Elektrikli Araç Batarya Yönetim Sistemleri için Hücre Eşitleme Yöntemleri

Habib Kaymaz; Yusuf Hançar

doi:10.51513/jitsa.897126

Elektrikli Araç Batarya Yönetim Sistemleri için Hücre Eşitleme Yöntemleri

Öz

Bu çalışmada, elektrikli araç batarya sistemleri için hücre dengeleme sistemleri incelenmiştir. Elektrikli araçlarda kullanılan teknolojinin temel bileşenleri; güç sistemleri, kontrol elektroniği ve araca enerji sağlayan batarya paketidir. Bu batarya paketlerinde kullanılan piller ihtiyaca ve üretimine göre çeşitlilik arzetmektedir. Son yıllardaki gelişimi ve artan talep yoğunluğu ile elektrikli araçlarda kullanılan bataryalar ve bu bataryaları yöneten sistemler otomotiv teknolojileri içerisinde ön plana çıkmaktadır. Çalışmada, elektrikli araçlarda yaygın olarak kullanılan lityum bataryalar ile batarya yönetim sistemlerinin önemi ve özellikleri incelenmiştir. Bunların yanı sıra, bataryanın ömrünü etkileyen faktörlerden biri olan grup içi hücre gerilimlerinin farklı olmasının nedenleri ve sonuçları incelenerek eşitsizliği gidermek için uygulanan pasif ve aktif dengeleme sistemleri detaylı olarak analiz edilmiştir. Pasif hücre dengeleme sistemlerinde kapasitesi yüksek hücredeki fazla enerji bir direnç üzerinden ısı enerjisi olarak paketten atılmaktadır. Aktif hücre dengeleme sistemlerinde ise enerji, yüksek gerilimli hücreden düşük gerilimli olan hücreye transfer edilmekte ve verim yükseltilmektedir. İlave olarak, bu dengeleme sistemlerine ait yöntemler karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Kaynakça

Adhikaree ve ark., (2017), "Cloud-based battery condition monitoring platform for large-scale lithium-ion battery energy storage systems using internet-of-things (IoT)," IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), Cincinnati, OH, 2017, pp. 1004-1009,
Balıkçı ve ark., (2012), Elektrikli Araç Batarya Sistemleri İçin Hücre Dengeleme (Cell Balancıng) Sisteminin Tasarlanması, ELECO '2012 Elektrik - Elektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Sempozyumu
Başbakanlık Genelgesi. T. C. Resmî Gazete, 30311, 24 Ocak 2018.
Batron Enerji (2019), Batron Enerji A.Ş https://www.batronenerji.com/lityum-aku-ile-elektrik-depolama/
Bosch (2019), Web sitesi, 12.12.2020 https://www.bosch.co.uk/news-and-stories/news/bosch-extends-the-service-life-of-electric-vehicles/
Bruen ve ark. (2016), ‘Analysis of a battery management system (BMS) control strategy for vibration aged Nickel Manganese Cobalt Oxide (NMC) Lithium-Ion 18650 battery cells’, Energies, vol. 9, no. 255.
Changhao ve ark., (2015), Lithium-Ion Battery Cell-Balancing Algorithm for Battery Management System Based on Real-Time Outlier Detection, Detection Mathematical Problems in Engineering 2015(2):1-12
Chatzinikolaou ve Rogers (2016), "Electrochemical cell balancing using a full-bridge multilevel converter and pseudo-open circuit voltage measurements," 8th IET International Conference on Power Electronics, Machines and Drives (PEMD 2016), Glasgow.

Chiasson ve Vairamohan (2006), Estimating the state of charge of a battery, IEEE Trans. Control Syst. Technol., Cilt: 13, s:465-470.
Conte (2006), Battery and battery management for hybrid electric vehicles: a review, Elektrotechnik und Informations-technik, Cilt. 123, No. 10, s:424–431.
Daowd ve ark., (2011), "Passive and active battery balancing comparison based on MATLAB simulation," IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, Chicago, pp. 1-7
Deepa ve ark. (2013), "Active clamp zero voltage switching multiple output fly-back converter with voltage doubler," International Review on Modeling and Simulations, vol. 6, pp. 351-359.
DelRossi Rich (2002), Cell Balancing Design Guidelines, AN231, Microchip Technology, http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00231a.pdf
Dubarry ve ark. (2007), “Capacity loss in rechargeable Lityum cells during cycle life testing: The importance of determining state-ofcharge,” Journal of Power Sources, Cilt:174, No. 2, s:1121–1125.
Emir Tunçyürek (2019), https://zes.net/elektrikli-arac-dunyasi.html.
Enrique Dans, (2020), Forbes, We Need To Bring Forward The Ban On Internal Combustion Engines https://www.forbes.com/sites/enriquedans/2020/09/21/we-need-to-bring-forward-the-ban-on-internal-combustion-engines/?sh=2841da2e31cb
Girardi P, Gargiulo A, Brambilla PC (2015), A Comparative LCA of an Electric Vehicle and an Internal Combustion Engine Vehicle Using The Appropriate Power Mix: The Italian Case Study. The International Journal of Life Cycle Assessment, 20 (8): 1127-1142.
Gotwald ve ark. (1997), “Equalization of EV and HEV batteries with a ramp converter”, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 33, no. 1, pp. 307-312. . Ingram, Antony (January 2, 2013). "Tesla Model S Owner Drives Coast To Coast Electrically (Again)". Green Car Reports. Retrieved January 9, 2013.
Jian Cao , Nigel Schofield , Ali Emadi (2008), Battery balancing methods: A comprehensive review.
Kaymaz Habib (2018), Hibrit ve Elektrikli Metrobüs Araçları İçin Sürüş Çevrimi Oluş-turulması, Doktora Tezi, Marmara Ün. FBE
Kuipers ve ark. (2017), An in-depth View into the Tesla Model S Module, Helmholtz Institue, https://www.researchgate.net/publication/315800624
Li ve ark. (2020), Digital twin for battery systems: Cloud battery management system with online state-of-charge and state-of-health estimation, Journal of Energy Storage, Volume 30, ISSN 2352-152X,
Lluc ve ark., (2019), Second life batteries lifespan: Rest of useful life and environmental analysis, Journal of Environmental Management, Volume 232, Pages 354-363, ISSN 0301-4797,
Ma ve ark. (2018), "Equalization of Lithium-Ion Battery Pack Based on Fuzzy Logic Control in Electric Vehicle," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 65, 6762-6771
Manzetti S., Mariasiu F., (2015), Electric Vehicle Battery Technologies: From Present State to Future Systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 51: 1004-1012.
Martinez-Laserna ve ark. (2016), "Evaluation of lithium-ion battery second life performance and degradation," 2016 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), Milwaukee, WI, pp. 1-7,
Moghaddam Ali Farzan ve Alex Van Den Bossche (2019), "A ´Cuk Converter Cell Balancing Technique by Using Coupled Inductors for Lithium-Based Batteries," Energies, vol. 12, pp. 2881.
Markus Lelie (2018), Battery Management System Hardware Concepts: An Overview.
Matúš ve ark., (2019), Overview of batteries State of Charge estimation methods, Transportation Research Procedia, Volume 40, Pages 186-192,
OICA (2017). Organization Internationale des Contructeurs d’Automobilies http://www.oica.net/
Ouyang ve ark. (2018), "SOC Estimation-Based Quasi-Sliding Mode Control for Cell Balancing in Lithium-Ion Battery Packs," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 65, no. 4, pp. 3427-3436.
Plett G. L. (2004), Extended Kalman filtering for battery management systems of LiPB-based HEV battery packs: Part 3. State and parameter estimation, J. Power Sources, Cilt: 134, No: 2, s:277-292.
Polat ve Özgül (2020), Lityum İyon Pil Teknolojisi, Metalurji Dergisi https://www.metalurji.org.tr/dergi/dergi162/d162_4248.pdf
Ramoni, Monsuru ve Zhang, Hong-Chao (2013). End-of-life (EOL) issues and options for electric vehicle batteries. Clean Technologies and Environmental Policy. 15. 10.1007/s10098-013-0588-4.
Research and Markets (2018), Global and China Power Battery Management System (BMS) Industry Report, 2018-25, ID: 4590730, https://www.researchandmarkets.com/research/nhg4vb/global_and_china?w=12
Shang ve ark. (2017), "An Automatic Equalizer Based on Forward–Fly-back Converter for Series-Connected Battery Strings," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 64, no. 7, pp. 5380-5391.
Shang ve ark. (2015), "A Cell-to-Cell Battery Equalizer with Zero-Current Switching and Zero-Voltage Gap Based on Quasi-Resonant LC Converter and Boost Converter," IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 30, no. 7, pp. 3731-3747.
Shubiao ve ark. (2017), "A Novel Layered Bidirectional Equalizer Based on a Buck-Boost Converter for Series-Connected Battery Strings," Energies, vol. 10.
Tamma Kumar (2013), Selection of the MOSFET for Faster Cell Balancing of Li-Ion Batteries, Infeinon Applicaation Note AN 2013-02
TEHAD (2020). Türkiye 2030 Elektrikli Ulaşım Yol Haritası Çalıştayı http://tehad.org/2020/04/09/turkiye-2030-elektrikli-ulasim-yol-haritasi-calistay-sonuc-raporu-yayinlandi/
Tehad J. (2017), "ISO 26262 system level functional safety validation for battery management systems in automobiles," Innovations in Power and Advanced Computing Technologies (i-PACT), Vellore,
Tesla Battery Kit (2020) https://eveurope.eu/en/product/tesla-battery-kit-24v-5-3-kwh-configurable-bms-and-pcb/
Terzi ve ark., (2020), A Review of Commercial Electric Vehicle Charging Methods, Promet – Traffic & Transportation, Vol. 32, 2020, No. 2, 291-307
TMR (2019), Battery Management System Market- Global Industry Analysis, Size, Share, Growth, Trends, and Forecast, 2019 – 2027 https://www.transparencymarketresearch.com/battery-management-system-market.html
Thiruvonasundari ve Deepa (2020), Active cell balancing for electric vehicle battery management system, International Journal of Power Electronics and Drive System (IJPEDS) Vol. 11, No. 2, pp. 571~579 ISSN: 2088-8694,
TÜBİTAK (2019), https://challenge.tubitak.gov.tr/assets/batarya-yonetim-sistemleri.pdf
Wen Simon (2009), Application Report SLUA420, Fast Cell Balancing Using External MOSFET. https://www.ti.com/lit/an/slua420a/slua420a.pdf?ts=1608962445985 Yevgen Barsukov (2015), Battery Cell Balancing: What to Balance and How, Texas Instruments Inc. https://www.researchgate.net/ publication/265028955
Zhang ve ark. (2017), ‘Effects of Vibration on the Electrical Performance of Lithium-Ion Cells Based on Mathematical Statistics’, Applied Sciences, vol. 7, no. 8. p. 802.

Ayrıntılar

Birincil Dil

Türkçe

Konular

Mühendislik

Bölüm

Derleme

Yazarlar

Habib Kaymaz ^*
0000-0002-8338-004X
Türkiye

Yusuf Hançar
0000-0002-0469-5052
Türkiye

Yayımlanma Tarihi

30 Nisan 2021

Gönderilme Tarihi

15 Mart 2021

Kabul Tarihi

28 Nisan 2021

Yayımlandığı Sayı

Yıl 2021 Cilt: 4 Sayı: 1

DOI

https://doi.org/10.51513/jitsa.897126

IZ

https://izlik.org/JA64SK87GL

Kaynak Göster

RIS / Bibtex

APA

Kaymaz, H., & Hançar, Y. (2021). Elektrikli Araç Batarya Yönetim Sistemleri için Hücre Eşitleme Yöntemleri. Akıllı Ulaşım Sistemleri ve Uygulamaları Dergisi, 4(1), 59-73. https://doi.org/10.51513/jitsa.897126

AMA

1.Kaymaz H, Hançar Y. Elektrikli Araç Batarya Yönetim Sistemleri için Hücre Eşitleme Yöntemleri. Jitsa. 2021;4(1):59-73. doi:10.51513/jitsa.897126

Chicago

Kaymaz, Habib, ve Yusuf Hançar. 2021. “Elektrikli Araç Batarya Yönetim Sistemleri için Hücre Eşitleme Yöntemleri”. Akıllı Ulaşım Sistemleri ve Uygulamaları Dergisi 4 (1): 59-73. https://doi.org/10.51513/jitsa.897126.

EndNote

Kaymaz H, Hançar Y (01 Nisan 2021) Elektrikli Araç Batarya Yönetim Sistemleri için Hücre Eşitleme Yöntemleri. Akıllı Ulaşım Sistemleri ve Uygulamaları Dergisi 4 1 59–73.

IEEE

[1]H. Kaymaz ve Y. Hançar, “Elektrikli Araç Batarya Yönetim Sistemleri için Hücre Eşitleme Yöntemleri”, Jitsa, c. 4, sy 1, ss. 59–73, Nis. 2021, doi: 10.51513/jitsa.897126.

ISNAD

Kaymaz, Habib - Hançar, Yusuf. “Elektrikli Araç Batarya Yönetim Sistemleri için Hücre Eşitleme Yöntemleri”. Akıllı Ulaşım Sistemleri ve Uygulamaları Dergisi 4/1 (01 Nisan 2021): 59-73. https://doi.org/10.51513/jitsa.897126.

JAMA

1.Kaymaz H, Hançar Y. Elektrikli Araç Batarya Yönetim Sistemleri için Hücre Eşitleme Yöntemleri. Jitsa. 2021;4:59–73.

MLA

Kaymaz, Habib, ve Yusuf Hançar. “Elektrikli Araç Batarya Yönetim Sistemleri için Hücre Eşitleme Yöntemleri”. Akıllı Ulaşım Sistemleri ve Uygulamaları Dergisi, c. 4, sy 1, Nisan 2021, ss. 59-73, doi:10.51513/jitsa.897126.

Vancouver

1.Habib Kaymaz, Yusuf Hançar. Elektrikli Araç Batarya Yönetim Sistemleri için Hücre Eşitleme Yöntemleri. Jitsa. 01 Nisan 2021;4(1):59-73. doi:10.51513/jitsa.897126

Cited By

Elektrikli Araç Devresinde Kullanılan Boost Dönüştürücünün Analizine Farklı Yaklaşımlar

Black Sea Journal of Engineering and Science

https://doi.org/10.34248/bsengineering.1447161