Comprehensive Review on Modern Electric Vehicles: Analysis of Technology Types, Charging Systems, Battery Technologies, Charging Topologies, and Architectural Design of Charging Stations

Öz

The transportation sector constitutes one of the most intensive domains of fossil fuel consumption. While the utilization of fossil-based fuels within this sector has long been regarded as indispensable, the finiteness of reserves, their detrimental environmental consequences, and the substantial economic burden they impose have rendered a transition toward alternative energy paradigms unavoidable. Against this backdrop, contemporary technological trajectories increasingly emphasize the development and deployment of electrically powered vehicles designed to maximize energy efficiency, thereby mitigating dependence on petroleum-based resources. This study is organized into seven sections and aspires to examine the phenomenon of electric vehicles whose strategic significance has been steadily rising in recent years from a comprehensive and integrative perspective. Within this framework, the research provides a systematic analysis of the historical evolution of electric vehicles, their structural and functional characteristics, diverse technological configurations, battery innovations, charging infrastructures, and standardization processes. Moreover, a thorough and methodologically rigorous literature synthesis is presented on power electronics converter topologies employed in the AC/DC rectification stages of architectural charging stations.

Anahtar Kelimeler

• Electric vehicles
• charging types
• AC/DC converter
• battery technology

Günümüz Elektrikli Araçlar Üzerine Derleme: Teknoloji Türleri, Şarj Sistemleri, Batarya Teknolojileri, Şarj Topolojileri ve Şarj İstasyonlarının Mimarı Yapısı Hakkında Genel Ölçekte Analiz

Öz

Fosil kaynaklı yakıtların en yoğun kullanım alanlarından biri ulaşım sektörüdür. Her ne kadar ulaşım sektöründe fosil kaynaklı yakıtların kullanımı vazgeçilmez addedilse de fosil kaynaklarının sınırlı sayıda rezervinin bulunması, çevreye zarar vermesi, fazla maliyet oluşturması gibi başlıca gerekçeleri barındırması hasebiyle fosil yakıt kaynaklı araçlar alternatif enerji kaynaklarına yönelimi zorunlu kılmıştır. Bu kapsamda, günümüz teknolojisi petrol kaynaklı tüketimi en aza indirgemek için elektrik enerjisiyle ve maksimum verimlilikle çalışan araçların üretimine eğilim hız kazanmaktadır. Bu makale çalışması, yedi bölümden oluşmaktadır. Çalışma günümüzde önemi giderek artan elektrikli araçlara bütüncül bir perspektifle ele alınmayı amaçlamaktadır. Çalışma kapsamında, elektrikli araçların tarihsel gelişim süreci, yapısal özellikleri, farklı teknoloji türleri, batarya teknolojileri, şarj sistemleri ve şarj standartları ayrıntılı biçimde incelenmiştir. Ayrıca, mimari şarj istasyonlarının AA/DA doğrultucu aşamalarında kullanılan güç elektroniği dönüştürücü topolojileri üzerine gerçekleştirilen literatür taraması, kapsamlı ve sistematik bir şekilde sunulmuştur.

Anahtar Kelimeler

• Elektrikli araçlar
• şarj tipleri
• AA/DA dönüştürücü
• batarya teknolojisi

Kaynakça

1. Malima GC. Adoption of electric cars in sub-Saharan Africa: Understanding consumers' choice behaviour in urban Tanzania. Research in Tran Bus & Man 2025; 62: 101437.
2. Kubiczek J, Hadasik B. Segmentation of passenger electric cars market in Poland. World Elec Veh Jour 2021; 12(1): 23.
3. Gupta S, Perveen R. Fuel cell in electric vehicle Mater Today Pro 2023; 79(2): 434-437 .
4. Larminie J, Lowry, J. Electric vehicle technology explained. Second edition: John Wiley & Sons,2012.
5. Mumcu İ, Elektrikli araçlar için güneş enerjisi ile çalışan şarj istasyon ağı kurma. Yüksek Lisans Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi, İstanbul, 2019.
6. Kocabey S. Elektrikli otomobillerin dünü, bugünü ve geleceği. Ak Ulaş Sistem ve Uyg Dergisi 2018; 1(1): 16-23.
7. Guirong Z, Henghai Z, Houyu L. The driving control of pure electric vehicle. Pro Environ Sci 2011;10: 433-438.
8. Gelmanova ZS, Zhabalova GG, Sivyakova GA, Lelikova ON, Onishchenko ON, Smailova AA, Kamarova SN.Electric cars. Advantages and disadvantages. In J of Physics: Con Ser; May 2018.

9. Chen Q, Xu J, Wang L, Huang R, Ma H. Analysis and improvement of the effect of distributed parasitic capacitance on high-frequency high-density three-phase buck rectifier. IEEE Trans on Pow Elec 2021; 36(6): 6415-6428.
10. Greul R, Round SD, Kolar JW. Analysis and control of a three-phase, unity power factor Y-rectifier. IEEE Trans on Power Ele 2007; 22(5): 1900-1911.
11. Friedli T, Hartmann M, Kolar JW. The essence of three-phase PFC rectifier systems-Part II. IEEE Trans on Power ele 2013; 29(2): 543-560.
12. Mallik A, Ding W, Shi C, Khaligh A. Input voltage sensorless duty compensation control for a three-phase boost PFC converter.IEEE Trans on Ind Ap 2017; 53(2): 1527-1537.
13. Wang Q, Zhang X, Burgos R, Boroyevich D, White AM, Kheraluwala M. Design and implementation of a two-channel interleaved Vienna-type rectifier with> 99% efficiency. IEEE Trans on Pow Elec 2018; 33(1): 226-239.
14. Zhang B, Xie S, Wang X, Xu J. Modulation method and control strategy for full-bridge-based swiss rectifier to achieve ZVS operation and suppress low-order harmonics of injected current. IEEE Trans on Pow Elec 2020; 35(6): 6512-6522.
15. Schrittwieser L, Leibl M, Haider M, Thöny F, Kolar JW, Soeiro TB.99.3% efficient three-phase buck-type all-SiC SWISS rectifier for DC distribution systems. IEEE Trans on Pow Elec 2018; 34(1): 126-140.
16. Özbalcı Ü, Kılıç E. Elektrikli Bir Aracın Batarya Sisteminin Modellenmesi. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üni Müh Bil Dergisi 2019; 22: 64-69.
17. Wilberforce T, El-Hassan Z, Khatib FN, Al Makky A, Baroutaji A, Carton JG, Olabi AG. Developments of electric cars and fuel cell hydrogen electric cars. Intern J of Hydrogen Energy 2017; 42(40): 25695-25734.
18. Ünlü N, Karahan Ş, Tür O, Uçarol H, Özsu E, Yazar A, Turhan L, Akgün F ve diğerleri. Elektrikli Araçlar, TÜBİTAK – Mar Araş Mer: En Sis ve Çev Araş Ens, 2003.
19. Sadeghian O, Oshnoei A, Mohammadi-Ivatloo B, Vahidinasab V, Anvari-Moghaddam A. A comprehensive review on electric vehicles smart charging: Solutions, strategies, technologies, and challenges. J of Energy Storage 2022; 54: 105241.
20. Kaba MY, Kalkan O, Celen A. Elektrikli Araçlarda Kullanılan Bataryalar ve Termal Yönetim Sistemlerinin İncelenmesi. Konya J of Eng Sci 2021; 9(4): 1119-1136.
21. Elektrikli Otomobil Türleri Nelerdir? | BMW Türkiye [Internet] 2025. [cited 2025 April 5]. Available from: https://www.bmw.com.tr/tr/bmw-i-ve-e-mobilite/elektrikli-otomobil-turleri.html.
22. Özcan ÖF, Karadağ T, Altuğ M, Özgüven Ö. Elektrikli araçlarda kullanılan pil kimyasallarının özellikleri ve üstün yönlerinin kıyaslanması üzerine bir derleme çalışması. Gazi University J of Sci Part A: Eng and In 2021; 8(2): 276-298.
23. Özbay H, Közkurt C, Dalcalı A, Tektaş M. Geleceğin ulaşım tercihi: Elektrikli araçlar. Akıllı Ul Sis ve Uygulamaları Dergisi 2020; 3(1): 34-50.
24. Chan CC. The state of the art of electric, hybrid, and fuel cell vehicles. Pro of the IEEE 2007; 95(4): 704-718.
25. Durmuş FS, Kaymaz H. Elektrikli araç şarj yöntemleri. Akıllı Ul Sis ve Uygulamaları Dergisi 2020; 3(2): 123-139.
26. Chan CC. The state of the art of electric and hybrid vehicles. Pro of the IEEE 2002; 90(2): 247-275.
27. Liu R, Dow L, Liu E. A survey of PEV impacts on electric utilities.IEEE PES In Smart Grid Tec Con; In ISGT 2011; Europe; IEEE. pp. 1-8.
28. Martinez CM, Hu X, Cao D, Velenis E, Gao B, Wellers M. Energy management in plug-in hybrid electric vehicles: Recent progress and a connected vehicles perspective. IEEE Trans on Veh Technology 2017; 66(6): 4534-4549.
29. Nas M, Cihangir S. Dünya’da ve Türkiye’de Elektrikli Araçlar ve Şarj İstasyonları Üzerine Son Gelişmeler. Lisans Tezi, Gümüşhane Üniversitesi, Gümüşhane, 2019.
30. Alavi F, Lee EP, Van de Wouw, N, De Schutter B, Lukszo Z. Fuel cell cars in a microgrid for synergies between hydrogen and electricity networks. Ap Energy 2017; 192: 296-304.
31. Muratoğlu Y, Alkaya A. Elektrikli Araç Teknolojisi ve Pil Yönetim Sistemi-İnceleme. Elektrik Mühendisliği 2016; 458: 10-14.
32. Mutarraf MU, Guan Y, Xu L, Su CL, Vasquez JC, Guerrero JM. Electric cars, ships, and their charging infrastructure–A comprehensive review. Sus Energy Tec and As 2022; 52: 102177.
33. Tinğ NS, Aksoy İ, Şahin Y. Elektrı̇klı̇ Araçların Batarya Şarjında Kullanılan Güç Faktörü Düzeltmelı̇ Klası̇k ve Interleaved Yükseltı̇cı̇ Türü Dönüştürücülerı̇n Karşılaştırılması. Emo Bil Dergi 2015. pp. 1–6.
34. Kılıc E. DA-DA yükselten dönüştürücü ile elektrikli araç batarya şarj cihazi tasarimi. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üni Müh Bil Dergisi 2019; 22(4): 281-287.
35. Høyer KG.The history of alternative fuels in transportation: The case of electric and hybrid cars. Ut policy 2008; 16(2): 63-71.
36. Özdemir E, Kayak H. Elektrikli Araç Bataryalarının Sürdürülebilir Yeniden Üretimi ve İkinci Ömür Kullanım Uygulamalarının İncelenmesi. Yekarum 2023; 10(1): 1-30.
37. Gómez JC, Morcos MM. Impact of EV battery chargers on the power quality of distribution systems. IEEE trans on power deli 2003; 18(3): 975-981.
38. Çetin MS, Karakaya B, Gençoğlu M. Elektrikli araçlar için lityum iyon bataryaların modellenmesi. Fırat Üni Müh Bil Dergisi 2021; 33(2): 755-763.
39. Yazıcı V, Özdemir E. Elektrikli Araç Şarj Yöntemleri. 5. Enerji Verimliliği ve Kalitesi Sempozyumu; 23-24 Mayıs 2013; Kocaeli. 288-292.
40. Elektrikli Araç Kaç KM Gider?|Volkswagen [Internet]. 2025[cited 2025 July 25]. Available from: https://binekarac.vw.com.tr/tr/volkswagen-dunyasi-teknolojisi/volkswagen-surus-rehberi/Bilgilendirme/elektrikli-araba-menzili.html.
41. Electric vehicles in Europe,” How are electric vehicles charged? [Internet]. 2016 [cited 2025 July 27]. Available from: https://www.eea.europa.eu/en/analysis/publications/electric-vehicles-in-europe.
42. Sun X, Li Z, Wang X, Li C. Technology development of electric vehicles: A review. Energies 2019; 13(1): 90.
43. Eltoumi F.Charging station for electric vehicle using hybrid sources.Doktora Tezi,Université Bourgogne, Fransa, 2020.
44. Ronanki D, Kelkar A, Williamson SS. Extreme fast charging technology-Prospects to enhance sustainable electric transportation. Energies 2019; 12(19): 3721.
45. Safayatullah M, Elrais MT, Ghosh S, Rezaii R, Batarseh I.A comprehensive review of power converter topologies and control methods for electric vehicle fast charging applications. IEEE Access 2022; 10: 40753-40793.
46. Boulanger AG, Chu AC, Maxx S, Waltz DL. Vehicle electrification: Status and issues. Proc of the IEEE 2011; 99(6): 1116-1138.
47. Sen G, Boynuegri AR, Uzunoglu M. Elektrikli Araçların Şarj Yöntemleri ve Araçların Şebekeyle Bağlantısında Karşılaşılan Problemlere Yönelik Çözüm Önerileri. Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Sempozyumu; FEEB 5-7 Ekim 2011; Elazığ. 357-362.
48. Angelov G, Andreev M, Hinov N. Modelling of electric vehicle charging station for DC fast charging. In 2018 41st Interl Spr Seminar on Elect Technology (ISSE); 2018; Zlatibor; Sırbistan. pp. 1-5.
49. Karapınar F, Daldaban F. Elektrikli araçların şarj yöntemleri ve şarj istasyon tipleri. Erciyes Üni Fen Bil Enstitüsü Fen Bil Dergisi 2022; 38(3): 549-556.
50. Ekici YE, Dikmen İC, Nurmuhammed M, Karadağ T. A review on electric vehicle charging systems and current status in Turkey. Inter J of Automotive Sci And Tecn2021; 5(4): 316-330.
51. Yilmaz M, Krein PT. Review of battery charger topologies, charging power levels, and infrastructure for plug-in electric and hybrid vehicles. IEEE trans on Power Electronics 2013; 28(5): 2151-2169.
52. Mastoi MS, Zhuang S, Munir HM, Haris M, Hassan M, Usman M, Bukhari SSH, Ro JS. An in-depth analysis of electric vehicle charging station infrastructure, policy implications, and future trends. Energy Rep 2022; 8: 11504-11529.
53. Shuguang L, Zhenxing Y, Wenbin L. Design and simulation of coupling coil for ev’s wireless charging system. In 2018 IEEE International Conference on Electronics and Com Eng (ICECE); 10-12 December 2018; IEEE. pp. 115-119.
54. Bi Z, Kan T, Mi CC, Zhang Y, Zhao Z, Keoleian GA. A review of wireless power transfer for electric vehicles: Prospects to enhance sustainable mobility. Applied energy 2016; 179: 413-425.
55. Çelik M, Abut N. Elektrikli Araçlar İçin Kablosuz Şarj Sistemi Simülasyonu. Elektrik-Elektronik ve Biyomedikal Mühendisliği Konferansı; 24-26 Kasım 2022; Bursa. pp. 53.
56. Aditya K. Design and implementation of an inductive power transfer system for wireless charging of future electric transportation. Doktora Tezi, University of Ontario Institute of Technology Oshawa, Ontario, Kanada, 2016.
57. Martínez-Lao J, Montoya FG, Montoya MG, Manzano-Agugliaro F. Electric vehicles in Spain: An overview of charging systems. Ren and Sus Energy Reviews 2017; 77: 970-983.
58. Elektrikli Araçlarda Şarj Sistemleri [Internet] 2024. Available from: https://www.emo.org.tr/ekler/2deb9a79f84b59b_ek.pdf?tipi=2&turu=X&sube=13.