EV Elektrikli Araçlarda Sigorta Seçim Rehberi

EV elektrikli araçlarda sigorta seçim rehberi ile sigorta seçimi yapılırken, çeşitli ortam faktörleri, sigortanın kullanılacağı EV sistem tasarımı, sistemdeki diğer devre elemanları gibi kritik durumlara dikkat edilmelidir. Böylece EV elektrikli araç sistemine uygun bir sigorta seçimi ile güvenli bir sistemi elde etmek mümkündür.

EV Elektrikli Araç Uygulamalarında Genel Sigorta Standartları:

EV elektrikli araç sigortalarının düşük gerilim sigortalarından otomotiv sigortalarına kadar sağladığı ilgili standartlar şu şekildedir:

• AEC-Q200
• JASO D622 – Japan
• SAE J2781
• ISO 8820-1
• ISO 8820-8/GB/T31465-6
• UL248-20

Ayrıca EV elektrikli araç sigortalarının, geleneksel düşük gerilim sigortalarının ve otomotiv sigortalarının aşağıdaki değerlerini genel olarak karşılayan teknik bir yapısı vardır.  

Geleneksel düşük voltaj sigortalarında;

• Yüksek gerilim değerleri 400V – 750V arasındadır.
• 800A’e varan yüksek akım değerleri görülmektedir.

Tipik Otomativ Çalışma Koşullarında ise sigortalarda;

• Spesifik otomotiv işlemleri (marşlama veya motor durdurma vs)
• Akım darbeleri
• Sıcaklık veya Nem oranları
• Titreşim
• DC, düşük zaman sabiti (grafiksel değerlerde artan veya azalan fonksiyon genliklerinin artış ve azalış hızını gösteren sabit)

Gibi durumlar ölçülmektedir.

Anahtar terimler: Termal şok, Mekanik titreşim/şok, Yüksek ani dayanım (özellikle yardımcı elektriksel sistemlerde)

EV Güç Devresi Yapısı

EV Elektrikli Araçlarda Sigortanın Bağlı Olduğu Devre Elemanları Şu şekilde Çeşitlilik Gösterir;

Batarya Paketi İçerisinde;

• BMS: BMS voltaj sinyalinin örnekleri (aktif denge durumu ya da pasif denge durumu)
• Batarya paketinden çıkan güç (ya da Ana Devre Gücü) (MSD “ana kartlar” aracılığıyla)

Gibi çeşitli işlemler yürütülmektedir.

 PDU (Protokol Veri Birimi);

• Ana Devre kontrolü burada sağlanır.
• Birime yardımcı devre elemanları bağlıdır: A/C, DC/DC, pompalar ya da PTC/ısıtıcı gibi.
• Şarj devresi bulunmaktadır: sistemi hızlı şarj etmeye yarar.

Düşük Gerilim Devresi: Geleneksel otomotiv sigortalarda olduğu gibi 32 V ve aşağısı değerler içindir.

Yerleşik Şarj Cihazı: AC ve DC girişler için koruma sağlanmaktadır.

Bir EV sistemdeki basit gereksinimler ise şu şekildedir;

Nominal Gerilim Değerleri:

• Sigortanın nominal gerilim değerleri sistem gerilim değerinden daha yüksek olmalıdır.  
• DC devre için DC sigorta tercih edilmelidir.

Nominal Akım Değerleri:

• Nominal akım, izin verilen maksimum devamlı akım değerlerine göre hesaplanmalıdır.
•  EV uygulama çarpanları (formülasyon işlemleri) göz önünde bulundurulmalıdır.

Sisteme Uygun Boyut ve Kurulum:

• Normalde cıvatalı terminaller kullanılır.

Uygulama Esnasında Kullanılması Gereken Formül ve Birimler Şu Şekildedir;

Sigorta Amper Değerinin Belirlenmesi

Ortam Sıcaklığı Faktörü

Kt: Ortam sıcaklığı düzeltme katsayısı

Sigortanın sıcaklığı yeniden değerlendirmesi, sigorta akım taşıma kapasitesi ile ilgilidir. Buradaki esas nokta, sigortanın içerisinde yer alan materyalin sıcaklığını kontrol edebilmektir. Ayrıca ortam sıcaklığı arttıkça sigorta, daha sıcak ortamda işlem yürütecektir. Böyle bir ortamda çalışmakta olan sigortanın kullanım ömrü yüksek ortam sıcaklığından dolayı azalacaktır. Daha düşük ortam sıcaklıklarında çalışmakta olan sigortalarda ise kullanım ömrü uzun vadede artmaktadır. Ortam sıcaklık faktörü ise sigortaların olabilecek en verimli bir şekilde çalışabilmesi için gerekmektedir.

Ortam sıcaklığının yeniden derecelendirme eğrisi örneği

Soğutma Faktörü

Kv: Soğutma düzeltme katsayısı

Aşağıdaki eğri, sigortadaki soğutma katsayısının etkisini göstermektedir.

Termal Bağlantı Faktörü

Ke: Termal bağlantı katsayısı

Sigortaların bağlantısının sağlandığı nominal busbarlarda akım yoğunluğu 1.3 A/mm² (IEC 60269 Part 4’te tanımlanan 1.0 ile 1.6/mm² arasında olmalıdır.). Eğer busbar bu değerden fazla akım yoğunluğuna sahip olursa, sigorta çalışma değerleri düşürülmelidir.

Frekans Faktörü

 Kf: Frekans düzeltme katsayısı

Dikkat: DC akım için değildir.

Yükseklik Faktörü

Ka: Yükseklik düzeltme katsayısı

Sigortalar yüksek irtifalarda kullanıldığında, düşük yoğunluktaki atmosfer, sigortadaki soğutma etkisini azaltmaktadır. Bu sebeple, soğutma etkisinin değerini sabit tutabilmek için 2000m ve üzeri rakımlarda kullanılan sigortalarda, Yükseklik düzeltme katsayısı (Ka) uygulanmalıdır.

Bütün uygun faktörlerin uygulandığı aşağıdaki örnek hesaplamada, elde edilen sonuç şu şekilde olmaktadır;

In≥ Ib/(Kt x Ke x Kv x Kf x Ka ) , In ≥1.56 Ib

Bu bilgiler doğrultusunda:

Kt: Batarya paketinin kontrol edildiği sıcaklık değeri 60 °C’dir. Bundan dolayı Kt=0.8’dir.

Ke: Maliyet düşünüldüğünde, 1.3A/mm² müşteri tarafından tercih edilen bir seçenek değildir. Birçok müşteri geribildirimi sonucunda Ke değerinin “0.8” olmasına karar verilmiştir. (Ke=0.8)

Kv: EV elektrikli araç uygulamaları için soğutma bulunmamaktadır, Kv=1.0

Kf: DC akımda, Kf=1.0’dır.

Ka: Gerçek bir uygulamada, sigorta kurulumu IPX7 standartını karşılayabilecek bir ortama yapılacaktır; bu durumda da Ka değeri 0.95 ile 1.0 arasında seçilmesi gerekmektedir.

Sigortanın küçük ve kapalı bir alana kurulduğu düşünüldüğünde, ekstra bir Ke (Termal bağlantı katsayısı) kullanılmalıdır. Bu Ke katsayısının değeri ise 0.8’dir.

Sonuç olarak In ≥ 1.953 Ib değeri elde edildi. Bu değer, normal EV elektrikli araç uygulamasında, ilk aşamada sigorta değerlendirmesi yaparken 2xIb değerinin kullanılabileceği anlamına gelmektedir.

Sistem Optimizasyonu

EV elektrikli araç kullanım halindeyken, elektrikli aracın hızı, toplam kütlesi, araçtaki ivmelenme, yavaşlama veya yokuş tırmanma gibi durumlar sistemdeki anlık akımın sürekli olarak değişmesine sebep olmaktadır. Bahsedilen akım değişimleri aşağıda gösterilmektedir.

Bu sebeple sigortanın taşımakta olduğu akım değerini tespit etmek oldukça zordur. Dolayısıyla akım katsayısının 0.35-0.5(0.35<Ib/<0.5) değerlerinde olması önerilmektedir.

Özel bir uygulamada, ilk adım olarak, araç üreticisinin aşağıdaki durumları göz önünde bulundurması ve sistem dizaynında test etmesi gerekmektedir:

• Sistem Güvenliği: Kısa devre durumunda, sigorta akımı keserek, batarya paketini veya kabloları herhangi bir yanma durumuna karşı koruyabiliyor mu? Eğer sigorta aşırı yük koruması için tasarlanmamışsa, sistem güvenliği sağlanabilir mi?
• Termal Durum: Sigortadaki sıcaklık artışı kabul edilebilir değerde mi?
• Esneklik ve Maliyet: Sigortanın çalışabildiği herhangi bir koşulda, bakım maliyetleri kabul edilebilir değerde mi?
• Sistem Kapasitesi: Sigorta seçimi yapılmadan ve seri üretime geçilmeden önce, bütün nitelikleri sağlayabilecek bir elektrikli aracın kullanılması tavsiye edilmektedir.

EV Elektrikli Araçlar Uygulamalarında Sigortanın Geleceği

EV elektrikli araçlarda sigorta için standartlaştırılmış bir batarya paketi tasarımında istenilen noktaya henüz ulaşılamadı. Bunun başlıca sebeplerinden biri, düşük hızdaki golf aracı veya normal bir ulaşım aracı gibi farklı EV elektrikli araç uygulamalarında sistem dizaynının oldukça farklılık göstermesidir. Mevcut durumda iki farklı sistemde aynı batarya paketinin kullanılması sonucunda, bağlı sigortalarda kritik arızalar meydana gelecektir.

EV elektrikli araçlarda hedeflenen diğer bir nokta ise hızlı şarj sistemidir. Normalde sistemdeki akım değişimi, nominal akım değerinden oldukça fazladır. Bu durumda sigorta, nominal akım değerini değil, değişen akım değerini baz alarak devam edecektir. Böyle bir işlem sonucunda da çalışan bir aracın korunmasında birtakım güvenlik açıkları meydana gelecektir.

EV elektrikli araçların seri üretiminde, sistemdeki kritik arızaları engellemek için EV uyumlu sigorta tasarımının yapılması gerekmektedir. Ayrıca UL için bir UL248-20 standartı taslak olarak hazırlanmıştır. Daha fazla teknik detay bu taslak üzerinden  sigorta üreticisi ve EV elektrikli araç üreticisi tarafından belirlenmelidir. Bu sayede EV Elektrikli Araçlarda Sigorta tercihi doğru bir şekilde yapılabilir.