Elektrikli araçlar için aktif batarya dengeleme sistemi
Design of active battery balance system for electric vehicles
Yazar: ELİF KILINÇ
Danışman: DOÇ. DR. FATİH ŞAHİN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Otomotiv Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Otomotiv Mühendisliği = Automotive Engineering
Dizin: Aktif dengeleme = Active balance ; Batarya termal yönetim sistemi = Battery thermal management system ; Dönüştürücüler = Transformers

Özet:
Günümüzde elektrikli araç teknolojisi önemli bir yere sahiptir. Elektrikli araçların temel hareket enerjisini bataryalar oluşturmaktadır. Bataryaların şarj ve deşarj döngülerinde uygun çalışma aralığında kalabilmesi için bir batarya yönetim sistemi gerekmektedir. Batarya yönetim sistemleri batarya paketinde bulunan hücrelerin kontrolünü sağlamakla birlikte bataryaların özdeş seviyede şarj ve deşarj olmasını düzenlemektedir. Bataryaların eşit bir şekilde şarj ve deşarj olabilmesi için batarya dengeleme sistemleri kullanılmaktadır. Pasif ve aktif dengeleme olmak üzere iki çeşit dengeleme sistemi vardır. Çalışmada elektrikli araçlar için genişletilmeye uygun prototip bir batarya yönetim sistemi tasarımı yapılmıştır. Geliştirilen batarya yönetim sisteminde dönüştürücü esaslı aktif dengeleme sistemlerinin bir çeşidi olan çift yönlü flyback dönüştürücü tasarımı yapılmıştır. Geliştirilen sistemde 6 tane 18650 lityum iyon 2200 mAh kapasiteli hücreler kullanılmıştır. Her batarya hücresi bir hücre kartına sahiptir. Hücre kartı bataryanın gerilim, akım, SOC ve dengeleme değerlerini CAN haberleşme üzerinden ana kontrol kartına göndermektedir. Ana kontrol kartı bu bilgiler ile hücrelerin nominal çalışma aralığında olmasını ve dengeleme sisteminin kontrolünü sağlamaktadır. Batarya dengeleme sisteminin kontrolünde bulanık mantık denetleyici kullanılmıştır. Geliştirilen sistemde 6 hücreden oluşan batarya paketine dengeleme devresi olmadan ve dengeleme devresi kullanılarak farklı akım değerlerinde şarj ve deşarj testleri yapılmıştır. Dengeleme sistemi olmadan yapılan test sonucunda bataryaların kapasitesinin tam kullanılamadığı ve bununda toplam paket kapasitesini olumsuz etkilediği sonucuna ulaşılmıştır. Dengeleme sistemi ile yapılan testler sonucunda hücreler dengeye ulaşmış, paket şarj süresi kısaldığı ve deşarj kullanım süresinin arttığı görülmüştür. Yapılan çalışma sonucunda batarya yönetim sistemlerinin önemli olduğu görülmüştür. Tasarlanan çift yönlü flyback dönüştürücünün batarya dengeleme sistemlerinde kullanıma uygun olduğu sonucuna ulaşılmıştır.

Abstract:
Today, electric vehicle technology has an important place. Batteries constitute the main energy of movement of electric vehicles. A battery management system is required in order to keep the batteries in the proper operating range during charge and discharge cycles. Battery management systems control the cells in the battery pack and regulate the charging and discharging of the batteries at the same level. Battery balancing systems are used so that the batteries can be charged and discharged evenly. There are two types of balancing systems, passive and active balancing. In the study, a prototype battery management system suitable for extension for electric vehicles has been designed. In the developed battery management system, a bidirectional flyback converter, which is a type of converter-based active balancing systems, was designed. In the developed system, 6 18650 lithium ion cells with a capacity of 2200 mAh were used. Each battery cell has a cell board. The cell card sends the voltage, current, SOC and balancing values of the battery to the main control card via CAN communication. With this information, the main control card ensures that the cells are within the nominal operating range and that the balancing system is controlled. Fuzzy logic controller is used to control the battery balancing system. In the developed system, charge and discharge tests at different current values were carried out on the battery pack consisting of 6 cells, without balancing circuit and using the balancing circuit. As a result of the test performed without the balancing system, it was concluded that the capacity of the batteries could not be used fully and this negatively affected the total package capacity. As a result of the tests made with the balancing system, the cells have reached equilibrium, it has been observed that the charging time of the pack is shortened and the discharge usage time is increased. As a result of the study, it has been seen that battery management systems are important. It has been concluded that the designed bidirectional flyback converter is suitable for use in battery balancing systems.