Data Collection And Processing System Design For Lithium Based Batteries

Abstract

With basic definition, batteries are energy storage systems that convert chemical energy into electrical energy. The usage areas of batteries are increasing day by day. The rapid development of mobile technologies in every field has increased the importance of storage systems with high energy density, low volume, and weight. Until 1990, lead acid, Ni-Cd and Ni-MH storage systems were used extensively. However, rapid technological developments in the field of mobile telephony have revealed the need for lighter and higher energy density batteries. Li-Ion batteries have revolutionized mobile devices in this area, and these batteries have spread rapidly in every field where mobility is important. On the other hand, they also caused concern with their dangerous aspects and a series of precautions had to be taken in their use. In order to determine the precautions, the data of the Li-Ion batteries in use should be collected and evaluated. In this study, battery data during charging and discharging by setting up experimental setup were collected and processed. In addition, data of batteries operating under different electrical and temperature conditions were collected. The collected data were used to determine battery performance and calculate capacity level.

Keywords

• Battery
• Data
• Storage
• Energy
• Capacity

Lityum Esaslı Piller İçin Veri Toplama Ve İşleme Sistem Tasarımı

Öz

En basit tanımı ile kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine çeviren pillerin kullanım alanları gün geçtikçe artmaktadır. Savunma sanayiden endüstriyel alana, bireysel kullanımdan toplumsal kullanıma kadar her alanda mobil teknolojilerin hızla gelişmesi, yüksek enerji yoğunluğuna, düşük hacme ve ağırlığa sahip depolama sistemlerinin önemini artırmıştır. 1990 yılına kadar kurşun asit, Ni-Cd ve Ni-MH altyapısına sahip depolama sistemleri yoğun olarak kullanılmakta iken mobil telefon alanında elde edilen hızlı teknolojik gelişmeler, daha hafif ve yüksek enerji yoğunluğuna sahip pil ihtiyacını ön plana çıkarmıştır. Bu konuda Li-Ion piller, mobil cihazlarda bir devrime sebep olmuş ve bu piller, mobilitenin önemli olduğu her alanda hızla yayılmıştır. Li-Ion piller sahip olduğu avantajlar ile yaygınlaşırken, diğer taraftan tehlikeli yönleri ile de endişeye sebep olmuştur ve kullanımında bir dizi önlemlerin alınması zorunluluğunu beraberinde getirmiştir. Önlemlerin belirlenmesi için ise kullanımda olan Li-Ion pillerin verilerinin toplanması ve değerlendirilmesi gerekmektedir. Bu çalışmada deneysel düzenek kurularak, şarj ve deşarj esnasındaki pil verileri toplanmış ve işlenmiştir. Ayrıca farklı elektriksel ve sıcaklık şartları altında çalışan pillerin toplanan verileri, pil performansının belirlenmesinde ve kapasite seviyesinin hesaplanmasında kullanılmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Pil
• Veri
• Depolama
• Enerji
• Kapasite

References

1. Aydın, M. (2019). Termistör Nedir & Nasıl Çalışır. Erişim adresi https://www.derstagram.com/termistor-nedir-nasil-calisir/
2. Battery University (2021). BU-501a: Discharge characteristics of Li-ion. Erişim adresi https://batteryuniversity.com/article/bu-501a-discharge-characteristics-of-li-ion
3. Daogang, P., Zhang, H., Zhang, K., Li, H., & Xia, F. (2009). Research and development of the remote I/O data acquisition system based on embedded ARM platform. International Conference on Electronic Computer Technology, (341-344. ss), Macau, China.
4. EEPOWER (2022). NTC thermistor. Erişim adresi https://eepower.com/resistor-guide/resistor-types/ntc-thermistor/#
5. Engineers Edge (2022). Float charging – battery. Erişim adresi https://www.engineersedge.com/battery/float_charging.htm
6. Garcia, L.J. (2021). Cubesat Handbook: From Mission Design to Operations-Electric Power Systems, Academic Press, 185-197.
7. Haq, N.I., Saputra, R.H., Edison, F., Kurniadi, D., Leksono, E., & Yuliarto, B. (2015). State of charge (SoC) estimation of LiFePO4 battery module using support vector regression. Proceedings of the Joint International Conference on Electric Vehicular Technology and Industrial, Mechanical, Electrical and Chemical Engineering (ICEVT & IMECE), (16-21. ss), Surakarta, Indonesia.
8. Hu, X., Feng, F., Liu, K., Zhang, L., Xie, J., & Liu, B. (2019). State estimation for advanced battery management: Key challenges and future trends. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 114.

9. Kaya, Y. (2022). Lityum esaslı piller için veri toplama ve işleme sistem tasarımı, Erciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Kayseri.
10. Li, Y., Liu, K., Foley, M.A., Zülke, A., Berecibar, M., Nanini-Maury, E., Miero, J.V., & Hoster, H.E. (2019). Data-driven health estimation and lifetime prediction of lithium-ion batteries: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 113.
11. MCU-Turkey (2014). ADC (Analog Digital Converter) kullanımı üzerine. Erişim adresi https://www.mcu-turkey.com/adc-kullanimi-uzerine/
12. Mukaro, R., & Carelse, X.F. (1999). A microcontroller-based data acquisition system for solar radiation and environmental monitoring. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 48, 1232-1238.
13. Rezk, H., Tyukhov, I., Al-Dhaifallah, M., & Tikhonov, A. (2017). Performance of data acquisition system for monitoring PV system parameters. Measurement, 104, 204-211.
14. STMicroelectronics (2022). STM32 32-bit Arm Cortex MCUs. Erişim adresi https://www.st.com/en/microcontrollers-microprocessors/stm32-32-bit-arm-cortex-mcus.html
15. Wago (2014). Akım ölçümü için geliştirilmiş 4 etkin yöntem. Erişim adresi http://blog.wago.com.tr/akim-olcumu-icin-gelistirilmis-4-etkin-yontem/
16. Wenzl, H. (2009). Batteries-Capacity. Encyclopedia of Electrochemical Power Sources, 395-400.
17. Wikipedia (2022). STM32. Erişim adresi https://en.wikipedia.org/wiki/STM32