HİBRİD VE ELEKTRİKLİ ARAÇLAR

Transkript

1 HİBRİD VE ELEKTRİKLİ ARAÇLAR ENERJİ DEPOLAMA SİSTEMLERİ Abdullah DEMİR, Yrd. Doç. Dr. «Her tercih bir vazgeçiştir»

2 BAZI HATIRLATMALAR

3 Electrical Fundamentals, Toyota Motor Sales, U.S.A.

4 Electrical Fundamentals, Toyota Motor Sales, U.S.A.

5 Electrical Fundamentals, Toyota Motor Sales, U.S.A.

6 CURRENT FLOW THEORIES Two theories describe current flow. The conventional theory, commonly used for automotive systems, says current flows from (+) to (-)... excess electrons flow from an area of high potential to one of low potential (-). The electron theory, commonly used for electronics, says current flows from (-) to (+)... excess electrons cause an area of negative potential (-) and flow toward an area lacking electrons, an area of positive potential (+), to balance the charges. While the direction of current flow makes a difference in the operation of some devices, such as diodes, the direction makes no difference to the three measurable units of electricity: voltage, current, and resistance. Electrical Fundamentals, Toyota Motor Sales, U.S.A.

7 Voltage is pressure. Current is flow. Resistance opposes flow. Power is the amount of work performed. It depends on the amount of pressure and the volume of flow. ELECTRIC POWER AND WORK Voltage and current are not measurements of electric power and work. Power, in watts, is a measure of electrical energy... power (P) equals current in amps (1) times voltage in volts (E), P = I x E. Work, in wattseconds or watt-hours, is a measure of the energy used in a period of time... work equals power in wafts (W) times time in seconds (s) or hours (h), W = P x time. Electrical energy performs work when it is changed into thermal (heat) energy, radiant (light) energy, audio (sound) energy, mechanical (motive) energy, and chemical energy. It can be measured with a wafthour meter. Electrical Fundamentals, Toyota Motor Sales, U.S.A.

8 Electrical Fundamentals, Toyota Motor Sales, U.S.A.

9 Types Of Electricity There are two types of electricity: static and dynamic. Dynamic electricity can be either direct current (DC) or alternating current (AC). STATIC ELECTRICITY When two non conductors - such as a silk cloth and glass rod - are rubbed together, some electrons are freed. Both materials become electrically charged. One is lacking electrons and is positively charged. The other has extra electrons and is negatively charged. These charges remain on the surface of the material and do not move unless the two materials touch or are connected by a conductor. Since there is no electron flow, this is called static electricity. DYNAMIC ELECTRICITY When electrons are freed from their atoms and flow in a material, this is called dynamic electricity. If the free electrons flow in one direction, the electricity is called direct current (DC). This is the type of current produced by the vehicle's battery. If the free electrons change direction from positive to negative and back repeatedly with time, the electricity is called alternating current (AC). This is the type of current produced by the vehicle's alternator. It is changed to DC for powering the vehicle's electrical system and for charging the battery. Electrical Fundamentals, Toyota Motor Sales, U.S.A.

10 ELECTRICAL CIRCUITS, Toyota Motor Sales, U.S.A. Electrical Circuits A complete path, or circuit, is needed before voltage can cause a current flow through resistances to perform work. There are several types of circuits, but all require the same basic components. A power source (battery or alternator) produces voltage, or electrical potential. Conductors (wires, printed circuit boards) provide a path for current flow. Working devices, or loads (lamps, motors), change the electrical energy into another form of energy to perform work. Control devices (switches, relays) turn the current flow on and off. And, protection devices (fuses, circuit breakers) interrupt the current path if too much current flows. Too much current is called an overload, which could damage conductors and working devices.

11 Loads Working devices - or loads - consume electricity. They change electrical energy into another form of energy to do work. This energy may be thermal (heat), radiant (light), mechanical (motive), audio (sound), chemical, or magnetic. The electrical energy is changed by the resistance of the working device. Resistance is put to work in many ways on Toyota vehicles. ELECTRICAL CIRCUITS, Toyota Motor Sales, U.S.A.

12 ELECTRICAL CIRCUITS, Toyota Motor Sales, U.S.A.

13 Types Of Circuits There are three basic types of circuits: series, parallel, and series-parallel. The type of circuit is determined by how the power source, conductors, loads, and control or protective devices are connected. SERIES CIRCUIT A series circuit is the simplest circuit. The conductors, control and protection devices, loads, and power source are connected with only one path for current. The resistance of each device can be different. The same amount of current will flow through each. The voltage across each will be different. If the path is broken, no current flows. PARALLEL CIRCUIT A parallel circuit has more than one path for current flow. The same voltage is applied across each branch. If the load resistance in each branch is the same, the current in each branch will be the same. If the load resistance in each branch is different, the current in each branch will be different. If one branch is broken, current will continue flowing to the other branches. SERIES-PARALLEL CIRCUIT A series-parallel circuit has some components in series and others in parallel. The power source and control or protection devices are usually in series; the loads are usually in parallel. The same current flows in the series portion, different currents in the parallel portion. The same voltage is applied to parallel devices, different voltages to series devices. If the series portion is broken, current stops flowing in the entire circuit. If a parallel branch is broken, current continues flowing in the series portion and the remaining branches. ELECTRICAL CIRCUITS, Toyota Motor Sales, U.S.A.

14 Microhybrids (idling start/stop) Soft hybrids (stop and go) Full hybrids (power assist HEVs) Example of existing HEV battery systems: NiMH batteries Example of incoming HEV battery systems: Li-ion batteries Plug-in hybrids Li ion batteries for PHEVs Electric vehicles Examples of recent EV battery systems: Li ion Examples of recent EV battery systems: Lithium metal polymer Examples of recent EV battery systems: Sodium/nickel chloride (ZEBRA) Fuel Cell Hybrid Vehicles Electric and Hybrid Vehicles - Power Sources, Models, Sustainability, Infrastructure and the Market by Pistoia 2010

15 HATIRLATMA MPG = mil/gal 1 gal = 4,54 litre (UK) 1 gal = 3,78 litre (US) 1 barrel petroluen = 42 gal = 158,99 litre (ham petrol) [US] 1 mil= 1609 m

16 The mass-specific and volume-specific heat values and densities of various fossil fuels Bernd Heißing Metin Ersoy (Eds.); Chassis Handbook - Fundamentals, Driving Dynamics, Components, Mechatronics, Perspectives With 970 figures and 75 tables; 1st Edition 2011

17 BATTERY DEFINES PERFORMANCE AND COSTS OF ELECTRIC VEHICLES. MATERIALS DOMINATE COST STRUCTURE TCO: Total Cost of Ownership BMW GROUP TECHNOLOGYWORKSHOPS, E-Mobility December 2017.

18 SUBSTANTIAL ENERGY DENSITY INCREASE AND COST REDUCTION EXPECTED.HIGHEST POTENTIAL FOR IMPROVEMENT ON MATERIAL LEVEL BMW GROUP TECHNOLOGYWORKSHOPS, E-Mobility December 2017.

19 Temel Kavramlar Capacity (C) The battery capacity specifies the amount of electric charge a battery can supply before it is fully discharged. The SI unit of battery capacity is the coulomb. A more general unit for battery capacity is ampere-hour (Ah), with 1 Ah=3600 C. For example, a battery of 20 Ah can supply 1A current for 20 hours or 2A for 10 hours, or in theory 20A for 1 hour. But in general, the battery capacity is dependent on discharge rate. Energy Stored (E) The energy stored in a battery is dependent on battery voltage and the amount of charge stored within. The watt hour or Wh is the SI unit for energy stored. Assume a constant voltage (CV) for the battery. Then E (Wh) = V C where V is the voltage and C is the capacity in Ah. The capacity of the battery changes with the discharge rate, and the associated discharging current affects the voltage value. The energy stored is thus not a constant quantity and is a function of two variables, namely, the voltage and capacity of the battery. 1 Ah= 3600 Coulomb Chris Mi, M. Abul Masrur, David Wenzhong Gao, Hybrid Electric Vehicles - Principles And Applications With Practical Perspectives, ISBN , 2011.

20 Chris Mi, M. Abul Masrur, David Wenzhong Gao, Hybrid Electric Vehicles - Principles And Applications With Practical Perspectives, ISBN , Temel Kavramlar Specific Energy Specific energy means how much electrical energy can be stored per unit mass of battery. The SI unit for this quantity is watt hour per kilogram. Knowing the energy stored and specific energy of the battery, the mass of the battery can be easily obtained by dividing the energy by specific energy. Again, the specific energy is not a constant parameter since the energy stored varies with discharge rate. Energy Density Energy density means how much electrical energy can be stored per cubic meter of battery volume. It is computed by dividing the energy stored in the battery by the battery volume. The SI unit for energy density is watt hour per cubic meter.

21 HATIRLATMA DANIEL BÖTTGER, PRODUCTSTRATEGY& E-MOBILITY AT BMW GROUP, London I June gallon of gasoline contains 33.7 kwh energy (

22 Temel Kavramlar Specific Power and Power Density Specific power means how much power can be supplied per kilogram of battery. Note that this quantity is dependent on the load served by the battery and is thus highly variable and anomalous. The SI unit of specific power is watt per kilogram. Specific power is the ability of the battery to supply energy. Higher specific power indicates that it can give and take energy quickly. Volume specific power is also called power density or volume power density, indicating the amount of power (time rate of energy transfer) per unit volume of battery. If a battery has high specific energy but low specific power, this means that the battery stores a lot of energy, but gives it out slowly. Depth of Discharge (DOD) The depth of discharge (DOD) is the percentage of battery capacity to which the battery is discharged. Generally, a battery is prevented from having a low DOD. The withdrawal of at least 80% of battery capacity is regarded as a deep discharge. One important precaution is that the charge in a battery should never be discharged down to zero voltage, otherwise the battery may be permanently damaged. So, in this case, a cutoff voltage is defined for the battery voltage so that the voltage at the battery terminals will never drop below this cutoff voltage. This point is referenced as 100% DOD. Chris Mi, M. Abul Masrur, David Wenzhong Gao, Hybrid Electric Vehicles - Principles And Applications With Practical Perspectives, ISBN , 2011.

23 Temel Kavramlar Ampere-Hour (or Charge) Efficiency Ampere-hour efficiency is the ratio between the electric charge given out during discharging a battery and the electric charge needed for the battery to return to the previous charge level. In practice, these two values will never be equal, limiting the efficiency to 100%. In fact the typical values of charge efficiency range from 65 to 90%. The efficiency depends on various factors such as the battery type, temperature, and rate of charge. Energy Efficiency This important quantity indicates the energy conversion efficiency of the battery, which depends a great deal on the internal resistance of the battery. It can be computed as the ratio of electrical energy supplied by a battery to the amount of charging energy required for the battery to return to its previous SOC before discharging. The efficiency decreases considerably if a battery is discharged and charged very quickly. Typically, the energy efficiency of a battery is in the range of 55 95%. Number of Deep Cycles and Battery Life EV/HEV batteries can undergo a few hundred deep cycles to as low as 80% DOD of the battery. Different battery types and design result in different numbers of deep cycles. Also, the usage pattern will affect the number of deep cycles a battery can sustain before malfunction. The United States Advanced Battery Consortium (USABC) has a mid-term target of 600 deep cycles for EV batteries. This specification is very important since it affects battery life time in terms of deep-cycle number. So, generally, we should reduce the chances of DOD in the control strategy for EVs and HEVs in order to limit the operating cost of the vehicles. Chris Mi, M. Abul Masrur, David Wenzhong Gao, Hybrid Electric Vehicles - Principles And Applications With Practical Perspectives, ISBN , 2011.

24 Dynamic Stress Test (DST) Overview and Progress of United States Advanced Battery Consortium (USABC) Activity Project ID: ES097 Ronald Elder USABC June 7, 2016

25 Overview and Progress of United States Advanced Battery Consortium (USABC) Activity Project ID: ES097 Ronald Elder USABC June 7, 2016

26 Overview and Progress of United States Advanced Battery Consortium (USABC) Activity Project ID: ES097 Ronald Elder USABC June 7, 2016

27 12 V TEKNOLOJİ Overview and Progress of United States Advanced Battery Consortium (USABC) Activity Project ID: ES097 Ronald Elder USABC June 7, 2016

28 HATIRLATMA State of Charge (SOC) A key parameter in the electric vehicle is the SOC of the battery. The SOC is a measure of the residual capacity of a battery. To define it mathematically, consider a completely discharged battery. Typically, the battery SOC is maintained between 20 and 95%. A common mistake that people may make about a battery s charge is that when a battery goes dead, the voltage goes from 12 to 0 V (for a 12 V battery). In reality a battery s voltage varies between 12.6 V with a SOC of 100% to approximately 10.5 V with a SOC of near 0%. It is advised that the SOC should not fall below 40%, which corresponds to a voltage of 11.9 V. All batteries have a SOC vs. voltage curve which can be either looked up from the manufacturer s data or determined experimentally. An example of an SOC vs. voltage curve of a lead acid battery is shown in Figure. Note that for a lithium-ion battery, the curve may be much flatter, especially for the mid-soc range of 40 80%. Chris Mi, M. Abul Masrur, David Wenzhong Gao, Hybrid Electric Vehicles - Principles And Applications With Practical Perspectives, ISBN , 2011.

29 HATIRLATMA Figure: Example SOC vs. voltage curve for a 12 V battery Chris Mi, M. Abul Masrur, David Wenzhong Gao, Hybrid Electric Vehicles - Principles And Applications With Practical Perspectives, ISBN , 2011.

30 Temel Kavramlar Yrd. Doç. Dr. Vehbi Bölat, AKÜLER, TEMEL KAVRAMLAR VE DİKKAT EDİLECEK HUSUSLAR AKÜ NOMİNAL KAPASİTESİ Üzerinde yazılı olan Ah (Amper-saat) akünün kapasitesini, diğer bir deyişle depolayabileceği maksimum elektrik enerjisi miktarını gösterir. Bununla beraber akünün deşarj hızı nominal kapasitesini etkiler. Yüksek akım ile deşarj olan bir akünün kapasitesi, düşük akım ile deşarj olması durumuna göre daha azdır. Akü deşarj hızı akü broşürlerinde C değerleri ile belirtilir. Örneğin; C100 = 100 Ah kapasite değerine sahip bir akü 100 saat boyunca 1 A akım verdiğinde nominal kapasitesinde kullanılabilecekken, aynı aküden 20 saat süreyle 4 A çekildiğinde 80 Ah kullanılmış olur. Özetlemek gerekirse aküden deşarjı sırasında düşük akım çekilmesi akü kapasitesini artırır. Yüksek deşarj akımının yanı sıra, akünün yaşı artıkça ve ortam sıcaklığı azaldıkça akü kapasitesi azalmaya başlar. Aküler nominal kapasitelerinin 1/10 değerinin üstünde bir akım ile şarj edilmemelidirler. Aksi takdirde hücre yapısı zarar görür ve oluşan gaz salınımı ile elektrolit hızla azalır. Şarj durumu (state of charge, SoC), aküde kalan elektrik enerjinin bir göstergesidir. Yüzde 30 deşarj olmuş bir akünün SoC değeri yüzde 70 dir. Şarj/deşarj döngüsü (cycle), akünün nominal kapasitesine kadar şarj edilip ardından deşarj olması işlemidir. Bu işlem bir şarj/deşarj döngüsüdür. Deşarj derinliği (depth of discharge, DoD), akünün bir döngüde yeniden şarj edilmeden önce ne kadar deşarj olduğunu gösterir. Yüzde 30 DoD, yüzde 70 SoC değerine eşittir.

31 Temel Kavramlar Nominal şarj/deşarj döngü ömrü (rated cycle life), akü kapasitesi orijinal kapasitesinin yüzde 80 ine düşmeden gerçekleşmesi beklenen şarj/deşarj işlemi sayısıdır ve akü üreticisi tarafından belirtilir. Döngü ömrü, ortalama deşarj derinliği ve ortalama sıcaklık dikkate alınarak saptanır. Daha yüksek sıcaklıkta derin deşarj olan bir akünün döngü ömrü daha kısadır. Örneğin deşarj derinliği (DoD) yüzde 30 olacak şekilde kullanılan bir akü yüzde 100 Ah kapasiteyle 1200 kez şarj/deşarj olabilirken, nominal kapasitesinin yüzde 50 sine kadar deşarj olmasına izin verilerek kullanıldığında aynı akü sadece yaklaşık 200 kez şarj ve deşarj olabilmektedir. Bu şekilde şarj/deşarj sayısını, diğer bir deyişle akü ömrünü son derece kısaltan derin deşarj işleminden özenle kaçınılmalıdır. 25 o C üstü sıcaklık ve fazla sayıda şarj/deşarj işlemi akü ömrünü kısaltan diğer önemli faktörlerdir. Kendiliğinden deşarj (self discharge), akülerin şarj olmadan bekletilmeleri halinde deşarj olmalarıdır. Yeni akülerde bu değer yüzde 5/ay civarında iken, sıcak havalarda kullanılan yaşlı akülerde bu değer yüzde 30-40/ay değerlerine kadar çıkabilmektedir. Yrd. Doç. Dr. Vehbi Bölat, AKÜLER, TEMEL KAVRAMLAR VE DİKKAT EDİLECEK HUSUSLAR United States Advanced Battery Consortium - USABC nin BEV ler için 2020 hedefi %1/Ay değerinden daha küçük olması

32 THE BATTERY The battery is the primary "source" of electrical energy on vehicles when the engine is not running or is being started. It uses an electrochemical reaction to change chemical energy into electrical energy for starting, ignition, charging, lighting, and accessories. All vehicles generally use a 12-volt battery. Batteries have polarity markings... the larger (thicker) terminal is marked "plus" or "POS" (+), the other terminal is marked minus" or "NEG" (-). Correct polarity is important; components can be damaged if the battery is connected backwards. THE ALTERNATOR The alternator is the heart of the vehicle's electrical system when the engine is running. It uses electromagnetism to change some of the engine's mechanical energy into electrical energy for powering the vehicle's loads and for charging the battery. Generally alternators are rated by amps of current output... from 40 to 80 amps. ELECTRICAL CIRCUITS, Toyota Motor Sales, U.S.A.

33 BATTERIES, Toyota Motor Sales, U.S.A. THE BATTERY Battery Functions 1. ENGINE OFF: Battery energy is used to operate the lighting and accessory systems. 2. ENGINE STARTING: Battery energy is used to operate the starter motor and to provide current for the ignition system during cranking. 3. ENGINE RUNNING: Battery energy may be needed when the vehicle's electrical load requirements exceed the supply from the charging system. In addition, the battery also serves as a voltage stabilizer, or large filter, by absorbing abnormal, transient voltages in the vehicle's electrical system. Without this protection, certain electrical or electronic components could be damaged by these high voltages.

34 Enerji Sistemleri Aküler/Bataryalar KURŞUN-ASİT (LA) AKÜLER Temel kurşun-asit aküler sülfürik asit elektrolitin içinde yer alan kurşun dioksit (PbO2) yapıda pozitif elektrot ile kurşun (Pb) yapıda negatif elektrottan oluşur. Şarj işlemi esnasında akünün bağlı olduğu kaynaktan çektiği elektrik enerjisi aküde kimyasal enerji olarak depolanır; deşarj işlemi sırasında ise depolanan bu kimyasal enerji aküye bağlı yükte elektriksel enerji olarak harcanır.

35 THE BATTERY ELECTROLYTE: A mixture of sulfuric acid (H2SO4) and water (H2O). It reacts chemically with the active materials in the plates to create an electrical pressure (voltage). And, it conducts the electrical current produced by that pressure from plate to plate. A fully charged battery will have about 36% acid and 64% water. CELL THEORY A lead-acid cell works by a simple principle: when two different metals are immersed in an acid solution, a chemical reaction creates an electrical pressure. One metal is brown-colored lead dioxide (Pb02). It has a positive electrical charge. The other metal is gray colored sponge lead (Pb). It has a negative electrical charge. The acid solution is a mixture of sulfuric acid (H2SO4) and water (H20). It is called electrolyte. If a conductor and a load are connected between the two metals, current will flow. This discharging will continue until the metals become alike and the acid is used up. The action can be reversed by sending current into the cell in the opposite direction. This charging will continue until the cell materials are restored to their original condition. BATTERIES, Toyota Motor Sales, U.S.A.

36 BATTERIES, Toyota Motor Sales, U.S.A.

37 ELECTROCHEMICAL REACTION A lead-acid storage battery can be partially discharged and recharged many times. There are four stages in this discharging/charging cycle. 1. CHARGED: A fully charged battery contains a negative plate of sponge lead (Pb), a positive plate of lead dioxide (Pb02), and electrolyte of sulfuric acid (H2SO4) and water (H20). 2. DISCHARGING: As the battery is discharging, the electrolyte becomes diluted and the plates become sulfated. The electrolyte divides into hydrogen (H2) and sulfate(s04). The hydrogen (H2) combines with oxygen (0) from the positive plate to form more water (H20). The sulfate combines with the lead (Pb) in both plates to form lead sulfate (PbS04) 3. DISCHARGED: In a fully discharged battery, both plates are covered with lead sulfate (PbSO4) and the electrolyte is diluted to mostly water (H2O). 4. CHARGING: During charging, the chemical action is reversed. Sulfate (S04) leaves the plates and combines with hydrogen (H2) to become sulfuric acid (H2SO4). Free oxygen (02) combines with lead (Pb) on the positive plate to form lead dioxide (Pb02). Gassing occurs as the battery nears full charge, and hydrogen bubbles out at the negative plates, oxygen at the positive. BATTERIES, Toyota Motor Sales, U.S.A.

38 BATTERIES, Toyota Motor Sales, U.S.A.

39 Enerji Sistemleri Aküler/Bataryalar

40 AGM Teknolojisi AGM (Absorbent Glass Mat, Emici Camyünü Elyaf) aküler günümüzün ileri akü teknolojisidir. Bu teknoloji ile; elektrolit tamamıyla bir mikro cam elyaf yastığının içinde tutulduğundan, daha yüksek miktarda enerji geçişine izin vermektedir. AGM teknolojili akülerde, akünün kurşun plakaları arasında özel mikro camyünü elyaf yastıklar sıkıca durmakta ve batarya asidinin tamamını bağlamaktadır. Plakalara olan basınçlı teması, aşırı düşük iç dirençte aktif materyalin kaybını en aza indirir. Asit ile plaka materyali arasındaki daha hızlı reaksiyondan dolayı, zorlu durumlarda, daha yüksek enerji miktarı açığa çıkar.

41 VRLA AGM Akü Nedir? VRLA Nedir? VRLA (Valve Regulated Lead Acid) aküler ismini, şarj ve deşarj sırasında gazların yüksek oranda akü içerisinde tutulmasını sağlayan, valf sisteminden almaktadır. Bu aküler sulu tip akülere göre çok daha az gaz çıkışına izin verirler. Bu sayede, akülerin su kaybı ve muhafaza edildiği yerde havalandırma ihtiyacı minimum düzeye indirilmiştir. AGM Nedir? AGM (Absorption Glass Mat) akülerin iç yapısı sulu akülerden farklıdır. Akü içerisindeki sıvı elektrolit, ayraç (seperatör) görevi de gören yüksek gözenekli cam elyafına emdirilmiştir. Akü plakaları ve bu ayraçlar özel bir yöntemle minimum alan kaplayacak şekilde akü hücrelerine yerleştirilmiştir. Bu sayede AGM akünün birim hacminin sulu akülerden daha az yer kaplaması sağlanmıştır. AGM akülerin en büyük avantajı sulu akü şarj yöntemleriyle şarj edilebilir olmalarıdır.

42 Çekiş Bataryaları (Traction Battery) Elektrikli taşıtlar için temel gerekliliklerden biri de taşıtta itme için gerekli mekanik enerjinin üretildiği elektrik motorlarını besleyecek olan elektrik enerjisi kaynağıdır. Hibridler de dahil olmak üzere elektrikli taşıtlar günümüzde yaygın olarak elektrik enerjisi kaynağı olarak bataryaları kullanmaktadır. Elektrikli taşıt uygulamaları için bataryalardan istenilen özellikler; yüksek özgül güç, yüksek özgül enerji, batarya dolum ve frenleme enerjisinin geri kazanımıyla yüksek şarj edilebilirlik, uzun kullanım ve çevrim ömrüdür. Husain, I., Electric and Hybrid Vehicles Design Fundamentals, HEV ve BEV lerde Kullanılan Batarya Çeşitleri: Hibrid elektrik taşıtlarda, yaygın olarak NiMH (Nikel metal hidrit) bataryalar kullanılmakta ve bazı taşıtlarda lityum iyon bataryalar denenmektedir. Şarj edilebilir HET lerde yaygın olarak lityum iyon bataryalar kullanılmaktadır. Yüzde yüz elektrikli taşıtlarda ise yaygın olarak lityum iyon bataryalar kullanılmakta ve lityum iyon polimer ve sodyum nikel klorür bataryalar da denenmektedir. Pistoia, G., Electric and Hybrid Vehicles - Power Sources, Models, Sustainability, Infrastructure and The Market, 2010.

43 Hyundai IONIQ EV

44 Çekiş Bataryaları (Traction Battery) (dvm.) Ni-Cd Batarya: Ni-Cd (Nikel kadmiyum) bataryaların özgül enerjileri, kurşun asit bataryalara benzer şekilde 30 ila 50 Wh/kg arasında değişmektedir. Ni-Cd bataryaların avantajı, kurşun asit bataryalarla kıyaslandığında düşük sıcaklıklarda gösterdiği üstün performans, kararlı deşarj gerilimi (flat discharge voltage), uzun ömrü ve güvenilirliğidir. Bu bataryaların bakım gereksinimi de daha düşüktür. Ni-Cd bataryaların en büyük dezavantajları ise kadmiyumun zehirli oluşu ve yüksek maliyetidir. Verimli geri dönüşüm faaliyetleri ile çevresel kaygıların üstesinden gelinse bile; yetersiz güç sağlaması, Ni-Cd bataryaların elektrikli taşıtlar için uygun olmayışının bir diğer önemli etkenidir. /Husain, I., Electric and Hybrid Vehicles Design Fundamentals, NiMH Batarya: Enerji depolama kapasitesi kurşun-asit bataryalardan daha yüksektir. Yüksek sıcaklık bataryalarının (sodyum-sülfür, sodyum-nikel klorür, lityum demir sülfit), enerji depolama kabiliyetleri yüksek olmasına rağmen, karmaşık yapısı ve yüksek çalışma sıcaklığı ( o C) nedeni ile kullanılması zordur. / Ünlü, N., Karahan, Ş., Tür, O., Uçarol, H., Özsu, E., Yazar, A., Turhan, L., Akgün, F. ve Tırıs, M., Tübitak MAM, Elektrikli Araçlar, NiMH bataryalarda pozitif elektrot, Ni-Cd larda olduğu gibi nikel oksittir, hidrojenin depolandığı negatif elektrot ise metal hidrittır. Ni-MH bataryaların konsepti, belirli basınç ve sıcaklıkta açığa çıkan hidrojenin, metal hidrit (metal hidrür) bileşiminin şekillenmesi için büyük miktarlarda gaz emen belirli metalik alaşımların ince parçacıkları tarafından emilip serbest bırakılması temeline dayanır. Bozunum olmaksızın metal hidritler hidrojeni defalarca emebilir ve serbest bırakabilir. / Husain, I., Electric and Hybrid Vehicles Design Fundamentals, 2005.

45 Çekiş Bataryaları (Traction Battery) (dvm.) NiMH Batarya (dvm.) NiMH bataryaları, nispeten daha az performansa sahip nikel kadmiyum bataryaların yerini almaktadır. Hibrid araçlarda yaygın şekilde kullanılan NiMH bataryalar, yüksek kapasiteye, çevre dostu teknolojiye, yüksek özgül enerjiye, yüksek enerji yoğunluğuna ve uzun çevrim ömrüne sahiptir. NiMH bataryalar, HET enerji depolama pazarında da iyi bir yere sahiptir. The NiMH battery has many advantages such as environmental friendliness, high specific energy and energy density, and a long cycle life. The NiMH battery has already occupied a good market share as energy storage in HEVs. Lityum-iyon Batarya: NiMH bataryalar günümüze kadar hibrid elektrikli taşıt uygulamalarında yaygın olarak kullanılmıştır. Ancak taşıtların voltaj değeri yükseldikçe NiMH bataryalar yerine lityum-iyon bataryalar trendi gelişmeye başlamıştır. Lityum-iyon bataryalar, maliyet ve stabilite açısından istenilen seviyeye ulaştıklarında bugünkü öngörü ile rakipsiz kalabilecek bir potansiyele sahiptir.

46 Jaguar ın elektrikli SUV taşıtında (I-Pace Concept) 90 kw'lık lityum iyon batarya kullanılmıştır yılının ikinci yarısından itibaren piyasaya sunulacak olan elektrikli taşıt, 700 Nm anlık tork ve 400 hp güç üretmektedir. 0 dan 100 km/h hıza yaklaşık 4 saniyede ulaşabilmekte ve tek şarjla 500 km den daha uzun bir mesafe kat edebilmektedir. Solving the 'grand challenge' of battery Research / 11-Dec-2017

47 Çekiş Bataryaları (Traction Battery) (dvm.) Lityum-iyon Batarya (dvm.): Günümüzde otomotiv sektöründe lityum iyon bataryalar kabul görmüştür. Mevcut üretimin olgunluk seviyesine gelmesi ve alternatifler için sürdürülen Ar-Ge faaliyetlerinin sonlanması değerlendirildiğinde önümüzdeki 10 yıl boyunca da kabul göreceği düşünülmektedir / Birch, S., Solving The 'Grand Challenge' of Battery Research, Avantajları: Kapalı hücre, bakım gerektirmemesi Geniş çalışma sıcaklık aralığı Uzun raf ömrü Çabuk şarj olabilme kabiliyeti Yüksek güçlü deşarj kapasitesi Yüksek enerji verimi Yüksek enerji yoğunluğu Hafıza etkisinin olmayışı Lityum iyon (Li-ion) pillerde hafıza etkisi olmadığından dolayı kullanılmadıkları zamanlardaki enerji kayıpları oldukça düşük ve yavaştır. Hafıza Etkisi: Ni-Mh bataryalar şarj kapasitelerini koruyabilmek için düzenli aralıklara tam boşaltma (deşarj) gerektirirler. Yanısıra tam boşaltılmadan şarj edilmeleri alışkanlık haline getirilirse, batarya içinde kristal oluşumları gözlenir (bellek). Böylece batarya zamanla performansını yitirir ve ömrü tükenir. Dezavantajları: Fiyatı Yüksek sıcaklıklarda bozulması Koruyucu devre ihtiyacının oluşu Aşırı şarj sonucunda kapasite kaybı veya termal bozulma Polat, B.D. ve Keleş, Ö., Lityum İyon Pil Teknolojisi, 2012.

48 Çekiş Bataryaları (Traction Battery) (dvm.) Lityum Polimer Batarya: Lityum polimer bataryalar, yüksek özgül enerji ve güç potansiyeline sahiptir. Katı polimerler 60 C dolaylarında iyonları iletebilirler. Parlayabilme özelliğine sahip diğer elektrolitler yerine katı polimer kullanımı, elektrikli taşıtlar için büyük bir güvenlik sağlar. İnce Li-polimer hücreler, bataryanın boyutlandırılmasında ve elektrikli taşıt şasisine uyacak şekli almasında da ek avantaj sağlar. Li-polimer bataryaların en büyük dezavantajı ise çalışmaları için 80 ila 120 C sıcaklık değerinin gerekliliğidir. Bu bataryalar, tam elektrikli taşıtlar için yüksek özgül enerji sağlamalarının yanında HET lerin yüksek özgül güç gereksinimini de karşılama potansiyeli ile ayrıca uzun ömre ve çevrim ömrüne de sahiptirler.

49 Çekiş Bataryaları (Traction Battery) (dvm.) Diğer Batarya Çalışmaları: Otomotivde kullanımının en uygun şekle bürünmesi amacıyla silikon kompozit gibi yeni malzemelerin uygulanması ve hücre yapılarında yeni düzenlemelere gidilmesi gibi çalışmaların yürütüldüğü lityum iyon bataryalardan başka birçok alternatif uygulama da incelenmeye devam edilmektedir. Lityum sülfür yüksek kütlesel (gravimetrik) enerji yoğunluğuna sahip olmasına rağmen; güvenlik, çevrim ömrü ve volümetrik enerji yoğunluğu gibi meseleleri çözümlenememiştir. Halen araştırılan katı hal bataryaları ise enerji yoğunluğu ve güvenlik yönünden istenilen seviyeye getirilebilse de imalat yöntemleri açısından uygulamada oldukça pahalı bir seçenektir. Lityum-hava (lithium air) bataryaların, enerji yoğunluğu oldukça yüksek olmasına karşın, otomobil uygulamaları için gerek duyulan güç yoğunluğuna sahip değillerdir. Düşük maliyetiyle lityum iyonlara rakip olacak sodyum iyon bataryalar da bazı uygulamalarda tanıtılmıştır. Ref.: Birch, S., Solving The 'Grand Challenge' of Battery Research, Lityum-hava bataryalarda, lityum iyon bataryalardaki metal oksit yerine gözenekli karbon gibi sadece bir iletken kullanılır. Lityum hava batarya hücresinde pozitif elektrottaki oksijen molekülleri ile lityumun pozitif yüklü molekülleri arasındaki etkileşimden voltaj oluşturulur, reaksiyon sonucunda lityum peroksit meydan gelir. Lityum peroksit kötü bir iletken olduğundan elektrot üzerinde birikip bataryanın tükenmesine neden olması sorununun lityum iyodür katkılı standart bir elektrolit ve gözenekli çok ince grafen katmanlarından oluşan elektrot kullanarak çözülebileceği kanıtlanmıştır. Böylece lityum-hava bataryaların gelecekte yaygın kullanımına dair beklenti ortaya çıkmıştır. Erişim tarihi:

50 Li-ion ve NiMH in Kıyaslaması

51 Enerji Yoğunluğu: Bataryanın ağırlığına oranla performansını belirtir. Daha büyük enerji yoğunluğu, aynı ağırlık için daha fazla enerjinin depolanabileceği ve salınabileceği anlamını taşır. Enerji yoğunluğunun birimi, Wh/kg dir. Bataryanın kütlesi ve elektriksel çalışma verilerine göre hesaplanır. Elektrikli taşıtların menzili, enerji yoğunluğuna bakılarak açıklanabilir. Çevrim Ömrü: Yüksek gerilim bataryalarının çevrim kararlılığı, 10 yıl süresince toplam 3000 çevrim gerçekleştirecek şekilde belirlenmiştir. Bu özellikleri sebebiyle elektrikli taşıtların yüksek gerilim gereksinimi karşılaması gereken otomotiv bataryaları, diğer bataryalardan ayrılır. Verimlilik: Şarj ile depolanan enerjinin ne kadarının deşarj esnasında yeniden kullanılabilir olduğunun ölçüsüdür. Bataryalar şarj enerjisinin küçük bir kısmı ısı formunda yayıldığı için (şarj kayıplarından dolayı) hiçbir zaman %100 verimlilikle çalışmaz.

52 HİBRİD VE ELEKTRİKLİ ARAÇLARDA BATARYA

53 HİBRİD VE ELEKTRİKLİ ARAÇLARDA BATARYA

54 Batarya/Akü Performansı Table: Typical battery performance for the near term (medium car) (1) Obtained by multiplying the nominal capacity (in C or Ah) by the nominal voltage (V). For the Toyota Prius III, we find 6.5Ah*201.6V=1.31 kwh. (2) 28 modules weighting 1040 g each

55 Enerji Sistemleri - Örnekler Fluence Z.E. ELEKTRİK MOTORU Fluence Z.E. nin elektrik motoru 70 kw güç ve 226 Nm tork üretmektedir

56 Enerji Sistemleri - Örnekler Fluence Z.E. Fluence Z.E. de 70 kw gücünde bir elektrikli motor görev yapmaktadır. Fluence Z.E. de lityum-iyon teknolojisine sahip aküler kullanılmaktadır. Bu aküler/piller toplamda 398 volt elektrik depolayabiliyor. Akülerin ağırlığı ise 250 kg. Fluence Z.E. nin toplam ağırlığı ise 1605 kg. Akülerin beslediği elektrikli motor ise senkron tipinde bir ünite. Motor Gücü: 70 kw (95 HP) Tork: 226 Nm Maksimum Hız: 135 km/h Menzil: km Şanzıman: Otomatik Akü Tipi: Lityum-İyon Akü Fiyatı: Aylık kira bedeli 83 euro (48 ay ve km/yıl - KDV dahil) Şarj Süresi: Duvara monte edilen özel Wallbox ile 6-8 saat. 220 V duvar tipi prizle saat. Hızlı şarj ile 30 dk da yüzde 80 şarj Tüketim: Dizel Fluence modelinin deposu yaklaşık 244 TL ye dolarken Fluence Z.E. aküsünü ortalama 4 TL ye doldurabiliyor. Fluence Z.E. nin 100 km maliyeti 3 lira civarında. Fluence 1.5 dci ise 100 km de yaklaşık 25 TL lik yakıt tüketmektedir.

57 Enerji Sistemleri - Örnekler Bolloré Blue car Innovation in utilization (Autolib) Use metallic lithium as negative electrode active material (alone against all other manufacturers) Technical characteristics given by the manufacturer: 30 kwh battery Power 60 kw Specific energy 140 Wh/kg Autonomy 250 km Life: 10 years/ 1200 cycles Operation at C (Li-polymer technology) Anne de Guibert Aarhus, Innovation in Industrial Technologies: the case of batteries, 20 June 2012

58 Hybrid Vehicle (HV) Battery Pack The Prius features a high voltage Hybrid Vehicle (HV) battery pack that contains sealed Nickel Metal Hydride (NiMH) battery modules. HV Battery Pack The HV battery pack is enclosed in a metal case and is rigidly mounted to the cargo area floor pan cross member behind the rear seat. The metal case is isolated from high voltage and concealed by carpet in the cabin area. The HV battery pack consists of 28 low voltage (7.2 Volt) NiMH battery modules connected in series to produce approximately Volts. Each NiMH battery module is non-spillable and in a sealed case. The electrolyte used in the NiMH battery module is an alkaline mixture of potassium and sodium hydroxide. The electrolyte is absorbed into the battery cell plates and will not normally leak, even in a collision.

59 Lithium-Ion Battery Dimensions Seating Capacity Powertrain layout Electric Motor Battery Brakes Top speed Cruising range Charging times 4,450 mm X 1,770 mm X 1,545 mm 5 passengers Front motor, front drive High response AC synchronizing motor (80 kw, 280 Nm) Laminate-type thin lithium-ion battery (approximately 24 kwh) Regenerative braking, mechanical disk brakes Over 140 km/h 160 km (@ US LA4 mode) Normal charge: JPN approximately 8 hours (200 V) US/EUR approximately 7 hours (240 V/230V) Quick charge: Approximately 30 minutes (@50 kw SOC 0% to 80%) EV / HEV Safety Presentation, NISSAN MOTOR CO., LTD, 2012

60 Lithium-Ion Battery Inverter Specifications Dimensions Weight Max. AC Current (Coolant temp. : 65 ) DC Voltage Carrier Frequency mm 16.8 kg 425 A RMS (4 sec) 340 A RMS V 5kHz Güç Çevirici (İnvertör): İnvertör, doğru akımı (DC) alternatif akıma (AC) çeviren elektriksel bir güç çeviricisidir. İnvertör çıkışında üretilen AC güç, kullanılan transformatörlere, anahtarlama ve kontrol devrelerine bağlı olarak herhangi bir gerilimde ve frekansta olabilir. Motor Specifications Maximum torque Maximum power Top Motor speed Motor weight 280 Nm 80 kw 10,390 rpm 58 kg EV / HEV Safety Presentation, NISSAN MOTOR CO., LTD, 2012

61 Lithium-Ion Battery Cell Module Pack Cell Module Pack Structure Capacity Cathode Anode Consist of Cell numbers Cell connection Consist of Module numbers Total Energy Max. Power Power/Energy ratio Laminated type 33 Ah Original blended (LMO based) Graphite 4 cells 2 parallel-2series 48 Modules (in series) 24 kwh >90kW 4 EV / HEV Safety Presentation, NISSAN MOTOR CO., LTD, 2012

62 Lithium-Ion Battery

63 Lithium-Ion Battery The specs of the electric motor (110 kw) and battery (40 kwh)

64 Lithium-Ion Battery

65 Bataryalar/Aküler - Örnekler Tablo 1. Çeşitli Tipte Piller Enerji ve Güç Yoğunlukları Dr. Muhsin Mazman, Dr. Davut Uzun, Dr. Cem Kaypmaz, Emre Biçer, "Elektrikli Araçlar İçin Enerji Depolama Çözümleri", 2011

66 Jan 22, 2017

67 Bataryalar/Aküler - Örnekler Note: The United States Advanced Battery Consortium (USABC) has a midterm target of 600 deep cycles for EV batteries. Comparison of energy storage technologies suitable for HEVs Chris Mi, M. Abul Masrur, David Wenzhong Gao, Hybrid Electric Vehicles - Principles And Applications With Practical Perspectives, ISBN , 2011.

68 pubs.rsc.org Bataryalar/Aküler - Örnekler

69 Potential hazardous events Battery Safety Design Concept Battery Safety Design Concept Vehicle, battery pack and modules are designed to act as barriers to potentially harmful events Apply global regulations and standards Safety Shield Concept Vehicle Standards Regulations FMVSS ECE R100 Mechanical Electrical Pack Module Cell Applied UN 38.3 IEC/ISO Thermal Protection design Resistance design SAE JIS C8714 QC/T743 EV / HEV Safety Presentation, NISSAN MOTOR CO., LTD, 2012

70 Enerji Sistemleri: Volanlar VOLANLAR Volanlar, yüksek ivmelenme gibi ani güç gerektiren araç özelliklerinin geliştirilmesine oldukça uygundur. Yüksek güç yoğunluğuna nazaran enerji yoğunlukları oldukça düşüktür. Volanlar, dönme hızlarının /min gibi yüksek değerlere ulaşması ile yüksek enerji depolama kabiliyetine ulaşırlar. Konvansiyonel malzemeler, bu hızlarda ortaya çıkan gerilmelere dayanım gösterememektedir. Bu nedenle karbonfiber malzemelerin volanlarda uygulanmasına yönelik bir çok çalışma yürütülmektedir. Otobüs ve kamyon gibi araçlarda yüksek rejenaratif güçlerin depolanmasında ve bataryaların zayıf güç yoğunluğunu geliştirmek amacı ile kullanımı öngörülmektedir. Ref.: "ELEKTRİKLİ ARAÇLAR", TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi Enerji Sistemleri ve Çevre Araştırma Enstitüsü, Eylül 2003.

71 Enerji Sistemleri: Volanlar Flywheel Energy Storage System Flywheels are becoming of increasing interest in hybrid vehicle design, particularly for larger passenger transit vehicles. This is because of the following reasons. First, the requirements on specific power and specific energy of the battery can be decoupled, affording optimization of the battery s specific energy density and hence cycle life. Second, as the high-rate power demand and high-current discharge are greatly reduced by the load leveling effect of the flywheel, the usable energy, endurance, and battery cycle life can be increased. Third, the flywheel can allow rapid interim recharges with high efficiency during periods of low power demand or regenerative braking. Due to the combined effect of load leveling of the main energy source and improved energy recovery during regenerative braking, the range of the vehicle can be remarkably extended. The energy density is primarily related to the flywheel s speed of rotation. Increasing the speed of rotation produces improved specific energy, but increases the potential safety hazard, and also the cost, since special bearings and high-strength materials are required. Instead of using a battery or fuel cell, an EV can potentially be powered solely by an ultrahigh-speed flywheel. The corresponding long-term potential benefits for EV applications are possible, since it can potentially provide higher specific energy and higher specific power than any batteries. Its specific power may possibly be even higher than the IC engine. The flywheel should also mitigate the problem of limited cycle life suffered by other sources because the life cycle of a flywheel is practically unlimited or at least longer than vehicle life [20]. Chris Mi, M. Abul Masrur, David Wenzhong Gao, Hybrid Electric Vehicles - Principles And Applications With Practical Perspectives, ISBN , 2011.

72 Enerji Sistemleri: Volanlar Flywheel Energy Storage System (cont.) The mechanical energy stored in a flywheel can be expressed as where J is the moment of inertia and ω the rotational speed. The above equation clearly indicates that there is a squared relation between energy stored in the flywheel and its rotational speed. Several companies have developed practical flywheel storage systems, like CCM of the Netherlands and Magnet Motor in southern Germany, and have accumulated considerable experience in the running of production flywheel electric hybrid vehicles [21]. CCM s flywheels rotate at speeds of rpm and operate with regenerative electronic drives of modern design; energy storage efficiencies of up to 93% have been achieved [21]. Some basic concepts related to flywheels are important to consider. A flywheel involves the need to transfer one form of energy into another, that is, the kinetic energy of the flywheel. In some cases electrical energy may be converted and stored in a flywheel in mechanical form. Chris Mi, M. Abul Masrur, David Wenzhong Gao, Hybrid Electric Vehicles - Principles And Applications With Practical Perspectives, ISBN , 2011.

73 Enerji Sistemleri: Volanlar Flywheel Energy Storage System (cont.) But if mechanical energy from one body is needed to be transferred into another, that is, to a flywheel in this case, then it will be necessary to convert motion of the first body into motion of the flywheel. Consider the case of regenerative braking in a hybrid vehicle. Here it is necessary for motion of the vehicle s wheel to be reduced and the energy of motion to be transferred to the flywheel. In principle it is possible to transfer motion from one wheel to another as indicated in Figure. In this figure, Jv and ωv represent the inertia and angular velocity of the vehicle s wheel, and JFW and ωfw represent the same quantities for the flywheel. If the energy from the wheel is to be transferred to the flywheel, and assuming there is no loss in the process, at the end of the energy transfer the following relationship should hold: where ωv is the original angular velocity of the wheel and ωfw is the final angular velocity of the flywheel after the energy transfer is complete. When the flywheel speed has satisfied the equation, the full vehicle wheel energy will be transferred to the flywheel, and the wheel s speed should then be zero, theoretically speaking. Chris Mi, M. Abul Masrur, David Wenzhong Gao, Hybrid Electric Vehicles - Principles And Applications With Practical Perspectives, ISBN , 2011.

74 Enerji Sistemleri: Volanlar Figure: A simple connection between the vehicle s wheel and the flywheel Chris Mi, M. Abul Masrur, David Wenzhong Gao, Hybrid Electric Vehicles - Principles And Applications With Practical Perspectives, ISBN , 2011.

75 Enerji Sistemleri: Volanlar Figure 2: Use of gears to mechanically transfer motion between the vehicle s wheel and the flywheel The question is: how is the motion transferred? If the transfer is to be done purely mechanically, then one can introduce two sets of gears in the vehicle wheel shaft and the flywheel shaft respectively and slowly transfer the motion in a seamless manner as shown in Figure 2. Chris Mi, M. Abul Masrur, David Wenzhong Gao, Hybrid Electric Vehicles - Principles And Applications With Practical Perspectives, ISBN , 2011.

76 Enerji Sistemleri: Volanlar The idea is that initially the gears Aa will mesh together and other gears will be displaced laterally by some gear shifting scheme so that they are not engaged. With gear A having a very small diameter and gear a having a very large diameter, the flywheel will slowly start moving. The angular velocity will be such that the energy is conserved, that is, if the initial velocity of the wheel was ωv, then after Aa meshing, the relationship at steady state should be The value of ωv(new), the vehicle wheel velocity after some transfer of motion, will obviously be smaller than the original value ωv. Next time the gear Aa can be disengaged (by sliding the gears sideways) and Bb can be engaged. Following the same logic, the speed of the flywheel now increases a little more and the speed of the wheel will be reduced a little more. Similarly, continuing with the process of engaging Cc, and then Dd, and each time disengaging the previous gear set, the speed of the wheel will reduce more and more and the speed of the flywheel will increase ultimately until the energy of the flywheel will be equal to the energy of the wheel at its original speed prior to motion transfer. In principle this will be best achieved if the gears are continuously variable, rather than a discrete set of gears as in Figure 2. Obviously, due to the fact that an infinite number of gears are not possible, the process will be achieved through some discrete jumps if Figure 2 is followed. Also, note that the final energy of the flywheel will be somewhat less than the original energy of the wheel due to losses in the system. Chris Mi, M. Abul Masrur, David Wenzhong Gao, Hybrid Electric Vehicles - Principles And Applications With Practical Perspectives, ISBN , 2011.

77 Enerji Sistemleri: Volanlar Figure 3: Electromechanical means to transfer motion between the vehicle s wheel and the flywheel Chris Mi, M. Abul Masrur, David Wenzhong Gao, Hybrid Electric Vehicles - Principles And Applications With Practical Perspectives, ISBN , 2011.

78 Enerji Sistemleri: Volanlar The other way of transferring motion is by electromechanical means but using the same principle as above. Here a motor generator scheme is used, which provides the continuously variable speed ratio and motion transfer through electromechanical means. This is illustrated in Figure 3. In this figure, if the motion is to be transferred from the wheel on the left to the flywheel on the right, then the left electric machine will be a generator, and the power converter will convert the generator power properly to energize the other electric machine on the right. This one will then become a motor and will accelerate the flywheel. The motor generator sets and the power converter serve as a continually variable transmission if one wants to see it from that perspective. Eventually the speed of the wheel will be reduced and the speed of the flywheel will increase by an amount such that the reduction of mechanical energy of the wheel will be equal to the mechanical energy increase of the flywheel, less any losses. If it is intended to accelerate the vehicle again, the process will be reversed. One final note regarding the flywheel is that, when it is rotating, it can cause a gyroscopic effect if the vehicle suddenly tries to turn quickly. This problem can be generally remedied by having two rotational masses with the same inertia but moving in opposite directions. This can be easily implemented by placing the two rotating members in a single housing with a gear in between. Chris Mi, M. Abul Masrur, David Wenzhong Gao, Hybrid Electric Vehicles - Principles And Applications With Practical Perspectives, ISBN , 2011.

79 Dean Flanagan, Flywheels for transportation applications, EV2011VÉ Conference & Trade Show, Special Session: Emerging Energy Storage Technologies, 26 September 2011 Charge sustaining hybrid vehicle sweet spot of seconds 5x10 6 cycles Important note for flywheels: no erosion of performance characteristics (energy, power, efficiency) with age or cyclic use Addressable end-use typically falls within a 10 sec 10 min timeframe

80 Enerji Sistemleri: Süper Kapasitörler SÜPER KAPASİTÖRLER Süper kapasitörler yüksek güç yoğunlukları ile volanlara benzer uygulamalara adaydır. Ancak uygulama kolaylığı ve yüksek güvenirliliklerinin yanında maliyetleri nedeni ile seri üretim araçlarda henüz kullanılmamaktadır. Bunun yanında önümüzdeki yıllarda süper kapasitörlerin uygun maliyette geliştirileceği ve volanlara karşı büyük üstünlük sağlayacağı düşünülmektedir.

81 2014 Mazda6 Features i-eloop Feat;

82 Enerji Sistemleri: Ultracapacitors Ultracapacitors have a very long shelf life, with much lower maintenance requirements, enhanced performance at low temperature, and environmental friendliness. The only downside to ultracapacitors is their initial cost and relatively low energy density when compared to batteries [7]. Unlike batteries, no chemical reactions are needed for storing and retrieving electrical energy with ultracapacitors and thus the energy efficiency is higher. The ultracapacitor s SOC is easier to estimate than that of a battery because the voltage is the only measurement needed (SOC is proportional to V^2). Also, ultracapacitors can be charged to a specific value and, due to their shelf life and charging mechanism, they can hold that charge with virtually no loss. Batteries are incapable of achieving this. Repeated depletion cycles of a lead acid or Li-ion battery can be detrimental to its lifespan; however, this is not the case with an ultracapacitor. Ultracapacitors provide more freedom in the DC link voltage or wherever else they are used because their charge does not depend on a certain voltage. Whatever voltage they are charged to is what they retain [8]. As a result, a hybrid topology consisting of ultracapacitors is desired when variable voltages are required. This would be beneficial in portable fuel cell/ultracapacitor power supplies that could be used in emergencies or general use. A vast array of loads or devices could be powered by this system. Chris Mi, M. Abul Masrur, David Wenzhong Gao, Hybrid Electric Vehicles - Principles And Applications With Practical Perspectives, ISBN , 2011.

83 Enerji Sistemleri: Ultracapacitors Ultracapacitors allow rapid charging and discharging. This is especially useful for faster and efficient regenerative energy recovery in HEVs as well as for rapid charging of PHEVs. Simple charging methods can be used without needing a sophisticated SOC detection algorithm, and there is little danger of overcharging so long as the voltage is below the maximum allowable value. Ultracapacitors have a long cycle life (on the order of a million cycles), with little degradation over hundreds of thousands of discharge/charge cycles. In comparison, rechargeable batteries last for only a few hundred deep cycles. The ultracapacitor s energy density is much lower than that of an electrochemical battery (3 5 Wh/kg for an ultracapacitor compared to Wh/kg for a lead acid battery, and 120 Wh/kg or more for a Li-ion battery), and its volumetric energy density is only about 1/1000th of that of gasoline. As in any capacitor, the energy stored is a function of voltage squared. Effective storage and retrieval of energy requires complex electronic control and balancing circuits involving power electronics switches. The selfdischarge rate is much higher than that of an electrochemical battery and thus it is only suitable for short-term energy storage. An enormous amount of energy could be released in a fraction of a second from an ultracapacitor and this could be life threatening if precautions were not taken. The internal resistance of ultracapacitors is very low, resulting in high cycle efficiency (95% or more). Environmentally, ultracapacitors are safer since they do not contain corrosive electrolytes or other highly toxic materials. In comparison, the reactive chemical electrolytes of rechargeable batteries present a disposal and safety hazard. Chris Mi, M. Abul Masrur, David Wenzhong Gao, Hybrid Electric Vehicles - Principles And Applications With Practical Perspectives, ISBN , 2011.

84 Yakıt Pilleri YAKIT PİLLERİ Gelecekte yakıt pillerinin EA larda ana enerji kaynağı olarak yaygın olarak kullanılacaktır. Son dönemlerde araç üreticileri tarafından, özellikle yakıt pili ve yakıt dönüştürücünün boyutlarının küçültülmesi için çalışmalar yürütülmektedir. Bunun yanında yakıt pillerinin seri üretim araçlarda uygulanmasına kadar geçen sürede güvenilirlik, stabilite, çeşitli iklim ve yol şartlarına uyum, güvenlik, bakım gibi konularda ayrıntılı çalışmalara henüz başlanmıştır. Yakıt pilli seri üretim araçlarının önümüzdeki on yıl içerisinde piyasada görüleceği düşünülmektedir. Yakıt hücreleri/pilleri (Fuel cell) nedir? Yakıt hücreleri/pilleri (Fuel cell), kimyasal enerjiyi doğrudan elektrik enerjisine dönüştüren elemanlardır. Yakıt hücresi, fosil yakıtlarının yakılması yerine, yakıt ile oksijenin elektrokimyasal reaksiyonu sonucunda enerji üreten bir tür bataryadır. Yakıt olarak genellikle hidrojen kullanılmaktadır. Oksijenle hidrojenin reaksiyonu su ürettiğinden, bu reaksiyondan kirletici ürün çıkışı söz konusu değildir. "ELEKTRİKLİ ARAÇLAR", TÜBİTAK Marmara Araştırma Merkezi Enerji Sistemleri ve Çevre Araştırma Enstitüsü, Eylül 2003

85 Yakıt Pilleri Çalışma Prensibi Yakıt pilinde meydana gelen kimyasal reaksiyon, elektroliz olayının tersi bir durumudur. Bilindiği gibi elektroliz olayında, saf suya iki adet elektrot bırakılıp ve bu elektrotlara düşük voltajda (12 V) elektrik akımı verildiğinde su kendisini oluşturan hidrojen ve oksijen iyonlarına ayrışmaktadır. Yakıt pili biri negatif (anot) ve diğeri pozitif (katot) olmak üzere iki elektrottan oluşmaktadır. Elektrotlar genellikle katı metallerdir. Hidrojen yakıt pilinin anot kısmına oksijen ise katot kısmına giriş yapmaktadır. Katalizörün etkisiyle hidrojen atomları proton ve elektronlarına ayrılmaktadır. H 2 2H + +2e - [6]. Ayrılan elektronlar bir elektrik devresinin içerisinden geçerek elektrik akımı oluşturmaktadır. Protonlar ise, elektrolit arasından katoda doğru hareket etmektedirler. Devresini tamamlayan elektronlar tekrar hidrojenin protonuna bağlanır ve oksijenle birleşerek saf su buharı ve ısı meydana getirirler. 2H + + 2e - + 1/2O 2 H 2 O +Isı [ 6]. Elektrotlar genellikle geçirgen karbon karışımı olan malzemeden yapılmaktadır. Katalizör reaksiyonunun iyi olması için katalizör parçalarının hem proton hem de elektron iletkenliği arasında iyi ilişki kurması gerekmektedir. Levent ALKAYA, Rasim BEHÇET, Cumali İLKILIÇ, "YAKIT PİLLERİ VE UYGULAMA ALANLARI", Doğu Anadolu Bölgesi Araştırmaları, 2008.

86 Yakıt Pilleri Günümüzde yakıt olarak kullanılan yakıt pili çeşitlerini şöylece sıralayabiliriz. Polimer Elektrolit Yakıt Pilleri Fosforik Asitli Yakıt Pilleri Alkalin yakıt pilleri Eriyik Karbonatlı Yakıt Pilleri Katı oksitli Yakıt Pilleri Direkt metanol Kullanılan Yakıt Pilleri Levent ALKAYA, Rasim BEHÇET, Cumali İLKILIÇ, "YAKIT PİLLERİ VE UYGULAMA ALANLARI", Doğu Anadolu Bölgesi Araştırmaları, There are different types of fuel cells, such as the proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), alkaline fuel cell, phosphoric acid fuel cell, molten carbonate fuel cell, solid oxide fuel cell, and direct methanol fuel cell. Not: Proton Exchange Membrane: Proton değişimli membran, proton değişim membranlı, polimer elektrolit

87 Yakıt Pilleri POLİMER ELEKTRONİK YAKIT PİLLERİ: Bu tip yakıt pillerinde elektrot olarak ince ve iyon iletebilen polimer bir zar kullanılmaktadır. PEM tipi yakıt pillerinin en önemli özelliği düşük sıcaklıklarda çalışmalarıdır. Diğer bir özelliği ise, küçük hacim ve düşük ağırlığa sahip olmalarıdır. Ayrıca günümüzde üzerinde en çok çalışılan yakıt pili çeşididir. Çünkü yukarıda saydığımız özelliklerden dolayı diğer tip yakıt pillerine oranla daha avantajlı durumdadır. Ortalama olarak 80 o C de çalışmaktadır. Bundan dolayı aracın ilk hareketi hızlı ve kolaydır. Çünkü burada yakıt olarak hidrojen kullanılmaktadır. Anot ucuna gelen hidrojen proton ve elektronlarına ayrılır ve protonlar membran diye adlandırdığımız zardan geçerek katot ucuna yönlenmektedir. Yakıt pili; iki adet kutup başı, anot ve katot elektrotlar, proton geçişini sağlayan bir adet membran (zar) ve reaksiyonun daha hızlı gerçekleşmesini sağlayan katalizörden oluşmaktadır. Bu yakıt pili seri olarak birbirine bağlanan hücrelerden meydana gelmekte ve her bir hücreden elektrik akımı elde edilmektedir. Ayrıca hücre boyutunun artmasıyla da hücre başına düşen elektrik voltajı artırılabilir. Ortaya çıkan bu elektrik enerjisi AC akım olup kullanılacak cihaza göre bir dönüştürücü yardımıyla DC akım da elde edilebilir. Levent ALKAYA, Rasim BEHÇET, Cumali İLKILIÇ, "YAKIT PİLLERİ VE UYGULAMA ALANLARI", Doğu Anadolu Bölgesi Araştırmaları, 2008.

88 pem fuel cell Car Pictures; toplowridersites.com

89 Proton Exchange Fuel Cell Mechanism Electric Vehicle Architectures Nan Qin Oct

90 Fuel Cell Electric Vehicle Architectures

91 Yakıt Pilleri Honda 2008 FCX Clarity fuel cell car

92 wot.motortrend.com

93 Yakıt Pilleri

94 Yakıt Pilleri honda-clarity-platform.jpg?itok=z-tngzya;

95 Growth of FCVs and EVs tied to infrastructure / 28-Jun-2016

96 The Hyundai Tucson Fuel Cell vehicle creates its own electricity on-board from hydrogen. Assembled in Ulsan, South Korea, at the same plant that produces the conventional Tucson, the Tucson Fuel Cell vehicle has a driving range of up to 265 miles. More hydrogen fueling stations in California and additional electric vehicle charging stations across the U.S. could reduce the range anxiety consumers have about driving these-advanced technology vehicles, Bill Elrick, Executive Director of the California Fuel Cell Partnership told an xev Infrastructure session audience at the 2016 Advanced Automotive Battery Conference in Detroit. You can t sell a car if there isn t infrastructure to support it, Elrick flatly stated. At the end of 2015, California had only two retail stations selling hydrogen fuel. We didn t have enough infrastructure out there to let the early automaker deployments prosper, Elrick admitted. Now, California has 20 hydrogen retail stations, the most of any state in the U.S., and By the end of 2016, we expect more than 30 stations. That will put California in a prime place for the other fuel-cell vehicles (FVCs) that are coming to market, Elrick said. Fuel-cell passenger vehicles in the California market include the Toyota Mirai and the Hyundai Tucson Fuel Cell. The Honda Clarity Fuel Cell arrives late this year; Clarity will be the industry s first vehicle to use the same platform underpinnings for fuel-cell, battery-electric and plug-in hybrid variants. Electric and plug-in hybrid versions of the Clarity are slated for U.S. launch in With the present network of hydrogen retail stations in California, it s possible to drive an FCV from Los Angeles to San Francisco. And it will take the same amount of time as it does in a gasoline car because of the 3- to 5-minute fill time with hydrogen, said Elrick. California s mid-range goal is 100 retail hydrogen stations. On the one hand, 100 stations seems rather small compared to the 13,000 gas stations in the state. However, 100 well-placed stations throughout California will put the majority of the state s citizens within six minutes of a hydrogen station, he concluded. Kami Buchholz, Growth of FCVs and EVs tied to infrastructure, SAE, / 28-Jun-2016

97 Beyond light-duty passenger vehicles, four transit agencies in California operate fuel-cell buses. Fuel-cell buses are just on the verge of full commercialization. The costs are getting down to $1 million or less and we think the next round of government co-funding will be a push for mass purchases, bringing the costs down even more, said Elrick. The first appearance of fuel-cell medium- and heavy-duty vehicles is likely later this year. It s just in the early demonstration stage, so we re about where we were with light-duty vehicles about a decade ago, said Elrick. California s supply of hydrogen is coming from reforming gas and other industrial processes. But we need to look at new hydrogen production and what we should really be focusing on is renewable sources, said Elrick. EV charging: more still needed Meanwhile, the charging infrastructure for electrified vehicles remains a work in progress, according to Mark Duvall, Director of Energy Utilization for the Electric Power Research Institute, a non-profit organization headquartered in California. I think we ve solved a lot of the infrastructure problems with plug-in vehicles, but there are still some gaps, said Duvall, noting a need for more workplace and public charging stations. AC charging and DC fast-charging are on different trajectories. I find it very unlikely that passenger vehicles of any size even when you start electrifying large SUVs and pickup trucks would need more than what we have available through the AC standard, which is (a maximum of) 19.2 kilowatts, Duvall said in an interview with Automotive Engineering. The DC fast-charging infrastructure presently provides between 25 and 125 kilowatts, with most units providing 50 kw. Fast charging can evolve in such a way that it s still backward-compatible with the vehicles that are on the road today. And I think that s both necessary and possible because there are already hundreds of thousands of vehicles in the U.S. that use our existing DC charging infrastructure, Duvall said. As the Chevrolet Bolt, next-generation Nissan Leaf and other vehicles with a greater driving range become commonplace on roadways, Duvall expects to see more infrastructure investments. As you start to get a clearer vision of what this higher-power infrastructure looks like, you could just build the DC fastcharging infrastructure with its expected three to seven times power level increase alongside the existing equipment, explained Duvall. With municipalities, utility companies and others enabling different infrastructure pieces, Duvall said that it doesn t matter who does the work or who owns it. It s about getting the work done. I think for drivers, it has to look like one system and I think we have quite a bit of work yet. I see that as a key challenge, Kami Buchholz, Growth of FCVs and EVs tied to infrastructure, SAE, / 28-Jun-2016

98 "REGENERATIVE ENERGY" REGEN ENERGY REJENERATİF ENERJİ

99 Vehicle Kinetic Energy A B 1 E 2 2 m( V A V B V B > V A accelerating, fuel is consumed, kinetic energy is increased 2 ) A V A > V B B braking, vey little fuel is consumed, kinetic energy is reduced energy is dissipated in the brakes as heat in conventional cars In hybrids braking energy is recovered by an electric generator and stored in a battery it is called regenerative energy, or Regen Energy Heydar Ali Palizban PhD, Hybrid and Electric Vehicles - An overview, Feb 28, 2009

100 Vehicle Potential Energy E mgh Need engine power, fuel is consumed, potential energy is increased no need for engine power Braking, vey little fuel is consumed, potential energy is reduced energy is dissipated in the brakes as heat in conventional cars In hybrids braking energy is recovered, engine can be turned off automatically going downhill Heydar Ali Palizban PhD, Hybrid and Electric Vehicles - An overview, Feb 28, 2009

101

102

103 Geri Kazanımlı Frenleme (Regenerative Braking) Elektrik motoru generatör olarak çalışarak frenleme yaparken elektrik enerjisini geri kazanabilir. Yokuş aşağı sürüş ve hız sınırı olan durumlarda etkilidir. Enerjinin izlediği yol: tekerlekler mekanik sistem elektrik makinesi güç elektroniği devresi batarya Bataryayı yüksek verimli şarj etmek sorunludur. Aradaki güç elektroniği sisteminin yükseltici olarak (boost) çalışabilmesi gereklidir. Batarya dolu ise frenleme etkisi azalır (Çözüm: Dinamik frenleme?) Düşük hızlarda frenleme etkisi azalır. Ani frenleme yapılamaz. İlginç bir örnek BMW EfficientDynamics Özgür ÜSTÜN, Elektrikli Otomobiller, İstanbul Teknik Üniversitesi

104 BAZI HATIRLATMALAR VE HESAPLAMALAR

105 HATIRLATMA Dirençlerin Seri Bağlanması: Elimizde R 1, R 2 ve R 3 dirençleri olsun. Ampul de bir dirençtir. Bu nedenle direnç olarak ampul kullanılabilir. Bu dirençleri uç uca eklediğimizde seri bağlamış oluruz. Seri bağlı elemanlarda akımın ilerleyebileceği tek bir yol vardır. Seri bağlı dirençlerde direncin büyüklüğü ne olursa olsun hepsinden AYNI AKIM geçer.

106 HATIRLATMA Bu devrede üretecin negatif kutbundan çıkan yük, ampermetreden; R 1, R 2, R 3 dirençlerinden geçer ve üretecin pozitif kutbuna ulaşarak devreyi tamamlar. Böylece üç dirençten de geçen yük miktarı ya da akım şiddeti aynı olur. Ampermetrenin gösterdiği akım şiddeti I, dirençlerden geçen akım şiddetleri I 1, I 2, I 3 ise aralarındaki ilişki şöyledir. I = l 1 = l 2 = I 3 Şekildeki voltmetrelerin her direncin uçları arasına paralel bağlandığına dikkat ediniz. V 1, V 2, V 3 voltmetreleri sırasıyla R 1, R 2 ve R 3 dirençlerinin uçları arasındaki potansiyel farklarını gösterir. Üretecin uçları arasındaki potansiyel farkı (V) dirençlerin uçları arasındaki potansiyel farkların toplamına eşittir. V = V 1 + V 2 + V 3 Bir devrede birden fazla direncin yaptığı işi tek başına yapabilen dirence eş değer direnç denir ve R eş olarak gösterilir. Seri bağlı üç direncin eş değer direnci, R eş = R 1 + R 2 + R 3 şeklindedir.

107 HATIRLATMA Dirençlerin Paralel Bağlanması Elinizde R 1, R 2 ve R 3 dirençleri olsun. Bu dirençlerin birer uçlarını A noktasında diğer uçlarını B noktasında birleştirirseniz dirençleri paralel bağlamış olursunuz. Bu devrede üretecin negatif kutbundan çıkan yük A noktasında üç kola ayrılır. Bazı elektronlar R 1, bazıları R 2, bazıları da R 3 direncinden geçer ve B noktasında tekrar birleşerek üretecin pozitif kutbuna ulaşır. Böylece ana koldan geçen akım (I), dirençlerden geçen I 1, I 2, I 3 akımlarının toplamına eşit olur. I = l 1 + l 2 + I 3 Üç direnç de aynı noktalara (A ve B) bağlı olduğundan dirençlerin uçları arasındaki potansiyel farkları aynıdır. V = V 1 = V 2 = V 3 Paralel bağlı üç direncin eş değer direnci ise, 1/Reş= (1/R1) + (1/R2) + (1/R3) şeklindedir.

108 Ohm Kanunu: Bir elektrik devresinde, akım, gerilim ve direnç arasında bir bağıntı mevcuttur. Bu bağıntıyı veren kanuna ohm kanunu adı verilir. Suyun sahip olduğu potansiyel enerjiye gösterilen direnç ile elektrik enerjisine gösterilen direnç aynı kuralla açıklanabilir. OHM KANUNU: Kapalı bir elektrik devresinden geçen akım şiddeti, devrenin gerilimi ile doğru, direnci ile ters orantılıdır. Suya dar boğazda gösterilen direnç R = V / I

109 Direnç Birim (Ohm): Bir milimetre kare kesitinde ve 106,3 cm boyundaki bir cıva sütununun 0 0 C deki direncine bir ohm denir. Devreye uygulanan gerilim ve akım bir uçtan diğer uca ulaşıncaya kadar izlediği yolda birtakım zorluklarla karşılaşır. Şekildeki boru çaplarının farklılığı direncin azlığını yada çok olduğunu açıklamaktadır. Bu zorluklar elektronların geçişini etkileyen, sınırlayan veya geciktiren kuvvetlerdir. Bu kuvvetlere DIRENÇ denir. Basit olarak direnç elektrik akımına karşı gösterilen zorluktur. Direnç R harfiyle gösterilir ve birimi ohm'dur. Ohm (om okunur), Ω işaretiyle sembolize edilir.

110 Dirençler: Elektrik akımını geçişine zorluk gösteren elemanlardır. Üzerinden elektrik akımı geçtiği zaman elektrik enerjisini ısıya dönüştürürler. Elektrik ve elektronik devrelerde kullanılan dirençler nikel-krom alaşımından ve karbondan yapılır. Farklı malzemelerden yapılan dirençlerde elektronik devrelerde kullanılmaktadır. İletken olarak bilinen bakır, alüminyum, demir gibi metallerin de direnci vardır. Bu iletkenler boylarının çok uzun olması durumunda üzerinden geçen akıma direnç gösterir. Bir iletkenin direnci iletkenin boyuna, kesitine ve özdirencine bağlı olarak değişir. Özdirenç: Bir metre boyunda bir milimetre kesitinde ve 25 ºC sıcaklıktaki bir malzemenin direnci, o malzemenin özdirenci olarak tanımlanır. Özdirenç ρ (ro) harfi ile gösterilir. Bir iletkenin direnci formülü ile bulunur. Burada; l = İletkenin boyu (metre) s = İletkenin kesiti (mm 2 ) ρ = İletkenin öz direnci ( Ω.mm 2 /m ) Örnek: Bakırdan yapılmış bir iletkenin boyu 80 m, kesiti 0,5 mm 2 olduğuna göre iletkenin direncini hesaplayınız. Bakır için ρ= 0,018 Ω. mm 2 /m dir. Çözüm: R = (80 x 0,018)/0,5 = 2,88 Ω olarak bulunur.

111 Gerilim Farkı Birimi (Volt): Bir elektrik devresinde elektrik akımının oluşabilmesi için, devrenin iki ucu arasında elektron farkının olması gerekir. Su Devresi Örneği

112 Akım Şiddeti Birimi (Amper): Bir elektrik devresinden saniyede akan elektron miktarını gösteren büyüklüktür. Bu yer değiştirme güç kaynağı içinde "-" den "+" ya doğru, devre içinde ise "+" dan "-" ye doğru olur. Buna elektron akışı (akım) denir.

113 Güç Birimi (Watt): Elektriksel güç birimi olan Watt, İskoç mühendis James Watt'tan ( ) isim almıştır. Elektrikli alıcıların çalışmaları sırasında harcadıkları enerjiyi ifade etmektedir. Elektrik enerjisi bir iş yaptığı sürece, bir güce sahiptir. Bir alıcının gücünün bilinmesi, kullanım yeri ve elektrik tüketimi hakkında bilgi edinmemizi sağlar. Bir alıcının veya devrenin gücü; devrenin akım şiddetinin ve geriliminin bulunup çarpılmasıyla watt cinsinden elde edilir. Güç= U x I Soru: Bir otomobil üzerinde kullanılan alıcının direnci 3Ω dur. Alıcının çektiği akımı ve gücü bulunuz. R = V / I I= U/R I= 12/3= 4 A P= U x I P= 12 x 4 P= 48 W Soru 2: Bir otomobil üzerinde kullanılan far ampulü 60 W gücündedir. Ampulün çektiği akımı bulunuz. P=U.I 60=12.I I= 60 / 12 I= 5 A

114 Problem: R1= 30 ve R2 = 80 ohm luk iki direnç paralel bağlanmış olsun ve 220 V gerilimle beslensin. I1 ve I2 akımlarını, toplam akımı R1 ve R2 yerine geçen toplam direnci hesaplayınız. Çözüm: I1 = U/R1 = 220/30 I2 = U/R2 = 220/80 I1 = 7,33 A I2 = 27,5 A 1/RT = 1/R1+1/R2 ya da RT = 21,8 ohm IT = U/RT = 220/21,8 IT = 10,09 A

115 Depolanan Enerji: E (Wh) = V C C= Ah Example: The NiMH traction battery of the Toyota Prius 2004 model has the following specifications: 168 cells (28 modules) V nominal voltage 6.5 Ah nominal capacity 28 hp (21 kw) output power 1300 W/kg specific power 46 Wh/kg specific energy. Assume that the voltage is relatively constant.

116 Ampere-Hour (or Charge) Efficiency: Ampere-hour efficiency is the ratio between the electric charge given out during discharging a battery and the electric charge needed for the battery to return to the previous charge level. In practice, these two values will never be equal, limiting the efficiency to 100%. In fact the typical values of charge efficiency range from 65 to 90%. The efficiency depends on various factors such as the battery type, temperature, Typically, the and energy rate efficiency of charge. of a battery is in the range of 55 95%.

117

118