Hibrit ve elektrikli araçlarda volan ve ultrakapasitör teknolojilerinin kullanımının incelenmesi ve volan enerji depolama ünitesinin prototip üretimi
Investigation of flywheel and ultracapacitor technologies used in electric and hybrid electric vehicles and prototype production of flywheel energy storage unit
Yazar: KORAY ERHAN
Danışman: PROF. DR. ENGİN ÖZDEMİR
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Elektrikli araçlar = Electric vehicles ; Enerji depolama sistemi = Energy storage system ; Volanlar = Flywheels

Özet:
Elektrikli ve hibrit elektrikli araç teknolojileri günümüzde artan bir ivme ile gelişmektedir. Düşük karbon salınımı ile çevreci, düşük enerji tüketimiyle ise verimli olan bu araçların yaygınlaşmasının önündeki en önemli engel menzil problemi olmaktadır. Araç üreticileri yüksek menzile sahip araçları üretme ve üretilen bu araçları geleneksel araçlara yakın fiyatlara mal etmekte zorlanmaktadırlar. Bir diğer husus araçlarda kullanılan bataryaların şarj işleminin yakıt dolum süresinden çok daha uzun sürmesidir ve bu durumun uzun menzilli yolculuklarda özellikle elektrikli araçlar için büyük sorun teşkil etmektedir. Bu doğrultuda, mevcut enerji kapasitesiyle araçlara daha uzun menzil kat ettirmek üzerine çok sayıda verimlilik artırıcı uygulama ve geliştirme çalışması mevcuttur. EA ve HEA'larda verimlilik artırmaya yönelik çalışmaların başında geri kazanımlı frenleme gelmektedir. Enerji kaybı en çok araçların hızlanması ve yavaşlaması sırasında yaşanmaktadır. Geri kazanımlı frenleme ile aracın sahip olduğu kinetik enerji yavaşlama sırasında depolanmakta ve hızlanma sırasında tekrar kullanılmaktadır. 

Bu tez çalışmasında, geri kazanımlı frenleme enerjisinin depolanması için geleneksel yöntemlerden (bataryaya depolama) farklı olarak Volan Enerji Depolama Sistemi  önerilmektedir. Literatürde yer alan mekanik enerji aktarımı ile enerji depolayan sistemlere alternatif olarak, elektriksel enerji aktarımı prensibiyle çalışan VEDS ünitesi önerilmektedir. Çalışma kapsamında farklı hızlarda, kütlelerde ve enerji depolama kapasitelerine sahip 4 adet VEDS üretimi gerçekleştirilmekte ve bu sistemlerin performans analizleri yapılmaktadır. 

Geri kazanımlı frenleme enerjisinin depolanması için kullanılan bir diğer yöntem ise Ultra-kapasitör Enerji Depolama Sistemidir (UEDS). UEDS teknolojisinin araçlarda kullanımına yönelik performans testleri de yine çalışma kapsamında gerçekleştirilmektedir. 

Sonuç olarak ise VEDS ile UEDS teknolojilerinin EA ve HEA'larda kullanımının avantaj ve dezavantajları deneysel olarak ortaya konmaktadır.

Abstract:
Electric and hybrid electric vehicle technologies are developing at a great speed. These vehicles are environmentally friendly with low carbon emissions and efficient with low energy consumption. The most important obstacle to the widespread usage of these vehicles is the short range problem. Vehicle manufacturers are forced to produce long range vehicles with low costs. Another point is that the batteries used in vehicles need a much longer charge time than the fill up the fuel, which is a big problem especially for electric vehicles on long-haul journeys. To overcome these problems, there are a large number of productivity enhancing application and development studies on increasing the range of the vehicle with available battery capacity. The most useful and preferred tehcnology is regenerative braking systems in EVs and HEVs. The highest energy loss occurs during acceleration and deceleration (braking). With the regenerative braking system, the kinetic energy of the vehicle is stored during deceleration and reused during acceleration.  
In this thesis study, the Flywheel Energy Storage System (FESS) is proposed to store the regenerative braking energy instead of conventional storage system like battery., The FESS unit, which operates on the principle of electrical energy transfer is proposed as an alternative to the mechanical energy transferred FESS. Within the scope of the study, four FESS production with different speeds, masses and energy storage capacities are realized and performance analyzes of these systems are performed.

Another method for storing the regenerative braking energy is the Ultra-Capacitor Energy Storage System (UESS). Performance tests of the UESS technology in EVs and HEVs are also performed in this study.

As a result, the advantages and disadvantages of using VEDS and UEDS technologies in EA and HEA are empirically performed.