Günümüz ve geleceğin ulaşım aracı seçenekleri arasında en üst sırada yer alan elektrikli araç teknolojileri artan ihtiyaçlar doğrultusunda her geçen gün gelişiyor. Bu durum farklı ihtiyaçlar ve temel tasarım ilkelerinden yola çıkılarak çeşitli elektrikli araç teknolojilerinin üretilmesini sağlıyor. Karabük Üniversitesi Teknoloji Fakültesi’nden Yüksek Lisans öğrencisi Kaan Karaoğlu ve Prof. Dr. Raif Bayır tarafından gerçekleştirilen “Elektrikli Araç Kablosuz Şarj Sistemleri İçin Kartezyen Robot Tasarımı” adlı çalışmada tam otonom bir kartezyen robot yapısı kullanılarak elektrikli araçların en yüksek performans ve verim ile şarj edilebilmesi hedefleniyor. Çalışmaya göre kartezyen robot, statik kablosuz (sabit) şarj sistemlerinde rahatlıkla kullanılabilecek araç-makine haberleşmesi yapabiliyor. Yerin altına entegre edilen bu robot, kablosuz şarjın avantajlarını sunarken park esnasında hata payına da imkân tanıyarak elektrikli araç sürücülerinin işini kolaylaştırıyor.

Kaynak: Freepik

İnsan uğraşına gerek kalmıyor

Elektrikli araçlar enerji kaynağı olarak elektriğin kullanım derecesine göre; elektrikli, hibrit ve plug-in hibrit olarak üç sınıfa ayrılıyor. Elektrikli araçlar için şarj sistemleri ise oldukça önemli. Batarya değiştirme, kablolu şarj gibi yöntemleri arasında otonom olarak çalışabilmesi, soket ve bağlantılarda yıpranmaya sebep olmaması, elektriksel arızaların en aza indirilebilmesi ve kullanımının kolay olmasıyla kablosuz şarj sistemleri dikkat çekiyor. Elektrikli araç bataryasına güç aktarmak için elektromanyetik dalgalar kullanan bu sistemde otomobil şarj yuvasına park edildiğinde şarj işlemi otonom olarak başlıyor. Bu sayede fişler, prizler, yıpranmış-kirli kablolar, araçlardan sarkan kablolar nedeniyle oluşan riskler ortadan kalkıyor. Ancak kablosuz şarj sistemlerinin nispeten düşük verimlilik ve güç üretim karmaşıklığı, boyutu ve yeni altyapı maliyeti gibi dezavantajları da bulunuyor.

Düzce Üniversitesi 5. Uluslararası Mühendislik Araştırmaları Sempozyumu’nda sunulan çalışmada tasarlanan kartezyen robot sistemi tam otonom yapısıyla elektrikli araçları insan uğraşına gerek kalmadan şarj edebiliyor. Bu durum insan gücünden tasarruf sağladığı gibi aynı zamanda kablolu şarj bağlantılarında sıklıkla yaşanan soket ve diğer bağlantı elemanlarının arızaları gibi problemlerin de önüne geçilmesini sağlıyor. Ayrıca kartezyen robot yeraltında çalışacağından alan tasarrufu da sağlıyor. Çalışmada sistemin araç sirkülasyonunun yoğun olduğu ve insanların araç dışında zaman geçirdikleri iş yerleri, alışveriş merkezleri ya da resmî kurumlarınotopark alanları gibi alanlarda kullanıma uygun olacak şekilde tasarlandığı ifade ediliyor.

Kaynak: Freepik

Sistem verimliliği yüksek

Sabit şarj yöntemi olarak da bilinen statik kablosuz şarj yönteminde şebeke gücünden yerleşik batarya girişine kadar ölçülen şarj cihazının sistem verimliliği yüzde 85-93 arasında değişiyor. Fakat hava aralığının olduğu deneysel prototip sistemleri için verimlilik yüzde 95-98 olarak gözlemleniyor. Birincil bobin, güç dönüştürücüleri ile zeminin altına yerleştiriliyor. Alıcı bobin veya ikincil bobin normalde elektrikli araçların ön, arka veya ortasının altına monte ediliyor. Enerjinin AC-DC (Alternatif Akım- Doğru Akım) dönüşümü, güç dönüştürücüler vasıtasıyla yapılarak bataryaya aktarılıyor.



Çalışmada PPP tipi kartezyen robot kinematik yapısı kullanılıyor. Kartezyen robot platformu kinematik denkleme uygun bir şekilde geliştiriliyor. Kartezyen robot ile en uygun noktanın belirlenmesi işlemi, hall effect manyetik sensörden aktarılan veriler referans alınarak gerçekleştiriliyor. Yatay eksenlerde gidilen mesafenin ve konumun saptanması için ise lineer manyetik sensörler kullanılıyor.

Enerji kaybı en aza indiriliyor

Karaoğlu ve Bayır, sürücülerin park ederken boylamasına ortalama olarak 70 santimden fazla yanlış hizalama yaptığını ve sürücülerin yalnızca yüzde 5’inin ek yardım almadan kabul edilen yanlış hizalama sınırları içerisinde park edebildiğini aktarıyor. Yani elektrikli araç sürücüleri park esnasında gereken yüksek hassasiyeti sağlayamıyor. Bu nedenle çalışmada şarj edilmek üzere kartezyen robotun bulunduğu şarj istasyonu alanına park eden sürücülerin hatalı park etme durumları göz önünde bulunduruluyor. Kartezyen robot sistemi ile bu işlem sırasında yaşanan enerji kaybı minimuma indiriliyor. Kartezyen robot sistemi elektrikli araç sürücülerine yatay eksende 55 santim ve dikey eksende 55 santim olacak şekilde park alanı toleransı sağlıyor.

Kaynak Freepik

Şarj boyunca çalıştırılmamalı

Çalışmada geliştirilen sistem, x ve y eksenlerinde bulunan lineer manyetik şerit ve lineer manyetik sensörler vasıtası ile o an şarj pedinin bulunduğu konumu ve katettiği yolu tespit ederek, şarj istasyonu üzerine park etmiş durumda olan aracın altında bulunan araç ünitesi ile hizalamayı yapıyor. Araç ünitesinden alınan güncel şarj durumu, istenen şarj durumu ve aracın durağan olup olmadığı gibi veriler yer istasyonu biriminde işleniyor ve aracın şarj işlemi yapılıyor. Tüm robotun kontrolünü sağlayan bir temel kontrol birimi bulunuyor. Kontrol birimi araç ünitesinden ve manyetik sensörlerden gelen verileri işliyor ve motor sürücülerine gerekli hareket işaretlerini vererek şarj işlemini başlatıyor. İstenilen doluluk oranına ulaşıldığında şarj işlemi sonlanarak kartezyen robot başlangıç pozisyonuna dönüyor. Ancak şarj süresi boyunca aracın çalıştırılmaması gerekiyor. İşlem sırasında aracın çalışması halinde güvenlik tehdidi oluşmaması için şarj işlemi sonlanıyor.

Çalışmada kartezyen robot L7 Sınıfı olarak da bilinen hafif dört tekerlekli araç kategorisi göz önünde bulundurularak tasarlansa da sistem üzerinde yapılacak düzenlemeler ile farklı araç sınıfları için de üretilebileceği öngörülüyor.

#elektrik #araç #teknoloji #kablosuzşarj #kartezyen #robot