Elektrikli ağır vasıtalarda modüler batarya paket tasarımı, lityum iyon ve sodyum iyon bataryaların karşılaştırmalı performans analizi

Dünya’da her geçen gün karbon emisyonu artmaktadır. Fosil yakıt kullanan içten yanmalı motora sahip araçlar karbon emisyonu artışında etkili olmaktadır. Emisyondaki bu artış küresel ısınma gibi doğayı tehdit eden olumsuz durumlara yol açmaktadır. Bu sebeple Dünya genelinde içten yanmalı araçlara karşı çeşitli kısıtlamalar getirilmesi planlanmaktadır. Elektrikli araçlarda karbon emisyonu bulunmamaktadır. Bu sayede ulaşım sektörünün karbon emisyonundaki payının azaltılması ve hava kalitesinin iyileşmesi beklenmektedir. Ayrıca elektrikli araçların çok daha sessiz çalışması şehirlerdeki gürültü kirliliğinin azaltılmasında büyük bir rol oynamaktadır. Çöp kamyonu gibi özel sürüş çevrimlerine sahip ağır vasıtalar çok yüksek emisyona ve yakıt sarfiyatına sahiptir. İçten yanmalı motora sahip çöp kamyonu sürüş çevrimi incelediğinde motorun en verimsiz bölgede çalıştığı görülmektedir. Çöp kamyonları yapılan araştırmalarda kullanıldığı şehre göre de değişmekle beraber yaklaşık 5 km/h ila 20 km/h arasında ortalama hıza sahiptir. Bu da motor veriminin %5 ile %15 arasında olduğu bölgede çalışması demektir. Ancak elektrikli motorlarda verim içten yanmalı motorlara göre çok daha yüksektir. Elektrikli araçlar durduğu esnada enerji tüketmemektedir. Böylelikle sık dur kalk yapan, rölantide çalışma süresi uzun ve düşük hızlarda kullanılan çöp kamyonu gibi özel sürüş çevrime sahip araçların elektrifikasyonu ile enerji verimliliği ciddi oranda artış sağlamaktadır. Bu tez çalışması kapsamında yapılan hesaplamalar sonucunda çöp kamyonu sürüş çevrimi sırasında içten yanmalı araç elektrikli araca göre yaklaşık 3,5 kat daha fazla enerji tüketmektedir. Ayrıca bu tez kapsamında otomotivde geleneksel olarak kullanılan lityum iyon batarya kimyası yerine sodyum iyon batarya kimyası tercih edilmiştir. Lityum iyon ve sodyum iyon bataryalar karşılaştırıldığında sodyum iyon bataryanın çeşitli avantajları ve dezavantajları bulunmaktadır. Maliyet, sürdürebilirlik, güvenlik gibi parametreler dikkate alındığında sodyum iyon bataryalar ön plana çıkmaktadır. Ancak günümüzde sodyum iyon bataryaların daha düşük enerji yoğunluğuna sahip olması, lityum iyon bataryalara kıyasla nispeten daha yeni bir teknolojiye sahip olması, üzerinde daha fazla çalışma gerektirmesi ve ticari olarak yaygın olmaması lityum bataryalara göre dezavantajlarını oluşturmaktadır.

Ağır vasıtalar, batarya paketlerinin konumlandırılması ve ağırlık dağılımı gibi tasarım kriterleri açısından binek araçlara kıyasla daha esnektir. Bu esneklik, sodyum iyon bataryaların ağır vasıtalarda lityum iyon bataryalara alternatif olarak kullanılabilmesine olanak sağlamaktadır.