Elektrikli araçlar için iyileştirilmiş pasif dengeleme yöntemi ile tasarlanan batarya yönetim sisteminin gerçek-zamanlı uygulaması
Elektrikli araçlar için iyileştirilmiş pasif dengeleme yöntemi ile tasarlanan batarya yönetim sisteminin gerçek-zamanlı uygulaması
Yazar: İnan, Remzi; Güçkıran, Muhammed; Altınışık, Yunus Emre; Tek, Salih; Potuk, Mesut
Dergi: Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Vol. 38 No. 3, 2021
Anahtar kelimeler: Engineering ; Mühendislik ; Lityum-iyon pil,batarya yönetim sistemi,pasif dengeleme,elektrikli araç,STM mikrodenetleyiciler

Bu çalışma kapsamında, silindirik lityum-iyon hücrelerin birleşiminden oluşan batarya paketi tasarımı ile birlikte iyileştirilmiş pasif dengeleme tekniği kullanılarak hücrelerin daha verimli bir şekilde şarj-deşarj işlemini gerçekleştirebilmesine izin veren bir batarya yönetim sistemi (BYS) önerilmiştir. Yanlış bağlantı, harici müdahale ile oluşan istenmeyen kısa devre durumu, olumsuz çevre şartları, imalattan kaynaklı ve tamamen homojen yapıda olmayan bataryaların kullanımı batarya paketi için risk oluşturmaktadır. Bu durumlardan dolayı oluşabilecek olan aşırı sıcaklık, şarj-deşarj ve kısa devre kaynaklı aşırı akım ve aşırı gerilim gibi olumsuzluklar anında, BYS sisteme müdahale edebilir ve görüntülü/sesli uyarı verebilir olmalıdır. Verimlilik açısından ise hücre gerilim değerlerinin birbirine yakın olarak hatta aynı düzeyde kullanılması önem teşkil etmektedir. Bu amaçla pasif dengeleme yöntemi sayesinde her şarj aşamasında hücrelerin gerilim düzeyleri, batarya çeşidi ve karakteristikleri göz önünde bulundurularak özgün olarak belirlenen eşik değerlerde dengelenmesi esas alınmıştır. Önerilen BYS’de merkezi ve ikincil mikrodenetleyici olarak ARM tabanlı STM32F103 tercih edilmiştir. Proje kapsamında olabildiğince yüzey montajlı malzemelerin kullanılması ile çift katman yapılı olarak gerçekleştirilen elektronik kart tasarımları, genel olarak batarya paketinin içerdiği enerji yoğunluğu ve sistem özellikleri de düşünüldüğünde oldukça ergonomik bir gerçek-zamanlı batarya yönetim sistemi elde edilmiştir. Ayrıca batarya paketinin tasarımı, kullanılmak istenen sistemin durumuna göre paralel modül sayılarının eklenip çıkarılabilmesi sayesinde de önerilen batarya yönetim sisteminin özellikle akım kapasitesi anlamında uyarlanabilir bir yapı sergilemesine olanak sağlamaktadır. Önerilen sistemin başarısı, gerçek-zamanlı bir elektrikli araç üzerinde kullanılarak test edilmiştir.

Bu çalışma kapsamında, silindirik lityum-iyon hücrelerin birleşiminden oluşan batarya paketi tasarımı ile birlikte iyileştirilmiş pasif dengeleme tekniği kullanılarak hücrelerin daha verimli bir şekilde şarj-deşarj işlemini gerçekleştirebilmesine izin veren bir batarya yönetim sistemi (BYS) önerilmiştir. Yanlış bağlantı, harici müdahale ile oluşan istenmeyen kısa devre durumu, olumsuz çevre şartları, imalattan kaynaklı ve tamamen homojen yapıda olmayan bataryaların kullanımı batarya paketi için risk oluşturmaktadır. Bu durumlardan dolayı oluşabilecek olan aşırı sıcaklık, şarj-deşarj ve kısa devre kaynaklı aşırı akım ve aşırı gerilim gibi olumsuzluklar anında, BYS sisteme müdahale edebilir ve görüntülü/sesli uyarı verebilir olmalıdır. Verimlilik açısından ise hücre gerilim değerlerinin birbirine yakın olarak hatta aynı düzeyde kullanılması önem teşkil etmektedir. Bu amaçla pasif dengeleme yöntemi sayesinde her şarj aşamasında hücrelerin gerilim düzeyleri, batarya çeşidi ve karakteristikleri göz önünde bulundurularak özgün olarak belirlenen eşik değerlerde dengelenmesi esas alınmıştır. Önerilen BYS’de merkezi ve ikincil mikrodenetleyici olarak ARM tabanlı STM32F103 tercih edilmiştir. Proje kapsamında olabildiğince yüzey montajlı malzemelerin kullanılması ile çift katman yapılı olarak gerçekleştirilen elektronik kart tasarımları, genel olarak batarya paketinin içerdiği enerji yoğunluğu ve sistem özellikleri de düşünüldüğünde oldukça ergonomik bir gerçek-zamanlı batarya yönetim sistemi elde edilmiştir. Ayrıca batarya paketinin tasarımı, kullanılmak istenen sistemin durumuna göre paralel modül sayılarının eklenip çıkarılabilmesi sayesinde de önerilen batarya yönetim sisteminin özellikle akım kapasitesi anlamında uyarlanabilir bir yapı sergilemesine olanak sağlamaktadır. Önerilen sistemin başarısı, gerçek-zamanlı bir elektrikli araç üzerinde kullanılarak test edilmiştir.