COOLING SYSTEM DESIGN AND CONTROL OF BATTERY MANAGEMENT SYSTEM OF ELECTRIC VEHICLES

Abstract

he place of electric vehicle technology in the developing automotive industry is increasing daily. Battery management systems (BMS) and their operation are essential among the working systems of these vehicles. Within the scope of this study, a unique battery pack was designed, using local resources, by using 18650 Li-ion charged and long-lasting batteries. This designed battery pack consists of 21 batteries. When the necessary connections of the battery pack are made, a battery pack with a voltage of 11.1 V and a capacity of 10500 mAh has been produced. The design is aimed to prevent problems such as overheating and ignition by covering the battery pack with non-combustible material. For this designed battery pack to be discharged and charged healthily, the battery management system has been designed as controllable uniquely. By automatically detecting the number of cells in the battery pack and using a special balancing algorithm, the temperature of the battery pack is controlled using a temperature sensor and an externally attachable temperature sensor input for balancing continuously during the charge, monitoring the state of charge and the health of the battery cells, monitoring the temperature of the battery pack. In temperature controls made under different test conditions, BMS's longevity was ensured using an aluminium heatsink with double fans.

Keywords

• Battery management system
• BMS
• Li-ion
• Balance
• Battery

ELEKTRİKLİ ARAÇLARIN BATARYA YÖNETİM SİSTEMİNİN SOĞUTMA SİSTEM TASARIMI VE KONTROLÜ

Abstract

Elektrikli araç teknolojisinin gelişen otomotiv endüstrisi içerisindeki yeri her geçen gün artmaktadır. Bu araçların çalışma sistemleri içerisinde batarya yönetim sistemleri (BYS) ve bunların çalışması önemlidir. Bu çalışma kapsamında 18650 Li-iyon şarjlı ve uzun ömürlü olarak bilinen piller kullanarak yerli imkânların kullanıldığı özgün bir batarya paketi tasarlanmıştır. Tasarlanan bu batarya paketi 21 adet pilden oluşmaktadır. Batarya paketinin gerekli bağlantıları yapıldığında 11.1 V gerilim değerine sahip 10500 mAh kapasitede çalışan batarya paketi üretilmiştir. Tasarımda batarya paketinin çevresi yanmaz malzeme kaplanarak, aşırı ısınma ve alev alma gibi problemlerin önüne geçilmesi amaçlanmıştır. Tasarlanan bu batarya paketinin sağlıklı bir şekilde deşarj ve şarj olabilmesi için batarya yönetim sistemi özgün şekilde kontrol edilebilir olarak tasarlanmıştır. Batarya paketindeki hücre sayısını otomatik algılayarak özel dengeleme algoritması sayesinde şarj boyunca sürekli olarak dengeleme işlemi yapması, şarjın durumu ve batarya hücrelerinin sağlık durumunun izlenmesi, batarya paketinin sıcaklığının izlenmesi için sıcaklık sensörü ve harici olarak takılabilen sıcaklık sensörü girişi ile batarya paketinin sıcaklık kontrolü yapılmıştır. Farklı test koşullarında yapılan sıcaklık kontrollerinde, çift fanlı alüminyum soğutucu kullanılarak, BYS’nin daha uzun ömürlü olması sağlanmıştır.

Keywords

• Batarya yönetim sistemi
• BYS
• Li-iyon
• balans
• batarya

References

1. [1] Frieske, B., Kloetzke, M. ve Mauser, F., (2013), Trends in vehicle concept and key technology development for hybrid and battery electric vehicles, World Electric Vehicle Symposium and Exhibition (EVS27), 1-12.
2. [2] Khaligh, A. ve Li, Z., (2010), Battery, Ultracapacitor, Fuel Cell, and Hybrid Energy Storage Systems for Electric, Hybrid Electric, Fuel Cell, and Plug-In Hybrid Electric Vehicles: State of the Art, IEEE Transactions on Vehicular Technology, 59, 2806-2814.
3. [3] Bowkett, M., Thanapalan, K., Stockley, T., Hathway, M. ve Williams, J., (2013), Design and implementation of an optimal battery management system for hybrid electric vehicles, 19th International Conference on Automation and Computing, 1-5.
4. [4] Fan, X., Zhang, W., Sun, B., Zhang, J. ve He, X. (2022), Battery pack consistency modeling based on generative adversarial networks. Energy, 239, 122419.
5. [5] Wang, R., Liang, Z., Souri, M., Esfahani, M.N. ve Jabbari. M. (2022), Numerical analysis of lithium-ion battery thermal management system using phase change material assisted by liquid cooling method. International Journal of Heat and Mass Transfer, 183.
6. [6] Kıvrak, S., Özer, T., Oğuz, Y. ve Kelek, M.M. (2021), Novel active and passive balancing method-based battery management system design and implementation. J. Power Electron. 21, 1855–1865.
7. [7] Dutta B., Jaiswal S., Phatarpekar V., Tayal V.K., Singh H.P. (2022), Design and Implementation of a 3 Level Battery Management System (BMS) for an Electric Vehicle. In: Natarajan S.K., Prakash R., Sankaranarayanasamy K. (eds) Recent Advances in Manufacturing, Automation, Design and Energy Technologies. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Singapore.
8. [8] Kim, T., Ochoa, J., Faika, T., Mantooth, A., Di, J., Li, Q. and Lee, Y. (2020), An overview of cyber-physical security of battery management systems and adoption of blockchain technology. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics.

9. [9] Yong, J. Y., Ramachandaramurthy, V. K., Tan, K. M., ve Mithulananthan, N. (2015), A review on the state-of-the-art technologies of electric vehicle, its impacts and prospects. Renewable and sustainable energy reviews, 49, 365-385.
10. [10] Çetin, M. S., Karakaya, B., ve Gençoğlu, M. (2021). Elektrikli araçlar için lityum iyon bataryaların modellenmesi. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 33(2), 755-763.