Elektrikli Araçlarda 800V ve 400V mimarisi ne anlama geliyor?

Bu seride hayatımızda iyiden iyiye yer edinen elektrikli araçlar konusuna dair az paylaşılan bazı konuları çok tekniğe girmeden anlatmaya çalışıyorum. Teknik yönü olan arkadaşlarım için hafif kalabilir ancak anlaşılır kılabilmek için basite indirgemeye gayret ettim.

Güncel elektrikli otomobillerde yaygın olarak kullanılan mimari 400 V mimarisidir. Mimari diyoruz çünkü araçta kullanılan batarya paketinin diziliminden tutun da, motoru, dönüştürücüsü, batarya yönetim sistemleri ve aracı sarmalayan iletken ağı 400V dikkate alınarak planlanmıştır. Buna paralel olarak karşılaştığımız DC şarj cihazları da 400V desteği ile üretilmektedir. İşin aslına bakarsanız yine bu şarj cihazlarının pek çoğu 800V ‘luk batarya paketlerini şarj edebilecek güç ünitelerine sahiptirler. Fakat yaygın kullanım 400V mimari olduğundan çoğu zaman bu yönde sınırlandırılmışlardır.

Peki 400V mimari varken nereden çıktı bu 800V mimarisi? Neden ihtiyaç duyuldu? Gelecekte tüm araçlar hep 800V mimari ile mi üretilecek, elimizdeki araçlar ekosistemin dışında mı kalacak?

Bir elektrikli araç kullanıcısıysanız veya almayı düşünüyorsanız bu konuda endişelenecek pek bir durum yok, rahat olun. 400V mimari ile 800V mimari arasındaki en temel fark batarya hücrelerin birbirine bağlanış biçiminde yani dizilimindedir. Dizilim derken, büyük kapasiteli bataryaları oluşturan küçük batarya hücrelerinin istediğiniz gerilimi elde edinceye kadar seri, hedeflediğiniz kapasiteyi elde edinceye kadar paralel olarak bağlanmasını kastediyoruz. Pilli bir oyuncağın pil haznelerine benzetebiliriz basitçe.

Basit birkaç hesap yapalım. 2Ah ve 4V bir batarya hücresi ile 400V elde etmek istiyorsak, 400V/4V = yaklaşık 100 adet hücreyi seri bağlarız ve bir dizi oluştururuz. (Hesap kolay olsun diye pil gerilimlerini yuvarladım) Bu dizinin gücü 400V x 2Ah = 800Ah olur. 50 kWh lık bir batarya için ise bu bağlantıdan 50kW / 800 = yaklaşık 63 dizi paralel bağlanır ve 400V mimaride 50 kWh lik bir batarya elde edilir. Bu batarya 100 x 63 = 6300 hücreden oluşur ve yaklaşık olarak ta 6300 x 50gr = 315 kg. ağırlığa ulaşır.

50kWh lık bir bataryanız var ve 50kW lık bir şarj cihazına bağlanmışsanız, teorik olarak 50kWh / 50kW = 1 Saat dolum süresi ile karşılaşırsınız. 400V luk bir mimariniz var ise bu 50kW /400V = 125 Amperlik bir akı demektir. Bu ise yaklaşık 2 cm çapında bir şarj kablosu gerektirir. Kabul edilebilir bir ölçüdür. Gücü 100kW’ a çıkardığımızda ise akım tam iki katına çıkacak ve 250A’ i göreceğiz. Yani kablo kalınlığımız arttı ve ciddi biçimde ağırlaştı. Bu biraz can sıkıcı. Peki daha da yukarı çıkmak istediğimizde bu kablo ile nasıl başa çıkarız? Bu nedenledir ki, kabul edilebilir bir kablo ile yapılan sunumlarda 150kW ‘ların üstü pek görülmez. Bunu çözmenin bir diğer yolu da gerilimi arttırmaktır elbette. Kablo kalınlığını etkileyen en temel etken akım olduğuna göre (W= V(gerilim) X I (Akım) ), akımı düşük tutarak gücü arttırmanın yolu gerilimi artırmak olacaktır.

Yani ; 50kW’ lık bir bir şarj cihazı 800V ile şarj ediyor olsun.

Akım = 50.000W / 800V= 62,5 A olacaktır. Bu da kablo kesitini yarıya düşürecektir. Bu kez 240kW lık bir şarj cihazı 800V ile şarj ettiğinde 300A bir akıya sahip olur ve kullanılacak kablo kesiti neredeyse 100kW / 400V luk bir şarj cihazı kablosuna denktir. İletken kalınlığı araç dışında olduğu gibi araç içinde de azalır. Bu değişim; daha ince batarya seti, daha kolay yerleşim, daha az ısı, daha az kayıp, yüksek verim ve daha hafif tasarımlar anlamına gelir.

Ancak bu değişim günümüz için henüz pahalı bir çözümdür ve erişimi daha zordur. Otomobillerde kullanılan batarya kapasiteleri ve erişilmiş şarj süreleri kabul edilebilir düzeylere ulaşmıştır. Bu nedenledir ki günlük kullanımlar için tercih edilen araçlarda bu mimarinin olması, maliyeti sebebiyle gereksizdir denilebilir. Ancak ticari kullanımlarda daha büyük bataryaların benzer sürelerde şarj olabilmesi için bu pahalı teknoloji tercih edilebilir ve edilmektedir. TESLA dahil pek çok marka şu ana kadar 800V mimariye sahip ne bir araç ne de bir şarj cihazı üretmiştir. Porsche, Audi, Kia ve Hyundai gibi firmaların 800V mimariye sahip sınırlı modelleri bulunmaktadır. Her teknolojik çözümde olduğu gibi zamanla maliyet düşüşü olacaktır ve erişim kolaylaşacaktır. Bu durumda 800V ‘ luk mimarinin ve şarj altyapısının gelişeceğini öngörebiliriz.

800V ‘luk şarj altyapısının yaygınlaşması ile 400V ‘luk mimariye sahip günümüz araçları bu altyapıdan faydalanmaya elbette devam edecektir. Peki günümüzde 800V luk bir araç 400V luk ve 150 kW gücündeki bir DC şarj cihazında nasıl şarj olur derseniz? Bu tip araçlar bu geçiş dönemi için 400V gerilimi 800V gerilime yükselten bir dönüştürücü barındırırlar. Bu durum elbette bir miktar verim kaybına yol açar. Ancak şarj cihazı 800V desteği sunuyor ise bu dönüşüm bypass edilerek verim kaybının önüne geçilmiş olur.

Esen kalın.