ulaşmış olsa bile.
• Dakika başına geri kazanılan menzil: Yolculuk için bu veri kW’dan daha yararlı olabilir. 100 km’de 17 kWh tüketen çok verimli bir araç, 100 km’de 25 kWh’a ihtiyaç duyan bir SUV’a göre eklenen her kilovatsaati daha iyi değerlendirir. İkincisi daha yüksek güçle şarj olsa bile, benzer ya da daha düşük bir hızda kilometre kazanabilir. Bu nedenle, hızlı şarj ve verimlilik birlikte analiz edilmelidir.
• Otoyolda gerçek tüketim: WLTP menzili farklı senaryoları karıştırır ve 120 km/s hızda seyrederken yaşanacakları mutlaka yansıtmaz. Yolculuk planlamak için özellikle kışın, otoyolda gerçek menzili bilmek önemlidir. Bir araç 600 km WLTP duyurabilir, ancak aerodinamiği veya yüksek hızdaki tüketimi daha kötüyse 520 km’lik başka bir araçtan daha önce durmak zorunda kalabilir.
• Ön koşullandırmanın varlığı: Otomatik olmalı, etkinleştirmesi kolay olmalı ve navigasyonun şarj istasyonu veritabanıyla uyumlu olmalıdır. Manuel etkinleştirme de yararlıdır; çünkü yolculuğu planlamak için harici bir uygulama kullanıldığında bataryanın önceden hazırlanmasını sağlar.
• Rota planlayıcısı: İyi bir planlayıcı nerede durulacağını, hangi yüzdeyle varılacağını, şarjın ne kadar süreceğini ve bir sonraki durak veya hedefe hangi seviyeyle ulaşılacağını hesaplar. Gelişmiş sistemler ayrıca şarj istasyonlarının gücünü, uygunluğunu ve işletmecisini dikkate alır; yolculuk sırasında tüketim değişirse rotayı da uyarlar.
• Art arda şarjlarda performans: Uzun bir yolculukta aynı gün birden fazla hızlı şarj yapmak gerekebilir. Yetersiz bir termal sistem, bataryanın birikmiş ısınması nedeniyle ikinci veya üçüncü seansın daha yavaş olmasına yol açabilir.
• Altyapıyla uyumluluk: Aracın kabul ettiği maksimum voltajı, 400 voltluk şarj cihazlarındaki davranışını, konektör tipini ve Plug & Charge özelliğini de kontrol etmek gerekir. Bu özellik, aracı otomatik olarak tanır ve ek uygulama ya da kart gerektirmeden ödemeyi yönetir.

Şarj istasyonuna az bataryayla gitmek mantıklı mı?

Genellikle evet, çünkü bataryası uygun sıcaklıktaysa, bir otomobil düşük seviyeden başladığında genellikle daha hızlı şarj olur. İstasyona %8 veya %10 ile girmek, eğrinin en güçlü bölgesinden yararlanmayı sağlar. %35 veya %40 ile gelmek ise gücün düşmeye başladığı bölgeye varmadan önceki kullanılabilir marjı azaltır. Mola daha kısa olabilir, ama daha az enerji eklenir ve muhtemelen yeniden daha erken durmak gerekir.

Elbette, marj bırakmadan sonuna kadar zorlamak doğru değildir. Varış yüzdesi, istasyonun güvenilirliğine, alternatif şarj cihazlarının varlığına, hava koşullarına ve sürücünün deneyimine göre ayarlanmalıdır. Doğru yapılandırılmış bir planlayıcı %8 veya %10’luk bir güvenlik marjıyla çalışabilir; ancak altyapının az olduğu bölgelerde daha fazla marj bırakmak akıllıca olabilir.

%100’e kadar şarj etmek mi, yoksa iki kısa mola mı daha iyi?

Çoğu yolculukta, %100’e ulaşana kadar bağlı kalmak yerine eğrinin uygun bölgesinde kısa molalar yapmak daha hızlıdır.

Diyelim ki bir araç %10’dan %70’e çok hızlı şarj oluyor, o noktadan sonra gücünü düşürmeye başlıyor ve %80’in üzerinde özellikle yavaşlıyor. Son 20 puntoluk kısım, ilk 50 veya 60 puntoyu eklemek kadar süre gerektirebilir. Bu durumda şu yol daha verimlidir:

1. Az bataryayla varmak.
2. Bir sonraki istasyona marj bırakarak ulaşmak için gereken enerjiyi şarj etmek.
3. Güç belirgin biçimde düştüğünde yola devam etmek.
4. Bir sonraki durakta aynı işlemi tekrarlamak.

%10’dan %60 veya %70’e iki seans, %100’e kadar uzayan tek bir şarjdan daha kısa sürede aynı mesafeyi kat etmeye olanak tanıyabilir. Ayrıca erken ayrılmak şarj cihazını başka bir kullanıcıya açar ve operatör zaman bazlı bir tarife ya da doluluk cezası uyguluyorsa, kilometre başına fiyatın daha az elverişli olduğu bir aralıkta kalmaktan kaçınılır.

Ne zaman %100’e kadar şarj etmek mantıklı olabilir

Evrensel bir kural yoktur. Belirli koşullarda şarjı tamamlamak makul olabilir:

• Yolculuğa başlamadan önce, evde yavaş şarjla.
• Bir sonraki etap mevcut menzili aştığında.
• Sonraki şarj ağı seyrek veya güvenilmez olduğunda.
• Zaten yapılacak uzun bir mola sırasında.
• Varış noktasına ulaşıldığında, araç kısa süre kullanılmayacaksa.
• Şarj cihazı özellikle uygun bir fiyat sunduğunda ve bekleyen başka kullanıcı yoksa.

Anahtar, %100’e yolculuğa çıkmadan önce ulaşmak ile yolun ortasında ulaşmak arasındaki farkı görmektir. Evde son kısmın yavaş olması pek önemli değildir, çünkü araç birkaç saat bağlı kalabilir. Yol üstü bir istasyonda ise her ek dakika önemlidir ve genellikle bataryayı tamamen doldurmak için beklemek kazançlı değildir.

Ayrıca şunu da hesaba katmak gerekir: Lityum iyon bir bataryayı uzun süre çok yüksek şarj seviyesinde tutmak, bozulmasını hızlandırabilir. Günlük kullanım için birçok üretici, %80 civarında bir sınır belirlenmesini ve %100’ün yalnızca tüm menzile ihtiyaç duyulan yolculuklar veya durumlar için saklanmasını önerir. Tam etkiler, her markanın kimyasına ve yönetimine bağlıdır.

En iyi strateji daha fazla şarj etmek değil, gerekeni şarj etmektir

Elektrikli bir otomobille yapılan yolculukta en uygun mola her zaman bataryayı %80’e getiren mola değildir. Bazen bir sonraki şarj istasyonuna ulaşmak için %55 veya %60’a kadar şarj etmek yeterlidir; araç orada eğrinin hızlı bölgesinden yeniden yararlanır. Planlayıcılar tam da bu dengeyi optimize eder. On dakikalık bir mola, daha iyi konumlanmış, daha güçlü veya daha fazla konektörü olan bir istasyona kadar devam etmek için yeterli olabilir.

En hızlı strateji genellikle bataryası dolu olarak evden çıkmak, ilk istasyona düşük seviyeyle varmak ve eğrinin en uygun kısmından yararlanarak kısa şarjlar yapmaktır. Ancak insan faktörü de devreye girer. Bir aile, iki 15 dakikalık mola yerine yemek için 30 dakikalık bir mola tercih edebilir. Bir başka sürücü, araç devam edebilecek olsa bile her iki saatte bir durmayı yeğleyebilir. Mutlak yolculuk süresi yerine hizmetleri, tuvaletleri ve restoranı olan istasyonlara öncelik verenler de olacaktır.

En iyi hızlı şarj, mutlaka en yüksek güç zirvesini kaydeden değil, normal molaları değiştirmeye zorlamadan rotaya entegre olabilen şarjdır.

Hızlı şarjı karşılaştırmak için beş temel veri

Yolculuk için elektrikli bir otomobil seçerken şu sırayla incelemek gerekir:

1. Otoyolda gerçek tüketim ve duraklar arasındaki kullanılabilir menzil.
2. Gerçek koşullarda %10’dan %80’e şarj süresi.
3. Yalnızca maksimum zirveyi değil, eğrinin biçimini ve ortalama gücü.
4. Ön koşullandırma ve rota planlayıcısının kalitesi.
5. Soğukta, sıcakta ve art arda hızlı şarjlarda davranış.

800 voltluk mimari, özellikle büyük bataryalı ve çok yüksek güçlü araçlarda önemli bir teknik avantajdır. Ancak bir otomobili otomatik olarak iyi bir yolcu yapmaz. Makul boyutta bir bataryaya, kararlı bir eğriye ve iyi kalibre edilmiş bir termal sisteme sahip verimli bir elektrikli araç, daha fazla onaylı menzile ve daha yüksek maksimum güce sahip bir diğerinden yolda daha hızlı olabilir.

Sonuç basit: Elektrikli bir otomobil satın alırken yalnızca kaç kW ile şarj olduğunu sormak yetmez; durmaya razı olduğumuz dakikalarda kaç kilometre geri kazandırdığını da sormak gerekir. Yolculuk yapılacağı zaman farkı yaratan rakam budur.