Beş farklı elektrikli araç türü
“Elektrikli araç” birbirinden çok farklı elektrik mimarilerini kapsar. Ortak noktaları, aracın ECU'larının, aydınlatmasının ve konfor sistemlerinin çalıştığı düşük gerilim ağından ayrı bir çekiş sistemine ve bu ikisini birbirine bağlayan bir DC-DC dönüştürücüye sahip olmalarıdır. Farklı olan ise çekiş gerilimi, batarya kapasitesi ve aracın park halindeyken ne sıklıkla uyandığıdır.
48 V'luk bir sistem A gerilim sınıfına (60 V DC'ye kadar) girer; yani elektrik güvenliği tanımına göre yüksek gerilim sayılmaz. Yine de yüksek akımlı bir sistemdir: 48 V'ta bir kısa devre ark oluşturabilir, yanıklara ve yangına yol açabilir. Taşıdığı enerjiye yaraşır bir dikkatle çalışılmalıdır.
OFF, ACC, ON, READY: Kontağın yeni anlamı
İçten yanmalı bir araçta 15 numaralı kontak hattı aynı anda iki şey ifade ederdi: elektronik açık ve motor çalışabilir. Elektrikli araçlar bu ikisini birbirinden ayırır. ON, düşük gerilim elektroniğinin uyanık olduğu, yüksek gerilim sisteminin ise hâlâ bağlı olmayabileceği durumdur. READY ise yüksek gerilim kontaktörlerinin kapalı, invertörün etkin olduğu ve aracın gaz pedalına dokunulduğu anda sessizce hareket edebildiği durumdur. Anahtarsız giriş ve start düğmesiyle bu durumları bir güç modu kontrolcüsü yönetir ve CAN üzerinden dağıtır; dolayısıyla 15 numaralı hat çoğu zaman bir kablo değil, bir ağ durumudur.
- Gövde · CANUykuda
- Bilgi-eğlence · CANUykuda
- Şasi · CANUykuda
- Güç aktarma · CANUykuda
- Batarya yönetimi · CANUykuda
Araç kilitli: Ağlar uykudadır ve yalnızca küçük bir bekleme akımı çekilir.
Tipik bir örnektir. Uyanma davranışı üreticiden üreticiye değişir.
Araç READY'ye geçerken neler olur
- 01Uyanma ve öz denetim
Sürücü frene basar ve start düğmesine dokunur. Batarya yönetim sistemi (BMS) uyanır; hücre gerilimlerini, sıcaklıkları ve yüksek gerilim sistemi ile şasi arasındaki yalıtım direncini kontrol eder.
- 02Negatif kontaktörü kapatma
Çekiş bataryasının bir kutbu yüksek gerilim hattına bağlanır.
- 03Ön şarj
Bir ön şarj kontaktörü pozitif kutbu bir direnç üzerinden bağlar; invertörün ve DC-DC dönüştürücünün büyük DC ara devre kapasitansı, kontakları kaynatacak bir ani akım yerine sınırlı bir akımla doldurulur.
- 04Ana pozitif kontaktörü kapatma
DC ara devre gerilimi batarya gerilimine yaklaştığında ana kontaktör kapanır ve ön şarj yolu açılır.
- 05Sürüşü etkinleştirme
DC-DC dönüştürücü devreye girer, düşük gerilim hattı yükselir, READY göstergesi yanar ve invertör tork taleplerini kabul eder. Tüm dizi genellikle saniyenin bir bölümü ile birkaç saniye arasında tamamlanır.
Elektrikli araçta 15 numaralı hat
Pek çok elektrikli araç, sigorta kutularında 15 ya da “kontak” olarak etiketlenmiş anahtarlı beslemeler sunmaya devam eder. Bu beslemeler READY'yi değil ON'u izleyebilir, araçta kimse yokken şarj ya da uzaktan ön iklimlendirme sırasında devreye girebilir ve yeni platformlarda güç moduna göre elektronik sigortalarla anahtarlanabilir. Dolayısıyla anahtarlı bir sigorta, “araç kullanımda” durumunun güvenilir bir göstergesi değildir. Araç belgelerinin bu amaç için belirlediği beslemeyi kullanın; bağlantı uygulamaları için Montajda en iyi uygulamalar yazısına bakın.
Düşük gerilim aküsü: küçük ama kritik
Elektrikli bir araçta yüksek gerilim kontaktörlerini kapatan kontrolcüleri düşük gerilim aküsü besler. Bu akü bitmişse çekiş bataryası bağlanamaz ve çekiş bataryası tamamen dolu olsa bile araç READY'ye geçmez. Hiçbir zaman motor çevirmediği için düşük gerilim aküsü çoğu zaman benzer bir içten yanmalı aracın marş aküsünden daha küçüktür. Bazı üreticiler lityum iyon düşük gerilim akülerine geçti ve bunların hepsi 12 V nominal gerilim kullanmıyor.
DC-DC dönüştürücü alternatörün yerini alır. Düşük gerilim aküsünü çekiş bataryasından şarj eder; ancak yalnızca yüksek gerilim sistemi bağlıyken: READY'de, şarj sırasında ya da bunu destekleyen araçlarda planlı bir takviye sırasında. Park halinde ve uykudayken her miliamper küçük düşük gerilim aküsünden gelir.
Ağ yönetimi: Bir araç nasıl uykuya dalar
ECU'lar uykuya geçme kararını ağ yönetimi (NM) aracılığıyla birlikte verir. Güncel araçların çoğunda kullanılan AUTOSAR CAN NM şemasında, ağa ihtiyacı olan her ECU periyodik NM mesajları gönderir. Bir ECU'nun ağa artık ihtiyacı kalmadığında bu mesajları göndermeyi bırakır, ancak dinlemeye devam eder. Ancak NM zaman aşımı süresince hiçbir NM mesajı görülmezse kümenin tamamı önce hat uykusuna hazırlık, ardından hat uykusu moduna geçer. Tek bir katılımcı ağı uyanık tutabilir; herhangi bir uyanma olayı da ağı geri getirir.
Uyanma ya hattan gelir (düşük güç modundaki bir alıcı-verici, ISO 11898-2'de tanımlanan geçerli bir uyanma örüntüsü gördüğünde) ya da yereldir: bir kapı kolu, anahtar, şarj konnektörü, bir zamanlayıcı. ISO 11898-2:2016'da seçici uyanma olarak standartlaşan ve 2024 baskısına da taşınan kısmi ağ (partial networking), alıcı-vericilerin ağın diğer bölümleri haberleşirken uyumaya devam etmesine ve yalnızca belirli uyanma çerçeveleriyle uyanmasına izin verir. Uzun şarj oturumlarında tüketimi düşürür; bunun bir anlamı da şudur: bir segment, üzerinde trafik akarken kısmen uykuda olabilir.
Bekleme akımını okumadan önce ağların uykuya geçmesini bekleyin.
Elektrikli araç park halindeyken neden uyanır
- Bir şarj oturumunun başlaması ve bitmesi, şarj zamanlayıcıları.
- Planlanan bir yolculuk öncesinde kabin ve batarya ön iklimlendirmesi.
- Araç sahibinin uygulamasından telematik ünitesi aracılığıyla gelen uzaktan talepler.
- Düşük gerilim aküsünün çekiş bataryasından takviye edilmesi.
- Batarya ısıl yönetimi ve hücre dengeleme.
- Alarm ve güvenlik sensörleri, anahtarsız girişte yaklaşma ve kapı kolu sensörleri.
Dolayısıyla “park halinde” olmak “uykuda” olmak anlamına gelmez. Elektrikli bir araç bir gün içinde çok sayıda uyku ve uyanma döngüsünden geçebilir. Ağlarına bağlı her şey bu döngülerin her birine uymak zorundadır: temiz biçimde uyanmak ve yeniden sessizliğe gömülmek dahil.
Uyku akımı: Her cihazın uyması gereken bütçe
Uyku akımı ya da sükûnet akımı, tüm ağlar uykudayken aracın düşük gerilim aküsünden çektiği akımdır. Üreticiler bu bütçeyi ECU ECU titizlikle dağıtır. Sonradan takılan ekipman aynı aküden beslenir ama bu bütçenin dışında kalır. Basit bir formül, neyin söz konusu olduğunu gösterir:
park süresi (saat) ≈ kullanılabilir kapasite (Ah) ÷ toplam sükûnet akımı (A)- 01Kullanılabilir kapasiteyi belirleyin
Bu örnek için, yaklaşık yarısı marş güvenilirliği kaybolmadan kullanılabilen 45 Ah'lik bir düşük gerilim aküsü varsayalım: 22,5 Ah.
- 02Yalnızca araç
Varsayılan 20 mA araç sükûnet akımıyla: 22,5 Ah ÷ 0,020 A = 1.125 saat, yaklaşık 47 gün.
- 03Doğru tasarlanmış bir cihaz ekleyin
Uykudayken 5 mA çeken bir cihaz toplamı 25 mA'e çıkarır: 900 saat, yaklaşık 37,5 gün.
- 04Özensiz bir cihaz ekleyin
30 mA çeken bir cihaz toplamı 50 mA'e çıkarır: 450 saat, yaklaşık 19 gün. Park menzili yarıdan fazla azaldı.
- 05Ağı uyanık tutun
Bir cihaz hat uykusunu engellerse ve araç ağları uyanıkken örneğin 1,5 A çekerse, aynı 22,5 Ah yaklaşık 15 saat yeter. Havalimanında geçen tek bir hafta sonu aracı yolda bırakmaya yeter.
Uyku akımını doğru ölçmek
- 01Aracı hazırlayın
Tüm kapıları, bagajı ve kaputu kapatın (ya da kaput anahtarını üreticinin prosedüründe anlatıldığı şekilde ayarlayın), tüm tüketicileri kapatın, varsa şarj kablosunu çıkarın ve anahtarı menzilin iyice dışında tutun.
- 02Beslemeyi kesmeden bağlanın
Akü kablosu üzerinde miliamper çözünürlüklü bir DC pens ampermetre ya da devrenin hiç açılmaması için bir köprüleme anahtarıyla seri bağlanmış bir ampermetre kullanın. Beslemeyi kesmek ECU'ları uyandırır ve zamanlayıcılarını sıfırlar.
- 03Kilitleyin ve bekleyin
Aracı kilitleyin ve hat uykusunu bekleyin. Bu, markaya ve donanıma göre birkaç dakikadan yarım saatin üzerine kadar sürebilir. Akımın kademe kademe düştüğünü izleyin ve CAN hatlarının sessizleştiğini doğrulayın.
- 04Oturan değeri okuyun
Kararlı akımı ve periyodik tepeleri not edin; bunlar çoğu zaman akü takviyesi, telematik ya da ısıl yönetim için planlanmış uyanmalardır.
- 05Cihaz takılıyken karşılaştırın
Ölçümü sonradan takılan cihaz bağlıyken tekrarlayın. Aradaki fark cihazın payıdır; ağ da hat uykusuna öncekiyle aynı sürede geçebilmelidir.
Montajcılar için yüksek gerilim sınırları
ISO 6469-3 ve BM/AEK 100 sayılı Regülasyon, yüksek gerilim sınıfı olan B gerilim sınıfını 60 V'un üzerinden 1.500 V DC'ye ya da 30 V'un üzerinden 1.000 V AC rms'ye kadar olarak tanımlar. Bugün binek otomobillerin çekiş bataryaları 400 V ya da 800 V sınıfındadır. Muhafaza dışındaki B sınıfı kablo ve kablo demetlerinin dış kılıfı turuncu olmak zorundadır; yüksek gerilim bileşenleri de uyarı etiketleri taşır. Yüksek gerilim sistemi şasiden yalıtılmıştır; R100, DC devreler için çalışma geriliminin volt başına en az 100 Ω, AC devreler için volt başına en az 500 Ω yalıtım direnci ister ve araç bu yalıtımı sürekli izler.
Kablo döşeme, delme ve yetkinlik
Çekiş bataryaları genellikle tabanı kaplar; yüksek gerilim kabloları da marşpiyeller, tünel ve alt şasi boyunca ilerler. Bu bölgelerde herhangi bir şey delmeden ya da sabitlemeden önce araç belgelerine bakmak gerekir. CAN bükümlü çiftlerini, hızlı anahtarlamaları güçlü elektromanyetik gürültü üreten yüksek gerilim kablolarından ve invertörlerden uzakta döşeyin ve bağlantı noktasına kadar büküm yapısını bozmayın. Yüksek gerilim sistemi ile şasi ya da düşük gerilim ağı arasında asla herhangi bir elektriksel bağlantı oluşturmayın. Yüksek gerilim sisteminin kendisi üzerinde çalışmak, ulusal kurallara göre özel bir yetkinlik gerektirir; örneğin Almanya'daki DGUV Information 209-093, temel farkındalıktan enerjili yüksek gerilim sistemleri üzerinde çalışmaya kadar kademeli seviyeler tanımlar. Yalnızca düşük gerilim tarafında çalışan montajcıların da sınırların nerede olduğunu bilmesi ve üreticinin ve işvereninin kurallarına uyması gerekir.
Elektrikli aktarma organlarının içindeki CAN
Elektrikli aktarma organlarının, araç kontrol ünitesini, BMS'yi, invertörü, DC-DC dönüştürücüyü ve araç üstü şarj cihazını birbirine bağlayan, genellikle EV CAN ya da hibrit CAN olarak anılan kendi ağları vardır; yeni platformlarda bunlar giderek CAN FD olarak tasarlanıyor. Batarya paketinin içinde hücre izleme üniteleri BMS ile çoğu zaman CAN yerine yalıtılmış zincir bağlantılar üzerinden haberleşir. Araç ile DC şarj istasyonu arasındaki bağlantı ise yine ayrıdır ve şarj sistemine bağlıdır:
Bu şarj bağlantıları, istasyon ile aracın şarj kontrolcüsü arasındaki noktadan noktaya bağlantılardır ve aracın iç ağlarından ayrılmıştır. Çin standardının J1939 mirasını SAE J1939 yazısında, aktarma organı ağlarının genel mimarideki yerini ise Araç ağ mimarisi yazısında anlatıyoruz.
Çekiş bataryası doluyken elektrikli otomobilin 12 V aküsü neden biter?
DC-DC dönüştürücü düşük gerilim aküsünü yalnızca yüksek gerilim sistemi bağlıyken şarj eder. Park halinde ve uykudayken her şey küçük düşük gerilim aküsünden beslenir; bu akü boşalırsa kontaktörler kapanamaz.
Elektrikli bir otomobilde 15 olarak işaretlenmiş bir sigortadan kontak sinyali alabilir miyim?
Kullanımın güvenilir bir göstergesi olarak alamazsınız. Bu tür beslemeler READY yerine ON'u izleyebilir ve şarj ya da ön iklimlendirme sırasında devreye girebilir. Amacınız için araç belgelerinin belirlediği beslemeyi kullanın.
48 V hafif hibrit, yüksek gerilimli bir araç mıdır?
Hayır. 48 V, 60 V DC'ye kadar olan A gerilim sınıfına girer. Ancak yüksek akımlar taşıdığı için kısa devreler ark, yanık ve yangına yol açabilir.
Elektrikli bir otomobilin ağlarının uykuya geçmesi ne kadar sürer?
Markaya, donanıma ve aracın o an ne yaptığına bağlıdır. Kilitledikten sonra birkaç dakikadan yarım saatin üzerine kadar bir süre bekleyin; şarj, ön iklimlendirme ya da ısıl yönetim etkinse süre daha da uzar.
Elektrikli bir otomobile 12 V'luk bir cihaz takmak için yüksek gerilim yetkinliği gerekir mi?
Yüksek gerilim bileşenleri üzerinde çalışmak bunu gerektirir. Yalnızca düşük gerilim tarafındaki işler genellikle gerektirmez; ancak yüksek gerilim sınırlarının nerede olduğunu bilmeniz, üreticinin prosedürlerine uymanız ve ulusal kurallara ve işvereninizin kurallarına uymanız gerekir.
