Yüksek gerilimli batarya sistemi ve yönetim algoritması
High voltage battery system and management algorithm
Yazar: FIRAT YARAT
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, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Elektrikli araçların popülaritesinin artmasıyla birlikte, kullanıcıların beklentilerini karşılayacak fonksiyonelliklere yönelik talepler de artmaktadır. Bu durum, artan elektriksel güç ihtiyacını karşılamak amacıyla düşük gerilimli batarya sistemlerinin yerini daha yüksek gerilimli batarya sistemlerinin almasını zorunlu kılmaktadır. Ayrıca, uzun menzil ve üstün sürüş performansı için enerji yoğunluğu yüksek batarya teknolojilerine duyulan ihtiyaç artmaktadır. Günümüz teknolojisinde lityum iyon (Li-ion) bataryalar en önemli seçenek olarak öne çıkmaktadır. Li-ion bataryaların verimli kullanımı, hücre seviyesinde belirlenen güvenlik sınırları içinde çalıştırılmasını gerektirmektedir. Bu sınırların dışında çalıştırılması, batarya hücresinin aşırı yıpranmasına (yaşlanma) yol açabilmektedir. Bu nedenle, batarya hücre gerilimi sürekli olarak kontrol altında tutulmaktadır. İstenilen gerilim seviyesine ulaşabilmek için batarya hücreleri seri olarak bağlanmakta, sistem güç ihtiyacına göre batarya kapasitesi belirlenmekte ve bu kapasiteye ulaşmak için batarya hücreleri paralel olarak bağlanmaktadır. Batarya sisteminde kullanılan hücre sayısı arttıkça, sistem karmaşıklığı artmakta ve kontrolü zorlaşmaktadır. Bu tasarımda, pasif hücre dengeleme algoritmasını içeren batarya paketleri tasarlanmıştır. Bu batarya paketleri, seri bağlanarak istenilen gerilim ve kapasite değerlerine ulaşmıştır. Sistemin daha güvenli ve verimli işleyebilmesi için koruma elemanları entegre edilmiştir. Ayrıca, batarya paketleri seviyesinde dengelenmenin sağlanması amacıyla DC/DC Dönüştürücü tabanlı aktif dengeleme sistemi geliştirilmiştir.

Abstract:
With the rise in popularity of electric vehicles, there is an increasing demand for functionalities that meet users' expectations. This situation necessitates the transition from low-voltage battery systems to higher-voltage battery systems to satisfy the growing electrical power requirements. Furthermore, there is an increasing need for high energy density battery technologies to achieve long range and superior driving performance. In today's technology, lithium-ion (Li-ion) batteries emerge as the most significant option. Efficient use of Li-ion batteries requires operation within the safety limits determined at the cell level. Operating outside these limits can lead to excessive wear (aging) of the battery cell. Therefore, the battery cell voltage is continuously monitored. To reach the desired voltage level, battery cells are connected in series, the battery capacity is determined based on the system's power needs, and to achieve this capacity, battery cells are connected in parallel. As the number of cells used in the battery system increases, the complexity of the system increases, making control more challenging. In this design, battery packs incorporating a passive cell balancing algorithm have been devised. These battery packs have achieved the desired voltage and capacity values by being connected in series. For a safer and more efficient operation of the system, protection components have been integrated. In addition, a DC/DC Converter-based active balancing system has been developed to achieve balancing at the battery pack level.