Lityum tabanlı aküler için şarj tahmini ve bir yönetim sistemi uygulaması

Abstract

Hücreler, daha yüksek gerilim ve kapasiteye sahip bir batarya paketi elde etmek için seri ve paralel bağlanır. Çünkü tek bir hücrenin gerilim ve kapasite değeri çoğu uygulama için yeterli değildir. Ancak hücre sayısının artması beraberinde bir kontrol mekanizmasını da gerekli kılar. Aşırı şarj ve aşırı deşarj bataryalarda geri dönüşü olmayan hasarlara yol açabileceği gibi patlamasına dahi neden olabilir. Bu sebeple hücrelerin gerilim, sıcaklık gibi önemli parametreleri gözlenerek oluşabilecek problemlerin önüne geçebilmek için bir batarya yönetim sistemine ihtiyaç duyulur. Bu çalışmada günümüzde kullanımı oldukça yaygın olan lityum iyon piller için bir yönetim sistemi geliştirildi. "Analog Devices" firmasının dengeleme kartı olan DC2100B-C kartı için bir gömülü yazılımlar geliştirilerek, kart otomatik hücre dengelemesi yapabilir hale getirildi. Dengelemenin doğru yapılabilmesi için, hücre yük durumunun yüksek doğrulukla tahmin edilebilmesi gereklidir. Bu nedenle bazı yük tahmin metodları kullanılarak, karşılaştırmaları yapılmıştır. Ayrıca, aşırı şarj, deşarj durumlarını engellemek için yazılıma gerekli kontroller eklendi. Bataryanın uygun şartlarda çalışma durumu güvence altına alınarak, batarya ömrü uzatılmış oldu.

Cells are connected in series and parallel to obtain a battery pack with higher voltage and capacity, because the voltage and capacity of a single cell is not enough for most applications. However, increasing number of cells necessitates a control mechanism. Overcharging and undercharging a battery can cause irreversible damage to it, even make it explode. For these reasons, a battery management system is required to prevent problems that can occur by monitoring important parameters of cells such as voltage and temperature. In this work, a battery management system is developed for lithium-ion batteries, which is in widespread use nowadays. Embedded softwares have been developed for Analog Devices DC2100B-C cell balancer board, which enabled it to perform automatic cell balancing. The estimation of state-of-charge (SoC) with high accuracy is necessary for accurate cell balancing. Therefore, several SoC estimation methods are employed and compared. Furthermore, controls, which are necessary to prevent overcharge and undercharge, are implemented in the software. This increased the operation life of the battery by ensuring proper working conditions for the battery.