Advanced battery management system for lithium based energy storage applications

Abstract

Bataryalar ilk icat edildiğinden beri iki yüz yıldır bir çok başka önemli keşif ve icata yol açarak bilim ve teknolojide devrim yaratmıştır. Yaşamımızın her alanında yer almaktadırlar. Özellikle son yıllarda lityum-iyon bataryalar (LIB) öne çıkmıştır. LIB sistemlerinin en kritik bileşenlerinden biri de batarya yönetimidir. Bu tez kapsamında, bir batarya yönetim sistemini (BYS) oluşturan üç ana başlığa ait katkı sunulmuş ve geliştirilen yöntemler deneysel olarak gerçeklenmiştir; modüller arası ve modül içi dengeleme yapabilen intermodule aktif dengeleme (AD) topolojisi, parametrik sağlık durumu (SD) kestirim modeli, ve güvenlik odaklı bir basitleştirilmiş termal model (TM). Hem aktif dengeleme, hem de termal model, gerçek zamanlı çalışarak endüstriyel BYS devresi ve gömülü mikrodenetleyici ile doğrulanmıştır. Gerçekçi uygulama koşulları altında 1 saniyelik zaman çözünürlüğü içinde istenen görevler başarıyla yürütülebilmektedir. Farklı paket yapıları içinde hem standart modül voltajı hem de yüksek paket voltajı ile gerçek zamanlı kontrol edilen aktif dengeleme ve güvenlik odaklı hücre sıcaklık tahmini düzgün şekilde çalışmaktadır.

Batteries have revolutionized science and technology, and paved the way for many other discoveries and inventions for two centuries. They are everywhere in our lives. Lithium-ion batteries (LIB) have especially gained attention in the last few decades. One of the crucial aspects of a LIB system is battery management. In this thesis, three main conceptual subdivisions of a battery management system (BMS) were developed and experimentally validated: an intermodular active balancing (AB) topology, a parametric state of health (SoH) model, and a safety oriented simplified thermal model (TM). Realtime operation of both the intermodular active balancing and the thermal model were verified by industrial BMS circuit and embedded microcontroller. Under realistic operation conditions, the required tasks can be fulfilled successfully within a temporal resolution of 1 second. Realtime controlled active balancing with both standard module voltage and high package voltage in various pack configurations and the safety oriented cell temperature estimation works properly.