Batarya yönetim sistemleri için hücre dengeleme devresi tasarımı
Cell balancing circuit design for battery management systems
Yazar: NAZIM ELMALI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA YAZ
Yozgat Bozok Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Batarya termal yönetim sistemi = Battery thermal management system ; Dengeleme = Balancing ; Hücre dengeleme = Cell balancing

Özet:
Elektrik enerjisi, insan yaşamını kolaylaştıran icatların başında gelmektedir. Elektrik enerjisinin kullanımı düşünüldüğünde, elektrikle çalışan cihazlar şebekenin olmadığı ortamlarda depolanmış elektrik enerjisine ihtiyaç duymaktadır. Bu ihtiyaç doğrultusunda pil teknolojisi ortaya çıkmış ve bu alanda birçok çalışmalar yapılarak çeşitli elektrik bataryaları geliştirilmiştir. Batarya teknolojilerinin gelişmesi ve ucuzlamasıyla, otomobillerde kullanılan içten yanmalı motorların yerine elektrik motorlarının tercih edilmesine olanak sağlanmış ve insanoğlunun hayatında çok önemli yer edinen icatlardan olan otomobillerde de elektrik bataryaları kullanılmaya başlamıştır. Elektrik bataryaları sadece otomotiv sektöründe değil, deniz araçları ve havacılık teknolojileri gibi birçok alanda da kullanılmaktadır. Bu gelişmeler doğrultusunda büyük batarya paketlerinin kullanım alanları her geçen gün artmaktadır. Büyük batarya paketleri tasarlanırken batarya paketlerinin verimli ve güvenli bir şekilde çalıştırılabilmesi için Batarya Yönetim Sistemlerine (BYS) ihtiyaç duyulmaktadır. Bataryaların uzun ömürlü ve verimli bir şekilde kullanılması için batarya yönetim sistemlerinin en önemli bileşenlerinden olan hücre dengeleme sistemleri ön plana çıkmaktadır.
Bu çalışmada batarya çeşitleri, batarya yönetim sistemleri, hücre dengeleme yöntemleri araştırılmış ve iki çeşit dengeleme yöntemi tasarlanmıştır. Yapılan çalışmada aynı batarya paketi için pasif ve aktif dengeleme devresi tasarlanmış ve bu iki dengeleme devresi de simülasyon ortamında modellenerek çalıştırılmış elde edilen sonuçlar karşılaştırılarak analiz edilmiştir.
Bu çalışmanın amacı, batarya yönetim sistemlerinin en önemli bileşenlerinden biri olan hücre dengeleme yöntemlerini araştırmak ve tasarlanan dengeleme devreleri ile optimum verimi elde etmek için karşılaştırmalar yapmaktır. Elde edilen sonuçlarda tasarlanan aktif dengeleme yönteminin pasif dengeleme yöntemine kıyasla birçok noktada daha avantajlı olduğu ortaya çıkmıştır.

Abstract:
Electrical energy is one of the inventions that make human life easier. Considering the use of electrical energy, electrically powered devices require stored electrical energy in environments where there is no network. In line with this need, battery technology has emerged and various electrical batteries have been developed by making many studies in this field. With the development and cheapening of battery technologies, electric motors have been preferred instead of internal combustion engines used in automobiles, and electric batteries have begun to be used in automobiles, which are one of the inventions that have a very important place in human life. Electric batteries are used not only in the automotive industry, but also in many areas such as marine vehicles and aviation technologies. In line with these developments, the usage areas of large battery packs are increasing day by day. While large battery packs are being designed, Battery Management Systems (BMS) are needed to operate battery packs efficiently and safely. Cell balancing systems, which are one of the most important components of battery management systems, come to the fore in order to use batteries in a long-lasting and efficient manner.
In this study, battery types, battery management systems, cell balancing methods were investigated and two types of balancing methods were designed. In the study, passive and active balancing circuits were designed for the same battery pack, and these two balancing circuits were modeled in the simulation environment and the results obtained were compared and analyzed.
The aim of this study is to investigate cell balancing methods, which is one of the most important components of battery management systems, and to make comparisons with designed balancing circuits to achieve optimum efficiency. In the results obtained, it has been revealed that the designed active balancing method is more advantageous in many points compared to the passive balancing method.