Araştırma Makalesi

Elektrikli Araç İçin Düşük Maliyetli Bir Batarya Yönetim Sistemi Tasarımı ve Gerçekleştirilmesi

15 Ağustos 2020
  • Mustafa Aktaş
  • Burak Baygüneş
  • Sinan Kıvrak
  • Barış Çavuş
  • Faruk Sözen
PDF İndir
EN TR

Elektrikli Araç İçin Düşük Maliyetli Bir Batarya Yönetim Sistemi Tasarımı ve Gerçekleştirilmesi

Öz

Fosil yakıt kaynaklarının yakında tükenecek olması ve bu yakıtlarla çalışan içten yanmalı motorlu araçların çevreye verdikleri zararlar nedeniyle Elektrikli Araç (EA)’ların önemi gün geçtikçe artmaktadır. EA’nın hareketinin sağlanabilmesi için kullanılan elektrik motorunun ihtiyaç duyduğu elektrik enerjisi genel olarak bataryalar tarafından sağlanmaktadır. EA’ların verimli ve güvenilir bir şekilde çalıştırılması bataryaların kullanımıyla doğrudan ilişkilidir. Bu durum, enerji kaynağı olarak kullanılan bataryaların durumlarını takip ve kontrol eden bir BYS’nin kullanılmasını zorunlu kılmaktadır. Bu çalışmada, elektrikli araçlarda kullanmak amacıyla 20 hücreli batarya paketi için pasif hücre dengeleme metodu temel alınarak Batarya Yönetim Sistemi (BYS) tasarlanmış ve üç hücreli BYS uygulaması gerçekleştirilmiştir. Li-ion bataryalar kullanılarak tasarımda 20 adet seri batarya hücresinin dengelenmesini pasif şekilde yapabilecek; aşırı gerilim, düşük gerilim ve sıcaklık koruması olan ve ayrıca bataryaların SoC’larını belirleyebilen, merkezi BYS yapısında bir kartın tasarımı gerçekleştirilmiş ve donanımsal devrenin gerçek çalışma durumu test edilmiştir. SoC hesaplamasında “terminal gerilimi” yöntemi uygulanmıştır. Bu yöntem, batarya boşalırken iç empedanslar nedeniyle bataryada meydana gelen terminal gerilim düşümüne dayanmaktadır. BYS kartının tasarımında merkezi BYS sistemi tercih edilmiş ve SMD devre elemanları kullanılarak kartın sade olması sağlanmış, boyutu küçültülmüş ve maliyeti düşürülmüştür. Prototip olarak yapılan BYS kartında batarya hücreleri için aşırı gerilim, düşük gerilim ve sıcaklık korumaları mevcuttur. Ayrıca batarya hücrelerinde azami verim alınabilmesi amacıyla hücrelerin dolumu esnasında pasif dengeleme sistemi uygulanmaktadır. BYS ile batarya hücrelerinin her birinin SoC’ları hesaplanmış ve SoH kestirimleri yapılmıştır. Gerçekleştirilmiş olan BYS’nin belirtilen özellikleri test edilmiş ve sisteminin başarılı bir şekilde çalıştığı elde edilen deneysel sonuçlar aracılığı ile ispatlanmıştır. Ayrıca, BYS tasarımında pasif dengeleme sistemi kullanılarak tasarım hızı, boyutu ile maliyet ve kurulum kolaylığı açısından iyileştirmeler sağlanmıştır.

Anahtar Kelimeler

Kaynakça

  1. Situ L. Electric vehicle development: the past, present & future. In: Proceedings of the 3rd international conference on power electronics systems and applications, Hong Kong, China, 20–22 May 2009. New York: IEEE.
  2. Frost DF and Howey DA. Completely decentralized active balancing battery management system. IEEE T Power Electr 2018; 33(1): 729–738.
  3. Cao, J., Schofield, N., Emadi, A., 2008. Battery balancing methods: A comprehensive review, IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, Harbin, China, 1-6.
  4. Texas instrument, “Intelligent battery management and charging for electric vehicles,” from www.ti.com.
  5. Farmann, A. and Sauer, D. U., 2016. A comprehensive review of on-board State-of-Available-Power prediction techniques for lithium-ion batteries in electric vehicles. Journal of Power Sources. 329, 123-137.
  6. Saw, L.H., Ye, Y. and Tay, A.A.O., 2014. Electro-thermal analysis and integration issues of lithium ion battery for electric vehicles. Applied Energy. 131, 97-107.
  7. Andrea, D. 2010. Battery management systems for large lithium ion battery packs. Artech house, Norwood, Massachusetts, USA.
  8. Watrin, N., Blunier, B. and Miraoui, A. (2012a). Review of adaptive systems for lithium batteries state-of-charge and state-of-health estimation. 2012 IEEE Transportation Electrification Conference and Expo (ITEC), IEEE, 1-6.

Ayrıntılar

Birincil Dil

Türkçe

Konular

Mühendislik

Bölüm

Araştırma Makalesi

Yayımlanma Tarihi

15 Ağustos 2020

Gönderilme Tarihi

28 Haziran 2020

Kabul Tarihi

10 Ağustos 2020

Yayımlandığı Sayı

Yıl 2020

Kaynak Göster

APA
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, 227-238. https://doi.org/10.31590/ejosat.779720

Cited By