Aktif ve pasif dengeleme yapabilen çoklu kurşun asit batarya yönetim sistemi tasarımı
Multiple lead acid battery management system design, capable of active and passive balancing
Yazar: MUHAMMET YİĞİTER
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSEYİN OKTAY ALTUN ; PROF. DR. SİNAN KIVRAK
KTO Karatay Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Balans sistemleri = Balance systems ; Batarya termal yönetim sistemi = Battery thermal management system ; Kurşun asit batarya = Lead acid battery

Özet:
Günümüzde enerji depolama sistemlerine çokça ihtiyaç duyulmaktadır. Kurşun asit batarya paketleri uygun kullanım koşulları nedeni ile enerji depolama sistemlerinde sıkça kullanılmaktadır. Her batarya paketinde olduğu gibi kurşun asit bataryaların şarjları esnasında bazı problemler yaşanmaktadır. Seri paralel bağlı kurşun asit batarya paketleri şarj olduktan sonra hücre gerilimleri eşit kalmamaktadır. Dengesizlik bazı hücrelerin aşırı şarj olmasına sebep olurken bazı bataryaların tam şarj olmasına mani olmaktadır.  Batarya paketlerinin şarjlarında oluşan bu problemler akü ömürlerini ve performanslarını büyük ölçüde etkilemektedir. Yapılan araştırmalar dengeleme sistemi olmayan batarya paketi ömürlerinin neredeyse yarı yarıya kısalabileceğini göstermektedir. Şarj cihazları bu problemleri fark edemedikleri için dengeleme, koruma ve takip devreleri tasarlanmıştır. Bu tasarımlara batarya yönetim sistemi (BMS) denilmektedir. 
Bu tezde 12V 4 adet seri bağlı kurşun asit bataryalar için hem aktif hem pasif dengeleme metodu uygulanmıştır.  Kullanılan aktif dengeleme sisteminin görevi, şarj olurken SOC değeri ortalamanın altında kalan hücrelere batarya paketinden enerji transferini sağlamaktır. Bu enerji transferi sayesinde batarya paketi sürekli dengede kalır. Yapılan deneylerde sistemin 120 dakika içerisinde dengeleme işlemini gerçekleştirdiği görülmektedir. Pasif dengeleme sisteminin görevi bataryaların şarjı esnasında  aşırı gerilime ulaşması durumunda şönt direnç kullanarak fazla enerjiyi ısıya dönüştürmektir. 14.8V ve üzeri değere sahip gerilimler bataryaların normal çalışma aralığının dışındadır. Sistem sadece bu gerilimlerde devreye girmektedir. Pasif dengeleme, sisteme bağlı koruyucu görev için kullanılmaktadır. Yüksek gerilimlere ulaşmadan çalışmaması, diğer pasif dengeleme sistemlerinden daha verimli çalışmasına olanak sağlamaktadır. Ayrıca batarya sıcaklıklarının takibi için dijital sıcaklık sensörleri kullanılmıştır. Sistem bataryaların aşırı sıcaklıklara ulaşması durumunda aktif dengelemeyi durdurabilir, kullanıcıyı uyarabilir ve ek olarak şarj cihazını kapatabilir.

Abstract:
Today, energy storage systems are needed a lot. Lead acid battery packs are frequently used in energy storage systems due to appropriate conditions of use. As in any battery package, there are some problems during the charging of lead acid batteries. The cell voltages are not equal after charging the series and parallel connected lead acid battery packages. The imbalance causes overcharge of some cells, while some batteries prevent full charge. These problems, which occur in the charging of battery packages, greatly affect the life and performance of the battery. Research shows that the battery package without a balancing system can be shortened by almost half. Charging devices cannot notice these problems. Therefore, protection and follow -up circuits are designed. These designs are called Battery Management System (BMS).
In this thesis, both active and passive balancing methods were applied for 12V 4 series of lead acid batteries. The task of the active balancing system used is to provide energy transfer from the battery pack to the cells below the average of the SOC value. Thanks to this energy transfer, the battery pack remains constantly in balance. In the experiments, it is seen that the system performs the balancing process within 120 minutes. The task of the passive balancing system is to convert excess energy into heat by using shunt resistance if the batteries reach excessive voltage during charging. Voltages of 14.8V and above are outside the normal operating range of the batteries. The system is activated in these voltages. Passive balancing acts as a protective task connected to the system. The fact that it does not work without reaching high voltages allows it to work more efficiently than other passive balancing systems. In addition, digital temperature sensors were used to monitor battery temperatures. If the system reaches extreme temperatures, the system can stop active balancing, stimulate the user, and can in stop the charger.