Elektrikli araçlardaki süperkapasitör bankaları için ilk yatırım maliyeti tahmin yaklaşımı

Bu çalışma, elektrikli araçlarda enerji depolama sistemleri kapsamında süperkapasitörlerin kullanımını ele almakta ve özellikle süperkapasitör bankalarının tasarımı ve optimizasyonuna odaklanmaktadır. Fosil yakıtlara bağımlılığın azaltılması ve çevresel kaygıların artması, elektrikli araçları sürdürülebilir ulaşım çözümlerinin ön saflarına taşımıştır. Ancak, lityum-iyon bataryaların sınırlı güç yoğunluğu, uzun şarj süresi ve çevrim ömrü gibi dezavantajları nedeniyle süperkapasitörler tamamlayıcı bir alternatif olarak öne çıkmaktadır. Hızlı şarj/deşarj kabiliyeti, uzun ömür, yüksek güç yoğunluğu ve geniş sıcaklık aralığında çalışma gibi üstün özellikleri sayesinde süperkapasitörler, ani hızlanma ve rejeneratif frenleme gibi uygulamalarda etkili bir çözüm sunmaktadır. Bu bağlamda, süperkapasitör teknolojisinin temel ilkeleri, farklı türleri (EDLC, psödokapasitör, hibrit) ve elektrot malzemeleri (karbon esaslı, geçiş metali oksitleri, iletken polimerler) detaylı olarak incelenmiştir. Ayrıca elektrolitler ve ayırıcıların performansa etkileri değerlendirilmiş ve enerji yoğunluğunu artırmaya yönelik son malzeme geliştirmelerine de yer verilmiştir. Süperkapasitörlerin elektrikli araçlardaki uygulamaları arasında hızlanma desteği, rejeneratif enerji geri kazanımı, soğukta çalıştırma ve batarya ömrünü uzatma gibi konular analiz edilmiştir. Bataryalarla birlikte kullanılan hibrit enerji depolama sistemlerinin (HEDS) avantajları ve farklı yapılandırmaları (pasif, yarı aktif, aktif) açıklanmıştır. Çalışmanın temel bölümlerinden biri süperkapasitör bankalarının boyutlandırılması ve maliyet analizidir. Tasarım kriterleri arasında gerilim, kapasite, ısı yönetimi, ağırlık, hacim ve sistem entegrasyonu gibi faktörler detaylandırılmıştır. Hücre maliyeti, Batarya Yönetim Sistemi (BYS) maliyeti, soğutma ve montaj gibi bileşenlerin maliyetleri değerlendirilmiş ve uzun ömür nedeniyle süperkapasitörlerin toplam yaşam döngüsü maliyetinde avantaj sağlayabileceği belirtilmiştir. Deneysel ve analitik kısımda, belirli bir sabit enerji düzeyinde (2304 J) ve değişen çalışma gerilimlerinde (16 V, 24 V, 32 V) çeşitli modül konfigürasyonları analiz edilmiştir. Gerilim arttıkça kapasitenin düştüğü, seri hücre sayısının ve ESR'nin yükseldiği; paralel hücre sayısı azaldıkça akım taşıma kapasitesinin azaldığı gözlemlenmiştir. Maxwell BCAP serisinden farklı hücrelerin karşılaştırmalı analizi sonucunda BCAP3000 K2 hücresinin düşük ağırlığı, düşük hücre sayısı, yüksek güç yoğunluğu ve düşük sistem karmaşıklığı sayesinde elektrikli araçlar için en uygun seçenek olduğu belirlenmiştir. Sonuç olarak, bu tez çalışması süperkapasitörlerin elektrikli araçlardaki kullanımının teknik ve ekonomik açıdan uygulanabilirliğini kapsamlı şekilde değerlendirmiştir. Süperkapasitörlerin bataryalarla birlikte hibrit sistemlerde kullanılması, araçların performansını, güvenilirliğini ve verimliliğini önemli ölçüde artırma potansiyeli taşımaktadır. Elde edilen veriler, gelecekteki elektrikli araç teknolojileri için yol gösterici niteliktedir.