Elektrikli ağır vasıtalarda modüler batarya paket tasarımı, lityum iyon ve sodyum iyon bataryaların karşılaştırmalı performans analizi - Fındık, Burak (My University, 2025)
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.

The world's carbon emissions are increasing every day. Internal combustion engine vehicles that use fossil fuels are effective in increasing carbon emissions. This increase in emissions leads to negative situations that threaten nature, such as global warming. For this reason, various restrictions and bans on internal combustion vehicles are being planned worldwide. Electric vehicles do not emit carbon dioxide. This is expected to reduce the transport sector's share of carbon emissions and improve air quality. In addition, the much quieter operation of electric vehicles plays an important role in reducing noise pollution in cities. Heavy vehicles with specific driving cycles, such as garbage trucks, have very high emissions and fuel consumption. Garbage trucks with internal combustion engines operate in the most inefficient region of the driving cycle. Research has shown that the average speed of a garbage truck is between 5 km/ h and 20 km/ h, depending on the city in which it operates. This corresponds to a range of 5% to 15% of engine efficiency. However, the efficiency of electric motors is much higher than that of internal combustion engines. Electric vehicles do not consume energy when stationary. Therefore, the energy efficiency of vehicles with special driving cycles, such as refuse collection vehicles, which have a lot of stop-start driving, long idle times and are used at low speeds, is significantly improved by electrification. According to the calculations made in this thesis, an internal combustion engine vehicle consumes approximately 3.5 times more energy than an electric vehicle during the driving cycle of a refuse truck. In addition, sodium-ion batteries were preferred to the lithium-ion batteries traditionally used in the automotive industry. There are several advantages and disadvantages when comparing lithium-ion and sodium-ion batteries. When parameters such as cost, sustainability and safety are taken into account, sodium-ion batteries come to the fore. However, sodium-ion batteries have disadvantages compared to lithium batteries in that they have a lower energy density, require more work due to their relatively newer technology compared to lithium-ion batteries, and are not commercially widespread. Heavy-duty vehicles offer more flexible solutions than passenger cars due to design issues such as battery pack positioning and weight distribution. This flexibility allows sodium-ion batteries to be used as an alternative to lithium-ion batteries in heavy-duty vehicles, as they do not have the energy density limitations and weight issues of passenger cars.
Modular battery pack design in electric heavy vehicles, comparative performance analysis of lithium-ion and sodium-ion batterıes
Keywords: Automotive Engineering; Automotive industry; Batarya Paket Tasarımı; Battery Pack Design; Çöp Kamyonu; Electric Heavy Vehicles; Electric vehicles; Electrical and Electronics Engineering; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği; Elektrikli Ağır Vasıtalar; Elektrikli araçlar; Garbage Truck; Mechatronics Engineering; Mekatronik Mühendisliği; Otomotiv endüstrisi; Otomotiv Mühendisliği; Sodium Ion Battery; Sodyum İyon Batarya