Batarya yönetim sistemleri için yeni bir hücre dengeleme sistemi tasarımı
Design of a new cell balancing system for battery management systems
Yazar: DAVUT KOÇYİĞİT
Danışman: DOÇ. DR. UMUT ENGİN AYTEN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektronik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Lityum iyon piller, günümüz elektrikli araçlarında yaygın olarak enerji depolama 
sistemleri (EDS) olarak kullanılmaktadır. Enerji depolama sistemlerinin kontrol 
edilmesi ve düzgün bir şekilde çalışması için depolama sistemlerine batarya 
yönetim sistemleri entegre edilir ve bu şekilde sistemin verimi arttırılmış olur. 
Günümüz teknolojisi baz alındığında, batarya yönetim sistemleri hücre ve 
modüllerden oluşan batarya paketlerinin vazgeçilmez bir parçası haline gelmiştir. 
Aynı zamanda, batarya yönetim sistemlerinde bulunan önemli fonksiyonlardan biri 
olan hücre dengeleme sistemleri günümüzde her batarya yönetim sistemine entegre 
edilir. Aşırı şarj ve deşarj durumlarından bataryayı korumak için seri bağlı hücreler 
veya modüller arasında dengeleme sistemleri oluşturulmuştur. Elektrikli araçlarda 
batarya hücrelerinin ve modüllerinin düzgün çalışabilmesi için hücreler arası ve 
modüller arası gerilimlerin sürekli şekilde dengede tutulması gereklidir. Hücre ve 
modüllerdeki kapasite, sıcaklık ve yaşlanma dengesizlikleri, araca verilebilecek 
enerji miktarını sınırlar. Bu tez çalışmasında, hibrit dengeleme adı verilen, hücre 
düzeyinde pasif dengeleme ve modül düzeyinde aktif dengelemenin maliyet 
etkinliğini sağlarken aynı anda batarya kapasitesinin maksimum düzeyde 
kullanılmasını sağlayan yeni bir batarya dengeleme sistemi önerilmiştir. Batarya 
paketi bir dizi modülden oluşur, modüller ise kendi içerlerinde bir dizi seri bağlı 
hücreden oluşur, modüller arasında aktif dengelemeyi gerçekleştiren modül 
düzeyinde anahtarlamalı kondansatör ile birlikte bir modülün içerisinde seri bağlı 
hücreler düzeyinde pasif dengeleme gerçekleştirilir. Aktif ve pasif dengelemenin 
aynı anda çalıştığı bir dengeleme yapılır. Stratejiye hibrit dengeleme adı verilir, 
çünkü sıcaklık ve SOC dengelemesi ile birlikte enerji kayıplarının en aza 
indirilmesi dahil olmak üzere geleneksel dengeleme sistemlerinin ötesinde bir 
dengeleme stratejisi izler. Bu tez kapsamında, bir lityum iyon pil takımı üzerinde 
uygulanan hibrit dengeleme sistemi için tasarım detayları ve simülasyon sonuçları 
sunulmuştur. 
Anahtar Kelimeler: Hibrit batarya dengeleme sistemi, otomotiv sistemleri, 
batarya yönetim sistemi, pasif dengeleme, aktif dengeleme.

Abstract:
Nowadays, lithium-ion batteries are widely used as energy storage systems (ESS) 
in electric vehicles. Battery management systems are integrated into the storage 
systems in order to control and properly operate the energy storage systems to reach 
the sufficient efficiency of the system. Based on today's technology, battery 
management systems have become an indispensable part of battery packs consisting 
of cells and modules. At the same time, cell balancing systems, one of the important 
functions in battery management systems, are integrated into every battery 
management system today. In order to protect the battery from over-charging and 
over-discharging, balancing systems have been created between cells or modules 
connected in series. Battery cells and modules must be constantly balanced in order 
to work properly. Capacity, temperature and aging imbalances in cells and modules 
limit the amount of power that can be supplied to the vehicle. Based on this 
problem, a hybrid balancing system has been proposed as a solution to this issue, 
combining passive balancing at the cell level with active balancing at the module 
level while maximizing battery capacity at the same time. The battery pack consists 
of a series of modules, while the modules themselves consist of a series of cells 
connected in series, passive balancing is performed at the level of cells connected 
in series inside a module, with a module-level switched capacitor which performs
active balancing between the modules. Active and passive balancing are performing 
the balancing process at the same time. The strategy is called hybrid balancing 
because it pursues goals beyond traditional state of charge equalization, including 
temperature and energy capacity equalization and minimizing energy losses. This 
thesis presents design details and simulation results for a hybrid balancing system 
on a lithium-ion battery pack.
Keywords: Hybrid battery balancing system, automotive systems, battery 
management system, passive balancing, active balancing.