Elektrikli Otomobillerde Sodyum Çağına Giriyoruz

Elektrikli otomobil: Kurşun yerine sodyum kullanan düşük voltajlı batarya seri üretime geçiyor.

1880'lerden beri endüstriyel olarak üretilen kurşun-asit batarya, otomotiv endüstrisinin başlangıcından beri tercih ettiği enerji depolama cihazı olmuştur. Modern elektrikli araçlardaki düşük voltajlı elektrik sistemlerine bile güç sağlar. Ancak, otomobilin doğuşundan beri, en modern araçlar da dahil, arızaların başlıca nedeni olarak ün salmıştır . Batarya teknolojisindeki gelişmeler, LFP bataryaları gibi modern bir alternatifin, ağırlık ve güvenilirlik dezavantajlarının üstesinden etkili bir şekilde gelebileceğini göstermiştir. Ancak bu piller pahalıdır. Kritik hammadde gerektirmeyen, daha ucuz ve daha güvenli araç içi bataryalar için yeni bir aday sodyum-iyon bataryadır.

Sodyum İyon Piller Kurşun Asit Pillerin Yerini Alıyor

Çinli batarya üreticisi Xupai, BAIC'in Arcfox markalı elektrikli araçlarını ilk kez düşük voltajlı elektrik sistemi için sodyum iyon bataryalarla donatıyor. Bu, sodyum iyon teknolojisini sadece elektrikli motorları besleyen çekiş bataryası olarak değil, aynı zamanda geleneksel 12 voltluk kurşun asit bataryaların yerine geçecek şekilde binek otomobillerin seri üretimine taşıyor.

Xupai'nin şirket web sitesinde belirttiği gibi , sodyum iyonlu düşük voltajlı bataryalar, araç elektrik sistemleri, kontrol üniteleri, bilgi-eğlence sistemleri ve sürücü destek sistemlerine güç sağlamak için yardımcı batarya olarak tasarlanmıştır. Şirket, çeşitli uygulamalar için farklı 12V, 24V ve 48V sodyum iyonlu bataryalar sunmaktadır: içten yanmalı motorlar için marş bataryası, start-stop sistemleri, hafif hibritler ve bataryalı elektrikli araçlarda yardımcı batarya olarak.

Kurşundan önemli ölçüde daha dayanıklı ve daha hafiftir.

Xupai'nin düşük voltajlı akülerinin teknik özellikleri dikkat çekici: 12 voltluk yardımcı versiyon için şirket, %100 deşarj derinliğinde 3.000'den fazla çevrim ömrü belirtiyor. Start-stop versiyonunun ise 180.000'den fazla çevrim ömrüne sahip olduğu söyleniyor. Xupai'ye göre, marş aküleri 500 ila 900 amper arasında marş akımı sağlıyor ve benzer kurşun-asit akülere göre yaklaşık %55 daha hafif. Tüm versiyonlarda CAN veya CAN-FD iletişimli bir BMS bulunuyor ve ASIL B fonksiyonel güvenlik seviyesini karşılayacak şekilde tasarlanmıştır.

Avrupa araçlarında yaygın olarak kullanılan geleneksel kurşun-asit AGM veya EFB aküler, yüksek deşarj derinliğinde genellikle yalnızca 200 ila 400 döngüye ulaşır ve sistem düzeyinde kilogram başına yaklaşık 30 ila 40 watt-saat enerji yoğunluğu sunar. Alman mühendislik hizmet sağlayıcısı IAV ve Çinli pil üreticisi HiNa'nın verilerine göre, düşük voltajlı sodyum-iyon aküler bunun iki ila üç katına ulaşarak kilogram başına yaklaşık 80 ila 110 watt-saat enerji yoğunluğuna ulaşır. Ortak bir projede, IAV, deşarj sırasında -40 ila +60 °C sıcaklık aralığında çalışan yalnızca 10 kilogram ağırlığında, 70 amper-saat ve 840 watt-saat kapasiteli 12V'luk bir prototip üretti.

Kurşun ve lityuma göre güvenlik avantajları

Güvenlik açısından sodyum iyon kimyası iyi performans gösterir; sodyum iyon hücrelerinde termal kaçış eğilimi, lityum NMC veya NCA kimyasına göre önemli ölçüde daha düşüktür. Altris gibi üreticiler "sıfır termal kaçış"tan bahseder. Kurşun asitli akülere kıyasla, sülfürik asit, korozyon ve aşırı şarj sırasında hidrojen gazı oluşumuyla ilgili riskler ortadan kalkar. Hücreler ayrıca Çin standardı GB/T-31485'e göre aşırı şarj direnci üzerinden test edilir. Entegre bir BMS, voltajı ve sıcaklığı izler ve kısa devre durumunda beslemeyi kontrollü bir şekilde kapatabilir. Xupai, akülerini yaygın standart boyutlarda tak ve çalıştır yedek parçalar olarak konumlandırır, bu nedenle aracın elektrik sisteminde herhangi bir değişiklik yapılması gerekmez.

BAIC ayrıca sodyum iyonlu çekiş bataryaları da planlıyor.

BAIC için araç içi elektrik sistemlerine geçiş görünüşe göre sadece bir başlangıç: Şirketin araştırma departmanı, kilogram başına 170 watt-saatten fazla enerji yoğunluğuna sahip, yaklaşık 11 dakikada şarj edilebilen ve büyük ölçüde 4C gibi yüksek bir şarj hızına sahip prizmatik bir sodyum-iyon pil geliştirdi . Bu teknoloji, Arcfox T1 modeli için çekiş bataryaları için tasarlanmıştır. Ayrıca BAIC, sodyum-iyon pillerle çalışacak 30.000'e kadar pil değiştirme istasyonundan oluşan bir ağ kurmayı planlıyor. Bununla birlikte, bireysel modellerin ötesinde yaygın seri üretim için resmi bir geliştirme planı henüz mevcut değil.

Çekiş gücü sektöründe sodyum iyon teknolojisi zaten daha gelişmiş durumda: CATL, seri üretilen ilk sodyum iyon tahrik bataryalı elektrikli otomobil olarak kabul edilen Changan Nevo A06 için Naxtra teknolojisiyle 45 kWh'lik bir batarya tedarik ediyor . CATL'ye göre, hücreler kilogram başına 175 watt-saate kadar verimlilik sağlıyor, -40 °C'de %90'ın üzerinde kalan kapasiteye sahip ve yaklaşık 15 dakikada %80'e kadar şarj edilebiliyor.

Avrupa pazarı için perspektifler

Avrupa'da da gelişmeler yaşanıyor: Çinli batarya üreticisi Camel Group, büyük bir Avrupalı ​​otomobil üreticisiyle ön geliştirme projesine 12 voltluk sodyum iyon bataryasını sağladı. Aynı zamanda, IEC (İrlanda Otomobil Komisyonu), 12 voltluk sodyum iyon start-stop bataryaları için uluslararası bir standart geliştirme çalışmalarını sürdürüyor. Dünyanın en büyük 12 voltluk batarya tedarikçisi Clarios da, orijinal ekipman ve satış sonrası pazarı için düşük voltajlı sodyum iyon bataryaları üzerinde çalışıyor.

Almanya, Avusturya ve İsviçre'deki bağımsız tamir atölyesi pazarı için, kurşun-asit bataryalardan sodyum-iyon bataryalara yaygın bir geçişin belirgin sonuçları olacaktır: Yeni teşhis cihazlarının CAN veri yolu üzerinden BMS tabanlı iletişimi desteklemesi gerekecek ve şarj cihazlarının kimyaya özgü şarj profillerine sahip olması gerekecektir. Önemli ölçüde daha uzun çevrim ömrü, değiştirme sıklığını azaltacak ve kurşun-asit bataryalar için geleneksel yedek parça işini küçültecektir. Sodyum-iyon batarya özelliklerine ve yeni standartlara ilişkin eğitim gerekli olacaktır

Quantinuum, Şimdiye Kadar Üretilmiş En Büyük Tuzaklanmış İyon Tabanlı Kuantum Bilgisayarını Tanıttı.

Quantinuum şirketi, 98 kübitlik bir kuantum bilgisayar olan Helios'u tanıttı. 

Helios,bugüne kadarki elektromanyetik olarak askıda tutulan tuzaklanmış iyonlara dayalı  en büyük sistemdir. Merkezi İngiltere'nin Cambridge şehrinde ve ABD'nin Broomfield kentinde bulunan şirket, daha önce 2023'te 32 kübit ve 2025'te 56 kübit içeren öncül sistemlerini sergilemişti.

Quantinuum şirketi, 98 kübitlik bir kuantum bilgisayar olan Helios'u tanıttı

Sabit kablolu kuantum bitlerine sahip süper iletken kuantum bilgisayarların aksine , Helios, baryum iyonlarını sistem içinde fiziksel olarak hareket ettirir. Bu, ilk kez sistemin birden fazla işlemi ardışık olarak değil, eş zamanlı olarak işlemesine olanak tanıyan yeni, dört kollu bir kesişim yapısı sayesinde mümkün olmaktadır ki bu, verileri yalnızca tek bir çizgi veya döngü boyunca hareket ettirebilen daha önceki sistemlerin başaramadığı bir şeydir. Yeni donanım, iki boyutlu kesişim yapısı boyunca verileri hareket ettirmek ve işlemek için en hızlı yolu hesaplayan Helios Runtime adlı özel olarak geliştirilmiş kontrol yazılımıyla tamamlanmaktadır. Uzmanlara göre, bu iki unsurun birleşimi, kuantum bilgisayarların yapımında önemli bir mühendislik ilerlemesini temsil etmektedir. 

Klasik simülasyon yeteneklerinin ötesinde, ancak pratik bir kullanım alanı olmayan hesaplamalar 

Yeni mimarinin en önemli sonuçlarından biri, Helios'un, günümüzün en büyük süper bilgisayarlarında bile bilinen yöntemlerle makul bir sürede ve makul bir enerji tüketimiyle tekrarlanamayan hesaplamaları gerçekleştirebilmesidir. Bu, sistemin ve haleflerinin, klasik algoritmalar ve donanımların kendileri gelişmeye devam etse bile, klasik bilgisayarların işlem gücünü aşabileceğini göstermektedir. Bununla birlikte, şimdiye kadar gerçekleştirilen hesaplamalar yalnızca rastgele kıyaslama (benchmark) testleridir; bu nedenle bu gelişmenin pratik faydaları şimdilik sınırlıdır. En iyimser tahminlere göre bile, bilim ve endüstride gerçekten pratik hesaplamalar yapmak için kuantum bilgisayarların, yaklaşık bir milyon kübit mertebesinde, kat kat daha güçlü olması gerekecektir.

IPD (Akıllı Güç Cihazı) Diğer Adıyla Elektronik Şalter Nedir?

IPD nedir?

Bir IPD (Intelligent Power Device / Akıllı Güç Cihazı), dahili koruma devreleri bulunan yüksek performanslı bir yarı iletken şalterdir ve örneğin endüktif yüklerde ortaya çıkan enerjiyi absorbe edebilecek yapıdadır.

Bölgeye bağlı olarak IPS (Intelligent Power Switch / Akıllı Güç Şalteri), Smart Switch (Akıllı Şalter) veya High-Side/Low-Side Şalter olarak da adlandırılabilir.

IPD Özelliği 1 (MOSFET ile karşılaştırma)

Yarı iletken şalterler düşünüldüğünde akla ilk gelen bileşenler genellikle MOSFET'lerdir.

Ancak tek bir MOSFET şalter olarak kullanıldığında, bağlı devrede bir kısa devre meydana gelirse MOSFET'in kendisi arızalanabilir.

Buna karşılık IPD'ler; aşırı akıma ve ısınmaya karşı koruma sağlayan ve enerjiyi (örneğin endüktif yüklerden gelen enerjiyi) absorbe eden devrelere sahiptir. Bu sayede kısa devre gibi anormal koşullardan kaynaklanan arızalar oluşmadan şalter işlevselliğini sürdürebilirler.

Mosfet Tabanlı IPD Akıllı Güç Cihazı (Elektronik Şalter)

IPD Özelliği 2 (Sigortalar ile karşılaştırma)
Sigortalar, aşırı akıma karşı koruma sağlayan bileşenlerdir.
Mekanik sigortalar, aşırı akım durumunda devreyi açarak akım akışını durdurur. Ancak normal çalışmaya devam edebilmek için değiştirilmeleri gerekir.
Bir IPD, yarı iletken sigorta olarak kullanıldığında, bileşen aşırı akım gibi anormallikleri algılar ve akım akışını keser. Ayrıca (örneğin MCU'ya) bildirim gönderme işlevine de sahiptir; bu özellik arıza nedeninin analizinde etkili olabilir. Bunun yanı sıra IPD'ler kendiliğinden sıfırlanabilir (self-resetting) özelliğe sahiptir, bu nedenle değiştirilmelerine gerek yoktur.

IPD Özelliği 3 (Mekanik röle ile karşılaştırma)
Röleler, harici bir sinyal yardımıyla elektrik devrelerini AÇMA/KAPAMA işlevi gören bileşenlerdir.
Mekanik röleler mekanik kontaklara sahip olduğundan, ömür ve güvenilirlik açısından endişeler söz konusudur. Ayrıca röleler, anahtarlama sırasında genellikle mekanik bir ses üretir.
Buna karşılık IPD kullanan yarı iletken röleler mekanik kontaklara sahip değildir; bu da daha uzun ömür, daha yüksek güvenilirlik ve daha sessiz çalışma sağlar. Ayrıca gövdesi küçük ve hafiftir ve reflow lehimleme ile monte edilebilir. IPD, açma/kapama röle işlevinin yanı sıra aşırı akımı algılayan bir koruma özelliğine de sahiptir