Elektrikli araçlar için akıllı batarya yönetim sisteminin tasarımı ve uygulaması
Design and implementation of an intelligent battery management system for electric vehicles
Yazar: İSMAİL CAN DİKMEN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. TEOMAN KARADAĞ
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Batarya termal yönetim sistemi = Battery thermal management system ; Elektrikli araçlar = Electric vehicles ; Makine öğrenmesi = Machine learning ; Yeniden kazanma = Recycling

Özet:
Doktora tez çalışmasında, farklı kimyalara sahip bataryaların üstün özelliklerinin bir arada kullanılarak, elektrikli araçlar için batarya kimyasını tanıyıp, uygun yönetim parametrelerini otomatik olarak uygulayabilen akıllı bir batarya yönetim sisteminin özgün donanım ve yazılım tasarımı, geliştirilmesi ayrıca prototip üretimleri yapılmıştır. Literatürde elektrikli araçlarda kullanılan pillerin kimyaları incelendiğinde; bunların nikel kadmiyum (NiCd), nikel-metal hidrit (NiMH), lityum nikel kobalt alüminyum oksit (NCA), lityum demir fosfat (LFP), lityum titanyum oksit (LTO) ve lityum sülfür (LiS) olduğu tespit edilmiştir. Bu nedenle pil kimyasını belirleme algoritması, üretilen elektronik devre kartlarının donanım parametreleri ve yazılımlar bu pil kimyaları temel alınarak geliştirilmiştir. Batarya kimyasının elektronik olarak belirlenebilmesi için, istatistiksel analiz temelli bir yaklaşım izlenerek geliştirilen algoritma sayesinde, beş farklı batarya kimyasının birkaç saniye içerisinde %100 doğrulukla belirlenmesi sağlanmıştır. Bataryanın kimyasını tespit edebilen donanım ve yazılım aynı zamanda uygun yönetim parametrelerini otomatik olarak ayarlayabilmekte; bu sayede çoklu kimyalı batarya yönetimini desteklemektedir. Farklı batarya kimyalarının üstün özelliklerinin bir arada kullanımına olanak veren bir yapıya sahip olmasının yanı sıra, bu özelliklerden en uygun anda faydalanabilmek için tasarlanan bir anahtarlama mekanizmasının etkinliği de yapılan simülasyon çalışması ile ortaya koyulmuştur. Tüm bu özellikler, geliştirilen özgün yazılımı ve donanımı sayesinde kullanıcı dostu dokunmatik bir ekran üzerinden kontrol edilebilmektedir. Çalışma üç aşamada icra edilmiştir. Birinci aşama TÜBİTAK 1512 programı çerçevesinde desteklenmiş, donanım ve yazılımın birinci sürümleri geliştirilmiştir. İkinci aşamada İnönü Üniversitesi BAP Birimi tarafından Öncelikli Alan projesi kapsamında desteklenmiş, donanım ve yazılımın ikinci sürümleri geliştirilmiştir. Üçüncü aşamada ise yine BAP Doktora Tez projesi kapsamında desteklenmiş, donanım ve yazılımın üçüncü ve son sürümleri geliştirilmiştir. Geliştirilen batarya yönetim sistemi, literatürde yer alan diğer batarya yönetim sistemleri ile fonksiyon temelli olarak karşılaştırmalı sunulmuştur.

Abstract:
In this thesis, unique hardware/software design, development, and prototyping of a new generation intelligent battery management system for electric vehicles were carried out. The system can determine the battery chemistry and automatically apply the appropriate management parameters aiming to take advantage of the superior properties of different batteries chemistries in conjunction. When the battery chemistries used in electric vehicles is examined in the literature; these were determined to be NiCd, NiMH, NCA, LFP, LTO and LiS. Therefore, battery chemical composition determination algorithm, software and hardware parameters of prototype electronic circuit boards have been determined based on these battery chemistries. Thanks to the algorithm developed by following a statistical analysis-based approach to determine the battery chemical composition, five different battery chemistries have been identified with 100% accuracy within a few seconds. The hardware and software, which can determine the chemical composition of the battery, can also automatically adjust the appropriate management parameters; in this way, it supports multi-chemistry battery management. In addition to allowing the use of superior features of different battery chemistries together, the effectiveness of a switching mechanism designed to benefit from these features at the most appropriate time has also been demonstrated by the simulation study. All these features can be controlled via a user-friendly touch screen, thanks to the original software and hardware developed. The dissertation study was carried out in three stages. The first phase was supported within the framework of the TÜBİTAK 1512 program. In the second stage, it was supported by the BAP Unit of İnönü University within the scope of the Priority Area project. In the third stage, it was supported within the scope of the BAP Doctoral Thesis project and at each stage, the first, second and third versions of the hardware and software were developed, respectively. The developed battery management system is presented in comparison with other battery management systems in the literature based on its functions.