Geri Dön

State of charge estimation for lithium-based batteries

Lityum tabanlı piller için şarj durumu kestirimi

  1. Tez No: 613359
  2. Yazar: MERT ÇELİK
  3. Danışmanlar: PROF. DR. HASAN FATİH UĞURDAĞ, PROF. DR. TAYLAN AKDOĞAN
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2020
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Özyeğin Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 61

Özet

Bu tez Lityum tabanlı piller için yakınsama performansı ve hesaplama karmaşıklığı dengelenmiş yeni bir SOC kestirim algoritması sunmaktadır. Lityum bazlı piller yüksek enerji yoğunluğuna ve dinamik tepkilere sahip olduğu için endüstride oldukça yaygın olarak tercih edilmektedir. Bu piller, belirli bir hacimde diğer hücre kimyalarına göre daha yüksek kapasite, yüksek C oranlar ve düşük iç direnç sunmaktadır. Fakat lityumun reaktif yapısı ceşitli problemlere yol açmaktadır. Bu kimyasal maddeyi bir paket içerisinde muhafaza etmek, soğutmak, kontrol etmek ve takibini sağlamak oldukça zordur. Bu sebeplerden ötürü Batarya Yönetim Sistemleri hakkındaki akademik çalışmalarda pilin şarj, ömür ve güç durumunun takip edilmesine önemle yer verilmiştir. Bu tezde lityum tabanlı pillerin şarj durumunun yüksek hassasiyet ile takibine odaklanılmştır. Bir pilin açık devre konumunda iken şarj durumu tespiti yapılması oldukça kolaydır fakat yük altındaki bir pilin şarj durumunun kestirilmesinde çeşitli zorluklar ortaya çıkar. Literatürde Kalman tabanlı filtreler, özellikle EKF ve ADEKF, en iyi SOC kestirimi performansını sağlamaktadır. EKF düşük hesaplama karmaşıklığı sunar fakat yakınsama zamanı uzundur. Diğer taraftan, ADEKF kısa yakınsama zamanı sunarken yüksek hesaplama karmaşıklığına sahiptir. Bu tezde bu iki algoritmanın güçlü yönlerini dengeleyen yeni bir PID kontrollü EKF algoritması sunulmuştur. Ayrıca bu tez, yakınsama performansının önemini de vurgulamaktadır.

Özet (Çeviri)

This thesis proposes a new State of Charge (SOC) estimation method for lithium based batteries, which offers a good trade-off between convergence and computation times. Lithium-based battery packages are quite common in the automotive industry and beyond because of their high-power density and dynamic response capabilities. Per a given volume, lithium-based battery cells have much more capacity, higher C rates, and lower internal resistance than other cell chemistries. However, this comes at a cost because of lithium's reactive nature. It is hard to preserve, monitor, cool, and control lithium in a pack within a safe state. For these reasons, battery control, or in other words, Battery Management Systems (BMS) is a major topic in the literature, and estimation of SOC, State of Health (SOH), and State of Power (SOP) are considered as core subfunctions of BMS. This thesis focuses on improving SOC estimation for lithium-based batteries. SOC estimation determines the remaining charge level on the battery and is very critical for battery-powered devices. This process is relatively straightforward when the battery is in the resting state. However, it can be difficult while the battery-powered device is operating, due to process disturbances and model uncertainties. The best performing SOC estimation methods in the literature are based on Kalman Filtering, and they are specifically Extended Kalman Filter (EKF) and Adaptive Dual Extended Kalman Filter (ADEKF). While EKF offers the shortest computation time, it results in a long convergence time. On the other hand, ADEKF offers short convergence time and long computation time. We propose PID-controlled EKF, which offers a mid-point in terms of convergence and computation times. The importance of convergence characteristics are also articulated in this thesis, especially from an automotive perspective.

Benzer Tezler

  1. Elektrikli araçlar için yüksek doğrulukla şarj kestirimi sunan batarya yönetim sistemi tasarımı

    Design of battery managemenet system providing high accuracy state of charge estimation for electric vehicles

    MUSTAFA MERT SERİNBAŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET ONUR GÜLBAHÇE

  2. Lityum tabanlı bataryalarda şarj durumu kestirimi için kalman filtresi geliştirilmesi

    Development of kalman filter for state of charge estimation in lithium ion based batteries

    FATMA NUR DİŞÇİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGebze Teknik Üniversitesi

    Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ABDULKADİR BALIKÇI

  3. Lityum titanat oksit bataryaların yapay sinir ağlarıyla şarj durumu tahmini

    State of charge estimation of lithium titanate oxide batteries with artificial neural networks

    İLYAS ANDIK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiManisa Celal Bayar Üniversitesi

    Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ UYSAL

  4. Elektrikli araçlardaki lityum iyon bataryalar için şarj durumu tahmini

    State of charge estimation for lithium-ion batteries in electric vehicles

    EGE ANIL BOSTAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mekatronik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. VOLKAN SEZER

  5. Lityum tabanlı aküler için şarj tahmini ve bir yönetim sistemi uygulaması

    Estimation of state-of-charge and application of a management system for lithium-based batteries

    DEMET ÇAKRAK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGebze Teknik Üniversitesi

    Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ABDULKADİR BALIKÇI