Elektrikli otomobil şarj etmek uzaktan bakanlar için çok zahmetli ve uzun süren bir iş gibi gelse de aslında ortada büyük bir yanlış taraftan bakma mevcut. Elektrikli otomobillerin şüphesiz sık sık taşlandığı kısım şarj etmek. Evet, arabanızı içinde elektrik olan her türlü prizde şarj edebiliyor olsanız da Türkiye standartlarında voltajı 180-240 arası değişen prizlerde Tesla Model S'in 85kWh büyüklüğündeki pilini 0'dan %100'e kadar şarj etmek 36 saatten fazla sürüyor. Ama durun durun, hemen kaçıp gitmeyin elektrikli otomobillerden. Pek çok insanın anlamadığı nokta bu; uzun yola gitmiyorsanız arabanızı hiçbir zaman tamamen sıfırlayıp tekrar tamamen doldurmak zorunda kalmayacaksınız. Hatta tam tersi, her sabah tam dolu depoya uyanıp yakıt probleminden komple kurtulacaksınız.

Müsaadenizle elektrikli otomobil şarjında ve tüketiminde karıştırılan(ya da hiç bilinmeyen) konseptlere açıklık getirmek istiyorum.

Güç: Watt ile ölçülür ve herhangi bir elektroniğin kullandığı güçtür. Watt da jul başı saniye demektir. (jul/s). Kilowatt, yani kW 1000 Watt'a eşit. Megawatt ise 1000 kW.

Enerji: İşte işlerin karıştığı nokta burası. Enerji kWh, yani kilowatt saati ile ölçülüyor. 1 kWh, 1kW elektrik çeken bir elektroniğin bir saatte çekeceği, yani tüketeceği elektrik demektir. Mesela 100 watt güç tüketen bir ampülü 1 saat çalıştırırsanız 100Wh(0.1kWh) enerji tüketirsiniz. Aynı şekilde 2 saat çalışırsa 2Wh enerji tüketir, yarım saat çalışır ise 0.5Wh.

Buraya kadar hala benimle iseniz süper. Ancak özür dileyerek biraz daha karıştırıyorum.

Potansiyel: Bir yere gelen akımın bir potansiyeli vardır bu da volt ile ölçülür. Voltaj ne kadar fazlaysa gerilim o kadar fazla olur. İçinden su akan bir borunun içindeki basınç gibi düşünebiliriz.

Akım: Bu da bir yerden geçen elektrik miktarını ifade eder ve amper ile ölçülür. Bir su borusundan geçen su miktarı gibi düşünebilirsiniz.

Özetle Güç = Akım X Potansiyel olduğu için Voltaj X Amper = Watt diyebiliriz. Yani aracınızı şarj ederken ne kadar hızlı şarj edeceğiniz (şarj cihazından ne kadar güç geldiği onun ne kadar sürede ne kadar enerjiye döneceğini verir)  voltaj ve ampere bağlı.

Evet, karıştı biraz ve anlamadıysanız hiçbir problem yok. Çünkü vereceğim çok basit örnek ile her şey netleşecek;

Bahçe hortumu ile bahçenizi suladığınızı düşünün. Hortumun büyüklüğü ve suyun geliş basıncı hortumdan çıkacak su miktarını belirler, yani gücü. Eğer daha uzağa kadar suyu yetiştirmek istiyorsanız parmağınızı hortumun ucuna koyarsınız ve bu basıncı arttırır, su daha uzağa gider ama giden su miktarı azalır. Yani voltaj artar, amper azalır. Voltajın fazlalığı elektriğin daha uzun mesafe kat etmesini sağlar. Bu yüzden şehirlerarası elektrik taşıyan direk ve tellerde 400.000V elektrik vardır. Yani kısaca arabanızı daha hızlı şarj etmek için hem yüksek voltaja hem yüksek ampere ihtiyacınız var.

Umarım volt, amper, kW ve kWh konseptleri net oturmuştur. Şimdi elektrikli otomobillere geri dönüp Tesla Model S 85 üzerinden önce tüketim sonra şarj örneklerini verip, şarj hızı hesabı ile yazımı bitireceğim.

 
Tüketim

IMG_1917

Bu gördüğünüz Tesla Model S'teki enerji tüketim paneli. Aracın yolculuğu boyunca görmüş olduğunuz gibi bir tüketim grafiği çiziyor. Ancak kafa karıştırmamak için kullandığınız kW'ı değil, o güç sarfiyatıyla km başına gidilecek Wh, yani km/Wh değerini veriyor. Bu hesaba göre bir yolculuğunuzda ortalama 250Wh/km tuttursanız, Wh bir enerji değeri olduğu için 4km'de 1kWh tüketeceksiniz demektir. Yani Model S'inizin pilinin %100 doludan tamamen boşalması 340km sürecektir ortalamayı tutturduğunuzu varsayarsak. Negatif kısımda gördüğünüz değerler ise yine aynı şekilde "ReGen Braking" adı verilen, arabayı yavaşlatan sürtünme enerjisinin arabayı şarj etmekte kullanılmasıdır.(hatta bu sebepten Model S kullanıcıları pek fren yapmaz ve Model S fren balataları sonsuza kadar eskimez) Ancak eğer motorunuzun kullandığı anlık gücü görmek istiyorsanız hız göstergenize bakmanız lazım.

image

Sol tarafta gördüğünüz hızınız (fotoğrafta km değil mil) sağ tarafta turuncuyla işaret edilen ise motorun kullandığı güç. Gaza sonuna kadar yüklendiğinizde bu güç göstergesi 240kW'a kadar çıkacak ve eğer ~20dk orada tutabilirseniz Model S'inizin pilini tamamen boşaltırsınız. Tabii o seviyede 10-15 saniyede maksimum hıza çıkacağınız için kullanılan gücü 20dk o seviyede tutmada bol şans. Daha olası bir örnek için diyelim ki bir düzlemde saatte 60km hızla seyrediyorsunuz ve bu hızı sabit bir şekilde tutabilmek için 15kW güce ihtiyacınız var. Bu demektir ki hemen hemen 5 saat 40 dakika aynı şekilde devam ederseniz pilinizi bitirirsiniz.

 
Şarj
Maalesef ki tüketim hesabı şarj hesabına göre çok daha kolay. Sebebi ise tüketimde şarjın aksine her şeyin direkt olması. Şarj ederken aldığınız güç hesabı da aslında basit, Volt X Amper = Güç. Mesela 220V, 10 amperlik ev tipi prizden Model S'i şarj ettiğinizi düşünelim. Her ne kadar basit hesap 220 X 10 = 2200 yani 2.2kW, yani ~80 saatte 85kWh gibi gelse de o kadar basit değil. Çünkü elektrik alternatif akım olarak gelmekte ve adından da anlayacağınız gibi voltaj hiçbir zaman sabit değil. Türkiye'deki elektrik 50Hz frekansında, bu demektir ki o noktaya gelen akım bir saniyede "0" ile maksimum arasında 50 kere dalgalanıyor. Hal böyle olunca ortalamasını bulmak da bir hayli zor. Açıkçası ben de bilmiyorum bu hesabı ve bu hesap elektrik elektronik mühendisliği dalına gireceğinden burada hiç onu karıştırmıyorum. Ancak meraklıları yine de buradan okuyabilirler.

Bu yüzden şarj hızını hesaplayabilmek için o şarj istasyonunun şarj oranını bilmemiz gerekiyor. Elektrikli otomobil şarj istasyonları 'charging rate' denen şarj oranlarını verirler. Mesela Tesla'nın kurup ücretsiz erişim sağladığı Supercharger'lar 400V 300A oluyor yani 400X300=120.000 yani 120kWh. Böyle bir güce erişiminiz olunca yarım saatte 60kWh'lık enerji depolayabiliyorsunuz pilinize. Bu da Model S 60'ın pilinin tamamı.(ancak yine de yarım saatte tamamı dolmayacaktır çünkü pil doldukça otomatik olarak araçtaki yazılımla doldurma hızı pilin ömrü ve sağlığı için yavaşlatılıyor)

Evdeki şarjın hesabı için ise yukarıda da anlattığım gibi frekansı gözardı ederek V x A formülü ile aşağı yukarı bir değer elde edebiliyoruz. Voltaj ve Amper değerleri ise evinize gelen elektrik hattı ve sigorta tesisatına bağlı olduğu için herkes için farklılık gösterir ancak yazının başında da bahsettiğim gibi, arabanız ortalama yaşamının çoğunu park halinde geçiriyor. Günde ortalama 70km araba kullanıyorsanız gün sonunda evinize geldiğinizde sadece 70km'lik şarj edeceksiniz demektir. Evinizden alacağınız elektrik, aracın park halinde geçireceği süreyi düşününce fazlasıyla yetecektir. Ayrıca büyük ihtimalle gece tarifesinde şarj edeceğiniz için deponuz daha ucuza dolacak ve her sabah tam dolu depoya uyanacaksınız.