Birbirini şarj bataryanın ömrünü bitiriyor

Her şeye rağmen yeni nesil telefonlarda birbirine ‘tokuşturarak’ şarj işlemi yapılabiliyor olması büyük bir yenilikken, neden arabalar birbirini şarj etmesin ki? Tabii bunun için arabaları tokuşturmak gerekmiyor. Tıpkı yıllardır yaptığımız gibi nakil kablosuna benzer bir kablosuyla bunun yapılması mümkün. Peki bu sistem gerçek olabilecek kadar sağlıklı ve verimli mi? Arabalar birbirini şarj edebilir mi? İstanbul Teknik Üniversitesi (İTÜ) Elektrik-Elektronik, Elektrik Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyesi Doç. Dr. Yusuf Yaşa, elektrikli araçların birbirini şarj edip edemeyeceğini tüm detaylarıyla Milliyet.com.tr’ye anlattı.

Geleneksel EV şarj sistemlerinde akım tek yöndedir. Yani enerji, şebekeden araca akar. EV-EV aktarımı yapabilmek içinse bu akımı tersine çevirmek gerekir. Doç. Dr. Yusuf Yaşa’ya göre bu, bidirectional charger-inverter-dönüştürücü teknolojileri gerektirir. Bu konseptle EV, enerji tüketen değil, enerji kaynağı olabilen bir tasarıma bürünür.Ancak bu sistemin günümüzde aşılamamış bazı açıkları ve dezavantajları var. Doç Dr. Yaşa bunları, “V2V (araçtan araca şarj) sistemlerinde iki araç, kablo aracılığıyla veya kablosuz bağlantılarla birbirine bağlanabilir. Bu bağlantı üzerinden, enerji veren araç bataryasından alınan doğru akım, bir dönüştürücü aracılığıyla alıcı aracın şarj sistemine uygun forma dönüştürülür.

V2V enerji aktarımının önünde hâlâ önemli teknik ve pratik engeller bulunuyor. Farklı araçların batarya gerilimleri, kapasiteleri ve şarj protokolleri arasında uyum sağlamak zor olduğu gibi, yüksek akım aktarımında güvenlik ve izolasyon da büyük bir mühendislik sorunudur. Ayrıca sürekli şarj-deşarj döngüleri batarya ömrünü olumsuz etkileyebilir” diye açıklıyordu. Sonuç olarak, bir elektrikli araçtan diğerine enerji aktarımı teknik olarak mümkün olsa da, bugünlerde yalnızca prototiplerde deneniyor. Bu sistemin sağlıklı çalışması için verim, sürdürülebilirlik ve güvenlikten geçen yolların aşılması gerekiyor.

“Bir elektrikli araçtan diğerine enerji aktarımı etkileyici görünse de, uygulama açısından henüz kolay, verimli veya tam anlamıyla sürdürülebilir bir çözüm değil. Bunun nedeni, bu sistemin hem donanım hem de yazılım düzeyinde yüksek teknik uyum gerektirmesidir. Her iki araçta da çift yönlü güç elektroniği sistemleri, gelişmiş batarya yönetim sistemleri, iletişim protokolleri ve güvenlik devreleri bulunmalı. Bu da mevcut EV’lerin büyük çoğunluğunun donanım ve yazılım altyapısında köklü değişiklikler gerektirir. ABD Enerji Bakanlığı’nın 2023 tarihli raporunda belirtildiği üzere, çift yönlü şarj sistemlerinin uygulanması halen ‘yüksek maliyetli, karmaşık ve sınırlı standart desteğine sahip’ bir teknolojidir.

Yanlış bağlantı, aşırı ısınma veya izolasyon hatası durumunda hem donanım hem kullanıcı güvenliği risk altına girer. Farklı üreticilerin araçları arasında şarj protokolü uyumsuzlukları vardır. Bu durum, sistemin evrensel biçimde uygulanabilir olmasını şimdilik engelliyor. Verimlilik açısından, V2V aktarımında enerji önce veren aracın bataryasından çıkar, dönüştürücü üzerinden başka bir aracın bataryasına girer. Her dönüştürme aşamasında yüzde 5 ila 10 civarında enerji kaybı yaşanır. Bu kayıplar, özellikle uzun vadeli kullanımda sistemin enerji açısından verimsiz hale gelmesine yol açar. Üstelik bu işlemler, iki bataryanın da şarj-deşarj döngüsünü artırdığı için, batarya ömrünü de olumsuz etkileyebilir.”

2025 yılı eylül sonu itibarıyla kayıtlı elektrikli araç sayısı 321 bin 710 olarak açıklandı. Geçtiğimiz eylül ayında bu sayının 146 bin 965 olduğu düşünüldüğünde, EV sayısının 1 yıl içinde 2’ye katlandığı görülüyor. Peki ama şarj istasyonları, şarj ihtiyacını karşılayacak düzeyde mi? Şarj istasyonlarına erişimin kısıtlı olduğu noktalarda ya da aracınız şarj istasyonlarına gidemeyecek kadar düşük bir şarj seviyesindeyken başka bir elektrikli araçtan yardım almayı düşünebilirsiniz. Ancak burada kritik bir detay var. Her EV aynı kapasitede değil! Doç. Dr. Yusuf Yaşa bu konuyu şöyle açıkladı: “Batarya kapasitesi farkı, EV’ler arasında enerji aktarımının en kritik risk kaynaklarından biridir. Her elektrikli aracın batarya kapasitesi (kWh), nominal gerilimi (V) ve maksimum şarj/deşarj akımı (A) farklı olduğundan, bir araçtan diğerine enerji aktarmak, sistemler arası elektriksel ve termal dengesizliğe yol açabilir. Bu nedenle hem yüksek kapasiteliden düşük kapasiteliye hem de düşük kapasiteliden yüksek kapasiteliye aktarım senaryoları ayrı değerlendirilmeli."

Tüm senaryolar değerlendirildiğinde benzer tablolar ortaya çıkıyor. Özellikle de kritik bir sıcaklık eşiğinin aşılmış olması faciayla sonuçlanabilecek bir işlem anlamına geliyor. Çünkü elektrikli araçlarda batarya sıcaklığının 60 dereceyi aşması, bataryanın ömrünü kısaltıp, bataryaların daha hızlı bozulmasına neden oluyor. Bunun tek sonucu performansla ilgili değil. Aşırı sıcaklık, şarj performansını olumsuz etkileyip, bataryanın şarj tutma kapasitesini azaltarak batarya şişmesi veya yangın riski artabiliyor. Doç. Dr. Yusuf Yaşa, bu durumu sıcaklığa dikkat çekerek şöyle anlattı:“Yüksek kapasiteli bir araçtan düşük kapasiteliye enerji aktarımı ilk bakışta daha güvenli görünür, çünkü ‘enerji veren’ taraf güçlü bir kaynak gibidir. Ancak burada en büyük risk, alıcı aracın batarya sistemi üzerindedir. Düşük kapasiteli bataryalar genellikle daha düşük nominal gerilim, daha sınırlı akım kabul oranı ve daha zayıf soğutma altyapısına sahiptir. Eğer yüksek kapasiteli araç, bu değerlere göre fazla akım ya da yüksek voltaj uygularsa, alıcı bataryada aşırı ısınma, hücre dengesizliği veya termal kaçak oluşabilir. IEEE Transactions on Transportation Electrification’da yayımlanan bir çalışmada, 800 V sistemli bir araçtan 400 V sistemli bir araca doğrudan enerji aktarımında yüzde 12’ye kadar aşırı akım oluştuğu ve bunun hücre sıcaklığının kısa sürede 60 derecenin üzerine çıkardığı rapor edilmiştir.

Düşük kapasiteli bir araçtan yüksek kapasiteliye enerji aktarımı durumunda ise risk tersine döner. Düşük kapasiteli araç üzerindeki yük artar. Küçük bataryalı bir araç daha düşük deşarj gücü sağlayabilir. Aynı zamanda hücre başına daha düşük maksimum akım limitine sahiptir. Bu yüzden enerji aktarımı sırasında aşırı akım çekilmesi, gerilim düşümü ve hızlı ısınma gibi etkiler ortaya çıkabilir. Sonuç olarak düşük kapasiteli araçtan yüksek kapasiteliye enerji aktarımı, veren taraf için termal ve kimyasal olarak daha riskli, alan taraf içinse düşük verimli bir süreçtir.”

Her EV aynı güç ve tasarıma sahip olmadığından birbiriyle denk iki araç için bu şarj sistemi konusunda hayaller kurulsa da açık kalan noktalar var. Tüm EV’lerin birbiriyle aynı olmadığı göz önünde bulundurulduğunda Doç. Dr. Yusuf Yaşa farklı özelliklerden örneklerle şarj süresini, “Bir elektrikli araçtan diğerine enerji aktarımı yapılırken sürenin en temel belirleyicisi aktarılacak güç miktarı ve araç bataryalarının kapasitesidir. Örneğin, 75 kWh’lik bataryaya sahip bir araçtan 40 kWh’lik başka bir araca enerji aktardığımızı düşünelim. Eğer alıcı aracın bataryası neredeyse boş (yüzde 10 dolu) ve hedefimiz onu yüzde 80 doluluğa ulaştırmaksa, yaklaşık 28 kWh enerji aktarmamız gerekir. Bu işlem, kullanılan teknolojiye göre oldukça farklı sürelerde tamamlanabilir. Düşük güçlü 3.7 kW’lık bir bağlantıyla yaklaşık 7,5 saat, orta güçlü 11 kW’lık bir sistemle 2,5 saat, yüksek güçlü 50 kW DC bağlantı ile ise yalnızca yarım saatte gerçekleşebilir” diye değerlendirdi.

Doç. Dr. Yaşa’ya göre bu bir denklemle açıklanabilir. Ancak bu işlem sırasında enerji kayıpları gözleniyor. Üstelik bu kayıp azımsanamayacak miktarda. Doç. Dr. Yaşa kazanmakla kaybetmek arasındaki bu denklem için, “Araçtan araca şarj süresi ‘aktarılacak enerji miktarı ÷ aktarım gücü’ denklemiyle belirlenir. Ancak bu süreçte enerji dönüşümü sırasında kayıplar (yaklaşık yüzde 10–15) yaşanır, dolayısıyla donör aracın bataryasından çıkan enerji, alıcının bataryasına biraz eksik ulaşır. Bu nedenle pratikte, V2V aktarım genellikle acil durumlarda veya kısa menzil desteklerinde kullanılır. Şebeke benzeri yüksek güçlü sistemler kurulmadan, bu yöntem ‘araçtan araca kurtarma’ işlevi görür ama geniş ölçekli bir şarj alternatifi haline gelmez” dedi.

Telefonlarımızın şarjı bitmek üzere olduğunda, eğer elektrik ve prize erişimimiz yoksa akla ilk gelen çözüm ‘powerbank’ oluyor. Peki arabalar için de benzer bir sistem kullanılabilir mi? Piyasada taşınabilir elektrikli araç şarj cihazları için farklı marka ve modelde ürünler olsa da bu konuda kullanıcı bilinci ve daha düşük maliyetli üretim henüz sağlanamadığından kullanımı yaygın değil. Ancak araçtan araca şarj ile mobil şarj cihazları arasında bir değerlendirme yapıldığında ortaya dikkat çekici detaylar çıkıyor. En önemli detaylarsa EV’lerin sağlığına ilişkin! Peki ama mobil şarj cihazları kullanmak daha verimli ve sağlıklı olabilir mi? Doç. Dr. Yusuf Yaşa bunu da açıklayarak sözlerini noktaladı:

“Mobil şarj cihazları, yani taşınabilir güç üniteleri veya ‘mobil EV şarj istasyonları’, hem akü sağlığı hem de güvenlik açısından, doğrudan araçtan araca (V2V) enerji aktarımına kıyasla çok daha güvenli, verimli ve pratik bir çözümdür. Öncelikle mobil şarj cihazları, genellikle güç elektroniği, izolasyon, soğutma ve kontrol sistemleri bakımından profesyonel şekilde tasarlandıkları için, enerji aktarımı sırasında hem şarj edilen hem de enerji sağlayan tarafın korunmasını sağlar. Bu cihazlar, EV’lerin standart şarj portlarına bağlanır ve üretici onaylı şarj protokolleri üzerinden enerji aktarımı yapar. Böylece araçların batarya yönetim sistemiyle tam uyum sağlanır. Voltaj-akım değerleri anlık olarak izlenir ve batarya sağlığına zarar verebilecek ani yük değişimleri engellenir. Uluslararası Enerji Ajansı raporlarına göre, standart protokollerle çalışan şarj sistemlerinde batarya ömrü kaybı minimum düzeyde kalıyor.”