ELEKTRİKLİ ARAÇLAR İÇİN RÖLE ANAHTARLAMALI BATARYA YÖNETİM SİSTEMİNİN TASARLANMASI VE GERÇEKLEŞTİRİLMESİ

Year 2023, , 243 - 251, 31.08.2023

Samet Paltacı , Samet Yalcin , Abdullah Genç

https://doi.org/10.46519/ij3dptdi.1324753

Abstract

Elektrikli araçların günümüzde yaygınlaşmaya başlamasıyla birlikte batarya teknolojileri gelişimiyle sorunları da beraberinde getirmektedir. Yükselen depolama talebiyle birlikte batarya yönetim sistemine olan ihtiyaç da artmaktadır. Ancak endüstride kullanılan yöntemlerin yanı sıra maliyetin düşürülmesi amacıyla röle anahtarlamalı batarya yönetim sistemi tasarımı ile bu makale literatüre önemli bir katkı sağlamıştır. Bu çalışmada 23 Seri LiFePO4 hücre ile yaklaşık 5kW/h enerji kontrolü Master-Slave yöntemi, röle anahtarlamalı ve Stm32f108c8t6 mikroişlemcileri ile kontrolü sağlanmıştır. Master-Slave arasındaki haberleşme CAN-Bus protokolü ile yapılarak her Slave kartın göndermiş olduğu hücre gerilimleri, hücre paketi ve hücrelerin sıcaklık değerlerini Master kartı üzerinden kalan enerji miktarı ile birlikte, izlenme merkezi tarafından takip edilmesi için Master kartına lora modülü entegre edilerek sistemin uzaktan izlenmesi sağlanmıştır. Bu sayede hücrelerin doğru bir şekilde izlenebilmesinden dolayı şarj anında herhangi bir hücrenin 3.6 V seviyesine çıktığında dengelemeye girmesi ve deşarj anında ise 2.8 V seviyesine indiğinde sistemin kapatılması sağlanarak hücrelerinin doğru kullanımı ile ömrünü uzatma işlemi sağlanmıştır.

Keywords

Elektrikli Araçlar, Batarya Yönetim Sistemi, LiFePO4, Master-Slave, Can-Bus Haberleşme, Pasif Dengeleme.

Supporting Institution

TÜBİTAK

Project Number

1919B012215008

Thanks

Bu çalışma, 1919B012215008 nolu 2209-A projesi altında TÜBİTAK tarafından desteklenmiştir. Bu çalışmanın ortaya çıkmasında verdiği destekten ötürü TÜBİTAK’a teşekkür ederiz.

DESIGN AND IMPLEMENTATION OF A RELAY-SWITCHED BATTERY MANAGEMENT SYSTEM FOR THE ELECTRIC VEHICLES

Abstract

As electric vehicles are becoming more widespread today, battery technologies bring problems with their development. With the increasing storage demand, the need for a battery management system is also increasing. However, in addition to the methods used in the industry, this article has made an important contribution to the literature with the design of a relay-switched battery management system in order to reduce the cost. In this study, approximately 5kW/h energy control with 23 Series LiFePO4 cells is provided with Master-Slave method, relay switching, and Stm32f108c8t6 microprocessors. The communication between Master-Slave is done with CAN-Bus protocol and the cell voltages, cell package, and temperature values of the cells sent by each Slave card are monitored remotely by integrating the lora module into the Master card in order to be monitored by the monitoring center together with the remaining energy amount on the Master card. In this way, since the cells can be monitored accurately, it is ensured that any cell enters into balancing when it reaches 3.6 V level at the time of charging and the system is turned off when it drops to 2.8 V level at the time of discharge, thus extending the life of the cells with the correct use of the cells.

Keywords

Electric Vehicles, Battery Management System, LiFePO4, Master-Slave, CAN-Bus Communication, Passive Balance.

Project Number

1919B012215008

References

• 1. Guran, I.C., Perisoara, L.A., Florescu, A., Sacaleanu, vD.I., “4-Cell passive battery management system for automotive applications”, 2021 IEEE 27th International Symposium for Design and Technology in Electronic Packaging (SIITME), Pages 338-341, Timisoara, Romania, 2021.
• 2. Aktaş, M., Baygüneş, B., Kıvrak, S., Çavuş, B. & Sözen, F. (2020). Elektrikli Araç İçin Düşük Maliyetli Bir Batarya Yönetim Sistemi Tasarımı ve Gerçekleştirilmesi. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, Ejosat Özel Sayı 2020 (HORA), 227-238.
• 3. Soydaş, Ş., “Lityum tabanlı batarya paketleri için batarya yönetim sistemi tasarımı”, Master's thesis, Karabük Üniversitesi, Karabük, 2015.
• 4. Perisoara, L.A., Guran, I.C., Costache, D.C., “A passive battery management system for fast balancing of four LiFePO4 cells”, 2018 IEEE 24th International Symposium for Design and Technology in Electronic Packaging (SIITME), Pages 390-393, Iasi, Romania, 2018.
• 5. Kivrak, S., Özer, T., Oğuz, Y., “STM32f103C8 mikroişlemcisi kullanılarak elektrikli araçlar için pasif dengeleme metodu tabanlı batarya yönetim sistemi tasarımı ve uygulaması”, Afyon Kocatepe University Journal of Sciences and Engineering, Cilt 20, Sayı 3, Sayfa 426-433, 2020.
• 6. Dai, H., Zhang, X., Wei, X., Sun, Z., Wang, J., Hu, F., “Cell-BMS validation with a hardware-in-the-loop simulation of lithium-ion battery cells for electric vehicles”, International Journal of Electrical Power & Energy Systems, Vol. 52, Pages 174-184, 2013.
• 7. Menak, R., Karadağ, T., Altuğ, M., Tan, N., “Elektrikli araçlarda batarya yönetim sistemleri üzerine bir derleme çalışması”, Gazi University Journal of Science Part A: Engineering and Innovation, Cilt 8, Sayı 2, Sayfa 234-275, 2021.
• 8. Özdemir, M.C., “Li-ion batarya karakterizasyonu, modellemesi ve batarya yönetim sistemi tasarımı”, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul Teknik Üniversitesi, İstanbul, 2017.
• 9. İnan, R., Güçkiran, M., Altinişik, Y.E., Tek, S. Potuk, M., “Elektrikli araçlar için iyileştirilmiş pasif dengeleme yöntemi ile tasarlanan batarya yönetim sisteminin gerçek-zamanlı uygulaması”, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt 38, Sayı 3, Sayfa 1757-1768, 2023.
• 10. Saleh Y.B., Kürüm, H., “Design of energy management system base on lithium-ion battery”, European Journal of Science and Technology, Özel Issue 28, Pages 1144-1151, 2021.
• 11. SoliCELL, “Specifications for Product 32700 LiFePO4 6000mAh Lithium-Ion Rechargeable Cell”, https://docs.tuyap.online/FDOCS/39736.pdf, Aralık 29, 2021.
• 12. Turğut, M., “elektrikli araçlar için batarya yönetim sistemi tasarımı ve geliştirilmesi”, Yüksek Lisans Tezi. Karabük Üniversitesi, Karabük, 2018.
• 13. Anonim, “STM32F103 Blue Pill Bootloader Yükleme (Arduino)”, https://aattk.net/stm32f103-blue-pill-bootloader-arduino/, Ekim 18, 2019.
• 14. Bae, J. H., Zhiguo, B., Koo, B. J., Kim, H. R., Jang, D.G., “The CAN communication application on the BMS”, 2013 International Conference on ICT Convergence (ICTC), Pages 1140-1145, Changwon-si, 2013.
• 15. Kumar, K., “LM358 IC and Its Applications”, https://www.hnhcart.com/blogs/learn/lm358-ic-and-its-applications, Ocak 15, 2022.
• 16. Lee, Y., Lin, C., Farooqui, S. A., Liu, H., Ahmad, J., “Validation of a balancing model based on master-slave battery management system architecture”, Electric Power Systems Research, Vol. 214, Part A, 2023.
• 17. Manenti, A., Abba, A., Mareti, A., Savaresi, A. M., Geraci, A., “A New BMS Architecture Based on Cell Redundancy” IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 58, Issue. 9, 2011.