Şarjlı elektrikli araç

Şarjlı elektrikli araç (ŞEA), elektrik motorunu çalıştırmak ve tekerlekleri döndürmek için yerleşik şarj edilebilir batarya paketlerinde elektrik enerjisini depolamak için harici elektrik kaynağı (elektrik şebekesine bağlı duvar prizi gibi) kullanabilen kara aracı'dır. ŞEA, elektrikli araçların altkümesidir ve tam elektrikli/bataryalı elektrikli araçlar (BEA'lar) ve Şarjlı hibrit elektrikli araçları içerir.

İlk seri üretim şarjlı elektrikli araçların satışı Aralık 2008'de şarjlı hibrit BYD F3DM'nin piyasaya sürülmesiyle başladı ve ardından Temmuz 2009'da tamamen elektrikli Mitsubishi i-MiEV ile devam etti ancak küresel perakende satışlar yalnızca Aralık 2010'da seri üretim tam elektrikli Nissan Leaf ve şarjlı hibrit Chevrolet Volt'un piyasaya sürülmesinden sonra ilgi gördü.

Şarjlı elektrikli otomobillerin, geleneksel içten yanmalı motor araçlara kıyasla çeşitli avantajları vardır. Tam elektrikli araçlarının daha az işletme ve bakım masrafı vardır ve tamamen elektrik modundayken çok az hava kirliliği yapar, böylece (elektrik kaynağına bağlı olarak) fosil yakıt'lara toplumsal bağımlılığı ve büyük ölçüde azalan sera gazı emisyonlarını azaltır ancak şarj yakıt ikmalinden daha uzun sürer ve aracın çalışır durumda kalması büyük ölçüde yeterli şarj altyapısına bağlıdır.

Şarjlı hibrit araçlar, genelde daha kısa tam elektrikli menzile sahip olmalarına rağmen, elektrik modunda çalıştıklarında elektrikli arabaların çoğu avantajını veren iyi bir ara seçenektir ancak mevcut elektrikli arabaların menzil kaygısını azaltmak için batarya zayıfken içten yanmalı motorunu (genellikle benzinli motoru) kullanarak geleneksel hibrit araç olarak sürülebilirler.

Otoyolda yasal şarjlı binek araç ve hafif ticari araç kümülatif küresel satışı eylül 2015'te 1 milyona, aralık 2018'de 5 milyona ve 2020'de 10 milyon birim dönüm noktasına ulaştı. Ancak yaşanan hızlı büyümeye rağmen 2020'nin sonunda dünya yollarındaki tüm binek araçların yalnızca %1'ini şarjlıydı ve bunun üçte ikisi saf elektrikli otomobillerdi.

2021'in 6. ayı itibarıyla Tesla Model 3 tarihte dünyanın en çok satan otobanda kullanılabilen şarjlı otomobili seçildi ve aynı zamanda dünya çapında 1.000.000 adetden fazla satış yapan ilk elektrikli otomobil oldu. Mitsubishi Outlander P-HEV, Ocak 2022'ye kadar yaklaşık 300.000 adetlik küresel satışla dünyanın tüm zamanların en çok satan şarjlı hibritidir.

2021, 12. ay itibarıyla, Çin 7,84 milyon adetle dünyanın en büyük karayolu yasal şarjlı binek otomobil stoğuna sahipti ve bu, dünyadaki şarjlı otomobil stokunun %46'sını temsil ediyordu. Avrupa 2021'in sonunda yaklaşık 5,6 milyon hafif hizmet şarjlı araba ve minibüsle ikinci sıradaydı ve küresel stoğun yaklaşık %32'sini oluşturdu. ABD kümülatif satışları aralık 2021'e kadar toplamda yaklaşık 2,32 milyon şarjlı arabaya ulaştı. 2021, 7. ayı itibarıyla Almanya, yollarda 1 milyon şarjlı araç kümülatif satışıyla Avrupa'nın önde gelen ülkesidir ve ayrıca 2019'dan beri kıta şarjlı araç satışlarına liderlik etmektedir. Norveç, dünyadaki kişi başına en yüksek pazar nüfuzlu ülkedir ve ayrıca 2021'de %86,2 yeni araba satışları ile dünyanın şimdiye kadar kaydedilmiş en büyük yıllık şarjlı araç pazar payına ulaştı.

Şarjlı elektrikli araç (ŞEA), elektrik şebekesinden şarj edilebilen batarya paketleri olan motorlu taşıttır ve araçta depolanan elektrik aracın tekerleklerini döndürmek için kullanılır. Şarjlı araçlar bazen şebeke özellikli araçlar (GEV) olarak da adlandırılır ve Avrupa Otomobil Üreticileri Birliği (ACEA) bunları şarjlı araçlar (ECV) olarak adlandırır.

ŞEA, elektrikli araçların alt kategorisidir ve bataryalı elektrikli araçlar (BEA'lar), şarjlı hibrit araçlar (PHEV'lar) ve hibrit elektrikli araçlar ve geleneksel içten yanmalı motor araçların elektrikli araç dönüşümlerini kapsar. Geleneksel hibrit elektrikli araçlar (HEV'ler), içten yanmalı motor ve rejeneratif frenleme gücüyle sürekli olarak yeniden doldurulan bataryaya sahip olsa da, bunlar bir araç dışından şarj edilemez elektrik enerji kaynaklıdır ve bu nedenle şarjlı araçlar kategorisine ait değildirler.

"Şarjlı elektrikli tahrikli araç", ABD federal mevzuatında batarya boyutuna ve bunların tamamen elektrikli menziline bağlı olarak federal vergi kredilerine uygun motorlu taşıt kategorisini belirlemek için kullanılan yasal terimdir. Bazı Avrupa ülkelerinde, özellikle Fransa'da, "elektrikli şarjlı araç", bu teşviklerden yararlanabilecek araçları belirtmek için kullanılan resmi terimdir.

"Şarjlı elektrikli araç" terimi çoğunlukla otomobiller veya "şarjlı arabalar" anlamına gelse de akülü üniteler, elektrikli motosikletler ve scooterlar, mahalle elektrikli araçları veya mikro otomobiller, şehir içi arabaları, minibüsler, elektrikli otobüsler, elektrikli kamyonlar ve askeri araçlar dahil birçok şarjlı araç türünü kapsar.

ŞEA'ların avantajları şunlardır: iyileştirilen hava kalitesi, azalan sera gazı emisyonları, azalan gürültü ve bunların yanı sıra ulusal güvenliğe faydaları. Center for American Progress'e göre ŞEA'lar 2025 yılına kadar Paris Anlaşması kapsamında ABD'nin sera gazı emisyonunu yüzde 26-28 oranında azaltma hedefine ulaşmaya yardım edecek teknoloji grubunun önemli bir parçasıdır.

Elektrikli otomobiller ve Plug-in hibritler tam elektrikli modda çalışırken, yerleşik güç kaynağından hiçbir zararlı egzoz borusu kirleticileri partiküller (is), uçucu organik bileşikler, hidrokarbonlar, karbon monoksit, ozon, kurşun gibi ve çeşitli azot oksitleri yaymaz. Ancak, İYM arabaları gibi elektrikli arabalar da fren ve lastiklerden çevreye partiküller yayar.

Aküleri şarj etmek için kullanılan elektriğin kaynağına bağlı olarak hava kirletici emisyonlar, baca gazlarından daha kolay yakalanabilecekleri üretim tesislerinin bulunduğu yere kaydırılır. Los Angeles, Méksiko City, Santiago, Şili, São Paulo, Pekin, Bangkok ve Katmandu gibi kronik hava kirliliği sorunları olan şehirler de zararlı emisyonları şehirlerin dışında bulunan elektrik üretim tesislerine kaydırarak yerel temiz hava avantajları elde edebilir.

Tam elektrikli modda çalışan şarjlı araçlar, yerleşik güç kaynağından sera gazları yaymaz ancak kuyudan tekerleğe değerlendirme açısından bakıldığında, elektrik üretimi için kullanılan yakıt ve teknolojiye de bağlıdır. Bu gerçek, şarjlı araçların uzun egzoz borusu olarak anılmıştır. ŞEA'ler için kuyudan tekerleğe neredeyse hiç emisyon olmaması veya sıfır emisyon olması için tam ömür döngü analizi açısından, bataryaları şarj etmek için kullanılan elektriğin rüzgar, güneş, hidroelektrik veya nükleer güç gibi yenilenebilir veya temiz kaynaklardan üretilmesi gerekir. İçten yanmalı motorun yardımıyla hibrit modda çalışan şarjlı hibrit elektrikli araçlar söz konusu olduğunda, egzoz borusu ve sera gazı emisyonları, daha yüksek yakıt ekonomisi nedeniyle geleneksel arabalara kıyasla daha azdır.

Potansiyel avantajın büyüklüğü, üretim kaynaklarının karışımına bağlıdır ve bu nedenle ülkeye ve bölgeye göre değişir. Örneğin, elektriğinin çoğu nükleer santraller tarafından üretildiğinden Fransa elektrikli ve şarjlı hibritlerden önemli emisyon faydaları elde edebilir; benzer şekilde Kanada'nın çoğu bölgesi, üretim noktasında hiç veya çok düşük emisyona sahip olan hidroelektrik, nükleer veya doğalgazla elektrik sağlanır ve enerjinin çoğunun doğal gaz, hidroelektrik ve nükleer santrallerden sağlandığı Kaliforniya eyaleti de önemli emisyon avantajları sağlayabilir. Rüzgar türbinleri gibi düşük karbon kaynakları üretim karışımına hakim olduğundan Birleşik Krallık da ŞEA'lardan yararlanma konusunda önemli potansiyeli vardır. Ancak etkileri küresel olduğu için sera gazı emisyonu düşünüldüğünde tesislerin yeri önemli değildir.

Kullanım ömrü sera gazı emisyonlarının hesaplanması karmaşıktır ancak içten yanmalı motora sahip arabalarla karşılaştırıldığında genellikle EA batarya araç üretimi sırasında daha yüksek emisyonlara neden olurken bu fazla karbon borcu birkaç aylık sürüşten sonra geri ödenir.

İçten yanmalı motorlar enerjinin çoğunu ısı olarak ve geri kalanını motor rölantideyken boşa harcadıklarından, yakıt enerjisini itme gücüne dönüştürmede nispeten verimsizdirler. Elektrik motorları ise depolanan enerjiyi aracı sürmeye dönüştürmede daha verimlidir. Elektrikli tahrikli araçlar dururken veya seyir halindeyken enerji tüketmez ve modern şarjlı arabalar, rejeneratif frenleme yoluyla frenlemede normalde kaybedilen enerjinin beşte biri kadarını yakalayıp yeniden kullanabilir. Genelde, geleneksel benzinli motorlar, aracı hareket ettirmek veya aksesuarlara güç sağlamak için yakıt enerjisinin yalnızca %15'ini etkili şekilde kullanırken, dizel motorlar %20'lik yerleşik verimliliğe ulaşabilir, elektrikli tahrik araçların araç içi verimlilikleri ise yaklaşık %80 civarındadır.

Tam elektrikli ve şarjlı hibrit araçların içten yanmalı araçlara kıyasla daha az bakım maliyeti vardır çünkü elektronik sistemler geleneksel araçlardaki mekanik sistemlerden çok daha az arızalanır ve elektrik motorunun daha iyi kullanılması nedeniyle arabadaki daha az mekanik sistem daha uzun süre dayanır. ŞEA'lar yağ değişimi ve diğer düzenli bakım kontrolleri gerektirmez.

Pek çok gelişen ülke ve özellikle fakir Afrika ülkeleri için petrol ithalatının hükûmet bütçesinde olumsuz etkisi vardır ve ticaret hadlerini kötüleştirip ödemeler dengesini tehlikeye atarak tümü ekonomik büyümeyi azaltırlar.

İçten yanmalı motor araçların elektrikli arabalar ve plug-in hybrit ile kademeli olarak değiştirilmesiyle elektrikli araçlar, ithal petrolde daha çok esnek enerji kaynağı geliştirilmesine katkıda bulunmanın yanı sıra ulaşım sektörünün bağımlılığını azaltmaya da önemli katkıda bulunabilir.

2020 itibarıyla şarjlı araçlar, Lityum iyon batarya paketinin ek maliyeti nedeniyle geleneksel içten yanmalı motorlu araçlara ve hibrit elektrikli araçlara kıyasla çok daha pahalıdır. Batarya teknolojisindeki ilerlemeler ve daha büyük üretim hacimleri sayesinde maliyet düşüşleri, şarjlı araçların geleneksel içten yanmalı motorlu araçlarla daha rekabetçi olmasını sağlayacaktır.

Bloomberg New Energy Finance (BNEF), batarya maliyetlerinin, 2022 yılına kadar, çoğu ülkede devlet sübvansiyonu olmayan elektrikli araçların içten yanmalı motorlu arabalar kadar uygun fiyatlı olacağı sonucuna varmıştı. BNEF, 2040 yılına kadar uzun menzilli elektrikli arabaların 2016 yılının doları cinsinden ifade edilen 'den daha ucuza mal olacağını tahmin etmektedir. BNEF, elektrikli araba akü maliyetlerinin 2030 yılına kadar kWh başına 'nin çok altında olmasını ve sonrasında yeni kimyasallar kullanıma sunuldukça daha da düşmesini beklemektedir.

Fişle şarj işleminin gece boyunca evde yapılabileceğine dair yaygın varsayıma rağmen, şehirlerde, apartmanlarda, yurtlarda ve kasaba evlerinde yaşayanların garajları veya mevcut elektrik prizli yolları yoktur ve şarj altyapısı geliştirilmedikçe fişli elektrikli araç satın alma olasılıkları daha azdır. Bu potansiyel kullanıcıların PHEV'lerden (Şarjlı Hibrit Elektrikli Araç) tam yararlanabilmeleri için, EV'ler (Elektrikli Araç) söz konusu olduğunda, genellikle menzil kaygısı denilen, bataryaların hedeflerine ulaşmadan önce enerjisinin bitmesi korkusundan kaçınmak için ikamet ettikleri yerlerin yakınında, ticari veya halka açık otoparklarda, sokaklarda ve işyerlerinde şarj prizleri veya şarj istasyonları gereklidir. Ev sakinlerinin bile ofiste şarj etmesi veya alışveriş merkezlerinde fırsat şarjından faydalanması gerekebilir. Ancak bu altyapı henüz yoktur ve hem özel sektör hem de kamu sektörü tarafından yatırım yapılmasını gereklidir.

Better Place şirketi tarafından menzil kaygısı ve elektrikli araçlar için şarj altyapısı eksikliği sorunlarını çözmek için farklı bir yaklaşım geliştirildi ancak 2010'larda Amerika Birleşik Devletleri'nde başarılı olamadı. 2020'den itibaren batarya değişimi Çin'de vardır ve diğer ülkeler için de planlanmıştır.

Mevcut alçak voltajlı şebekesi ve özellikle yerel trafo'lar, şarjlı otomobil yoğunluğunun yüksek olduğu belirli alanlarda gerekli olabilecek ek elektrik güç yükünü kaldıracak kapasiteye sahip olmayabilir. Elektrikle çalışan bir arabanın şarjı, tipik bir eve göre üç kat daha fazla elektrik tüketebileceğinden aynı mahalledeki birkaç araç aynı anda şarj edildiğinde veya normal yazın tepe yüklerinde aşırı yükleme sorunları ortaya çıkabilir. Bu tür sorunlardan kaçınmak için kamu hizmetleri yöneticileri, araç sahiplerine araçlarını şebeke yükünün daha az olduğu geceleyin şarj etmelerini veya talebi kontrol etmeye yardımcı olan daha akıllı elektrik sayaçlarını kullanmalarını tavsiye etmektedir.

Şarjlı araçların pazar nufuzu önemli seviyelere ulaşmaya başladığında, şebeke aşırı yükünden kaynaklanan elektrik kesintilerini önlemek için şarjla ilgili ek yükleri idare etmek amacıyla kamu hizmetleri yerel elektrik şebekelerine yönelik iyileştirmelere yatırım yapmak zorunda kalacaktır. Ayrıca bazı uzmanlar, kamu hizmetlerinin günün saatine göre değişken tarife oranlarını uygulayarak şarjlı araç sahiplerini ücretlerin çoğunlukla daha az olduğu geceleri şarja teşvik edebileceğini öne sürmektedir.

2014'ten 2019'a kadar olan beş yılda, EV'lerin sayısı ve menzili arttı ve oturum başına güç tüketimi ve enerji ikiye katlandı. Şarj işlemi gece yarısından sonra arttı ve akşamın erken saatlerindeki yoğun saatlerde azaldı.

Elektrikli otomobiller ve plug-in hibritler, tam elektrikli modda düşük hızlarda çalışırken, içten yanmalı motorla çalışan araçlara kıyasla daha az yol gürültüsü çıkarır, böylece zararlı gürültü sağlık etkilerini azaltılır. Ancak kör insanlar veya görme engelliler, içten yanmalı motorların sesini karşıdan karşıya geçerken yararlı yardımcı olarak görürler, bu nedenle şarjlı arabalar ve geleneksel hibritler düşük hızlarda çalışırken beklenmedik bir tehlike oluşturabilir. ABD'de yapılan birkaç deney, elektrikli modda çalışan araçların altında duyulması özellikle zor olabileceğinden sadece görme engelliler için değil her tür yol kullanıcısı için geçerli bir endişe olduğunu göstermiştir. Daha yüksek hızlarda lastik sürtünmesinin yarattığı ses ve aracın yer değiştirdiği hava yeterli derecede işitilebilir ses çıkarmaya başlar. Bu nedenle, 2010'larda birçok ülkede düşük hızlarda uyarı seslerini zorunlu kılan yasalar çıkarıldı.

Lityum-iyon piller aşırı ısınırsa veya aşırı şarj edilirse termal kaçak olup hücre parçalanabilir ve aşırı durumlarda bu yanmaya yol açabilir. Yeniden tutuşma, yangın söndürüldükten günler veya aylar sonra olabilir. Bu riskleri azaltmak için, lityum-iyon pil paketleri, voltajı güvenli aralığın dışında olduğunda pili kapatan arıza korumalı devre içerir.

2008 yılında seri üretim şarjlı araçların piyasaya sürülmesinden bu yana birkaç şarjlı araç yangın olayı oldu. Bunların çoğunun nedeni, lityum iyon pillerle ilgili termal kaçak'lardı.

General Motors, Tesla ve Nissan kaza yapan elektrikli aracı uygun şekilde kullanmak, aküsünü ve diğer yüksek voltaj sistemlerini güvenli şekilde devre dışı bırakmak için itfaiyeciler ve ilk müdahaleciler için bir kılavuz yayınladı.

Tesla Model 3, 2020'nin başlarında Nissan Leaf'i geride bırakarak dünyanın tüm zamanların en çok satan elektrikli otomobili oldu<> ve haziran 2021'de dünya çapında 1 milyon adet satan ilk elektrikli otomobil oldu. Model 3, 2018'den 2021'e kadar dört yıl üst üste dünyanın en çok satan şarjlı elektrikli otomobili oldu. Amerika Birleşik Devletleri, tahmini 395.000 adet satışla lider pazardır onu her ikisi de aralık 2020'ye kadar teslim edilen 180.000'den fazla birim ile Avrupa pazarı takip eder. Model 3, 137.459 adet satışla 2020'de Çin'de en çok satan şarjlı otomobil oldu. İkinci sırada şubat 2022'ye kadar 577.000 adetlik başlangıcından bu yana kümülatif küresel satışla Nissan Leaf vardır. 2021, 9. ayı itibarıyla Avrupa, 208.000'den fazla satışla en büyük pazar olarak listelendi bu toplam satışın 72.620 adedi Avrupa'nın önde gelen ülke pazarı Norveç'te gerçekleşti. 2021'in 12. ayı itibarıyla ABD satışları aralık 2021'e kadar toplam 165.710 adet ve Japonya'da 157.059 adet oldu.

Avrupa'nın tüm zamanların en çok satan tamamı elektrikli hafif ticari aracı, kasım 2020'ye kadar 57.500'den fazla küresel satışla Renault Kangoo Z.E.'dir.

Aşağıdaki tablo ilk modern üretim tam elektrikli otomobil olan Tesla Roadster'ın 2008'de ve Aralık 2021 arası satışlarını göstermektedir. Tablo, kümülatif satışı yaklaşık 200.000 adet veya üzeri tam elektrikli binek arabaları ve ticari minibüsleri içerir.