Elektrikli Araç Şarj İstasyonlarının Araç OBC Üzerindeki Etkileri: Olası Zarar Mekanizmaları ve Önleyici Yaklaşımlar
Ahmet BİRLEŞTİRİCİ / Head of EV Technologies – ORGE
Özet
Elektrikli araçların (EV) yaygınlaşması, şarj altyapısının güvenliğini kritik bir konu hâline getirmiştir. Bu makalede, AC tip şarj istasyonlarının araç içi şarj sistemleri olan On-Board Charger (OBC) birimleri üzerindeki potansiyel olumsuz etkileri incelenmiştir. Gerilim dalgalanmaları, harmonik bozulmalar, topraklama hataları ve haberleşme senkronizasyon problemleri OBC devrelerinde aşırı ısınma, izolasyon yıpranması ve elektronik bileşen arızalarına yol açabilmektedir. Çalışmada ayrıca bu tür zararların önlenmesi için istasyon ve araç tarafında alınması gereken mühendislik tedbirleri önerilmektedir.
Anahtar Kelimeler: Elektrikli araç, OBC, şarj istasyonu, IEC 61851, ISO 15118, EMC, harmonik bozulma.
1.Giriş
Elektrikli araçlarda enerji dönüşümünün kalbinde yer alan On-Board Charger (OBC), şebekeden gelen AC akımı bataryaya uygun DC seviyesine çevirir. Bu dönüşüm süreci sırasında OBC, hem şebeke kaynaklı hem de şarj istasyonu kaynaklı kalite bozulmalarına karşı hassas bir bileşendir. Özellikle standartlara uygun olmayan istasyonlar, OBC devrelerinde ısıl stres, yarı iletken bozulması ve haberleşme kesintileri gibi sorunlara neden olabilir.
2.OBC’nin Çalışma Prensibi
Bir OBC tipik olarak şu alt bileşenlerden oluşur: Giriş filtresi, EMI bastırma devresi, PFC (Power Factor Correction) katı, DC/DC dönüştürücü, izolasyon ve haberleşme arabirimleri (CP, PP, PLC). OBC, IEC 61851-1 ve ISO 15118 standartları doğrultusunda çalışarak hem şarj güvenliğini hem de enerji kalitesini sağlar. Ancak bu standartlar dışındaki sistemlerle etkileşim, OBC’nin termal ve elektriksel dengesini bozabilir.
3.Şarj İstasyonu Kaynaklı OBC Hasar Mekanizmaları
3.1 Gerilim Dengesizlikleri ve Pikler — Trifaze şarj istasyonlarında fazlar arası gerilim farkı 10 V’u aştığında, OBC’nin girişinde asimetrik akım çekişi oluşur. Bu durum PFC devresinde MOSFET/IGBT aşırı ısınması ve kondansatör ömrünün azalmasına yol açar.
3.2 Harmonik Bozulmalar ve EMC Gürültüsü — IEC 61000-3-2 standardına uygun olmayan şarj üniteleri yüksek frekanslı harmonikler üretir. Bu harmonikler, OBC kontrol kartındaki referans sinyallerine karışarak yanlış tetikleme ve düşük verim yaratabilir.
3.3 Topraklama ve İzolasyon Problemleri — Zayıf veya hatalı topraklama, araç gövdesiyle istasyon arasında potansiyel fark oluşturur. Bu fark, izolasyon izleme sisteminin sürekli hata üretmesine ve şarj işleminin kesilmesine neden olabilir.
3.4 İletişim Hataları (CP/PP/PLC) — OCPP veya ISO 15118 protokollerindeki senkronizasyon hataları, akım sınırlama ve kesme döngülerini dengesiz hâle getirir. Bu durum OBC röle ömrünü kısaltır, hatta yazılım reset’lerine neden olabilir.
4.Deneysel ve Saha Gözlemleri
Literatürde, özellikle düşük kaliteli AC istasyonlarda OBC arızalarının daha sık görüldüğü rapor edilmiştir. Örneğin: zayıf kontaklı soketlerde ısı artışı sonucu OBC giriş akımı dalgalanmakta, yanlış faz sıralamasında OBC ani dur-kalk döngülerine girmekte, CP sinyali kararsız olduğunda ise yazılım watchdog tetiklenmektedir.
5.Koruma ve Önleme Yöntemleri
Şarj İstasyonu Tarafında: IEC 61851-1 uyumlu faz sırası kontrolü ve izolasyon ölçümü, sıcaklık sensörleriyle donatılmış tip-2 soketler, gerilim piklerini bastıran EMI filtreleri, OCPP 2.0.1 ile anlık hata raporlama altyapısı.
OBC Tarafında: MOV, NTC ve TVS kombinasyonlarıyla giriş koruma devreleri, adaptif PFC kontrol algoritmaları, haberleşme gürültü filtreleme yazılımları, yüksek sıcaklıkta otomatik akım azaltma modları.
Sonuç
OBC birimleri, elektrikli araçlardaki en karmaşık ve pahalı elektronik bileşenlerden biridir. Bu nedenle, şarj istasyonu kalitesi doğrudan OBC ömrünü belirler. Standartlara uygun olmayan istasyonlar, kısa vadede arıza riskini, uzun vadede ise performans kaybını artırmaktadır. OBC ve şarj altyapısının uyumlu çalışabilmesi için hem üreticiler hem de operatörler, IEC ve ISO standartlarını zorunlu test kriteri hâline getirmelidir.
Kaynaklar
IEC 61851-1: Electric Vehicle Conductive Charging System – Part 1: General Requirements.
ISO 15118-2: Road Vehicles – Vehicle to Grid Communication Interface.
SAE J2894-1: Power Quality Requirements for Plug-in Electric Vehicle Chargers.
TSE EN 62196-2: Plugs, Socket-Outlets, Vehicle Connectors and Vehicle Inlets –
Conductive Charging.
IEC 61000-4-5: Surge Immunity Test.
