Lityum tabanlı bataryalar için kablosuz batarya yönetim sistemi tasarımı
Wireless battery management system design for lithium-based batteries
- Tez No: 944986
- Danışmanlar: PROF. DR. FIRAT KAÇAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 164
Özet
Gelişen teknolojiler ile birlikte lityum tabanlı bataryaların günlük yaşamdaki kullanım alanları sürekli olarak artış göstermektedir. Özellikle elektrikli araçlardaki ve yenilenebilir enerji santrallerindeki yüksek enerji talebi hem lityum tabanlı bataryaların kullanım alanlarını artırmakta hem de yeni teknolojilerin araştırılmasına öncülük etmektedir. Kullanıldıkları sistemlerde en kritik unsur olan lityum tabanlı bataryalar, sürekli olarak uygun sıcaklık ve gerilim değerlerinde tutulmalıdır. Bu nedenle lityum tabanlı batarya paketlerinde uygun sıcaklık ve gerilim değerlerinde çalışılmasına olanak sağlayan Batarya Yönetim Sistemleri kullanılmaktadır. Batarya Yönetim Sistemleri, batarya paketindeki tüm hücrelerin gerilimlerini izlemekte, sıcaklık değerlerini kontrol etmekte ve soruna yol açabilecek veriler tespit ettiğinde ise güvenlik amacıyla sistemi kapatabilmektedir. Aynı zamanda batarya şarj durumu, batarya sağlık durumu, deşarj oranı vb. gibi birçok matematiksel hesaplamaları da yaparak kullanıcıyı bilgilendirmektedir. Geleneksel Batarya Yönetim Sistemleri, merkezi bir işlemci birimi ve ona bağlı olan yardımcı birimler ile sensörler arasında zincirleme bir mimari kullanmaktadır. Bu zincirleme mimari içeriği kablolu haberleşme ve kablolu sensör ara bağlantılarını kapsamaktadır. Haberleşme ve sensörler için kullanılan kablolu sistemler, karmaşık batarya paketlerinde güvenlik ve verimlilik problemlerine yol açabilmektedir. Bu nedenle karşılaşılan problemlere çözüm sunabilmek amacıyla alternatif mimari tasarımları arayışına gidilmiştir. Bu tez çalışmasında, Kablosuz Batarya Yönetim Sistemi Tasarımı ile kabloların bataryalar arasında yol almasının önüne geçilmekte, batarya paketi içerisinde yer alan modüllerin seri bir haberleşme arayüzüne ihtiyaç duymadan kablosuz olarak haberleşebilmesi sağlanmakta, gerinim ölçer sensörleri vasıtasıyla bataryalarda oluşabilecek şişme gibi fiziksel deformasyonlar saptanabilmekte ve hücre dengeleme sistemi için kullanılan devrelerdeki izoleli elektronik komponent kullanımı ortadan kaldırılmaktadır. Sistem tasarımı içerisinde yer alan bu özellikler ile batarya paketi güvenliği artırılmış ve entegrasyon veya onarım gibi işlemlerin süreçlerinin kısalması sağlanmıştır. Kontrol Modülü üzerinden elde edilen veriler kaydedilerek batarya paketinin kullanımı ile ilgili teknik veriler kullanıcıya sunulmuştur. Kablosuz haberleşme altyapısı desteğiyle sensörler gibi harici güvenlik ekipmanlarının batarya paketine entegre edilebilmesi geleneksel sistemlere göre daha da kolay hale getirilmiştir.
Özet (Çeviri)
With the advancement of technology, the applications of lithium-based batteries in daily life have been continuously expanding. In particular, the high energy demand in electric vehicles and renewable energy power plants not only increases the usage areas of lithium-based batteries but also drives the investigation of novel technologies. As the most critical component of the systems in which they are employed, lithium-based batteries must be consistently maintained within appropriate temperature and voltage ranges to ensure safe and efficient operation. To meet this requirement, Battery Management Systems (BMS) are integrated into lithium-based battery packs to regulate and monitor temperature and voltage levels. BMSs monitor the voltages of all cells within the battery pack, track temperature data, and have the capability to shut down the system for safety if any parameter deviates from safe limits. In addition, they perform various mathematical calculations—such as determining the State of Charge (SoC), State of Health (SoH), and discharge rates—to keep the user informed about the current condition of the battery system. Traditional Battery Management Systems are built on a daisy-chain architecture involving a central processing unit and several peripheral modules connected through sensors and wired communication interfaces. This architecture typically includes numerous wired connections for both data communication and sensor interlinking. However, such wired infrastructures can introduce safety hazards and efficiency losses, especially in complex or large-scale battery configurations. As a response to these challenges, researchers and engineers have sought alternative architectural designs that reduce complexity and enhance system reliability. In this thesis study, the design of a Wireless Battery Management System (WBMS) eliminates the need for physical cabling between battery modules, enabling wireless communication among modules within the battery pack without relying on a serial communication interface. Additionally, potential physical deformations—such as battery swelling—can be detected through strain gauge sensors integrated into the system. The use of isolated electronic components traditionally required for cell balancing circuits has also been eliminated, thereby simplifying the overall system design. These design features contribute to enhanced battery pack safety and enable significant reductions in system integration and maintenance times. Data collected via the Control Module is stored and processed to provide the user with essential technical information regarding the battery pack's operational performance. Furthermore, the adoption of a wireless communication infrastructure facilitates the seamless integration of external safety equipment—such as sensors—into the battery system, making it considerably more adaptable than conventional wired systems.
Benzer Tezler
- Lityum tabanlı bataryalar için ısıl yönetim sistemlerinin geliştirilmesi
Development of battery thermal management systemsfor lithium based battery packages
ENİS SELÇUK ALTUNTOP
Doktora
Türkçe
2024
EnerjiErciyes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VEYSEL ÖZCEYHAN
PROF. DR. YÜKSEL KAPLAAN
- Bir lityum-iyon batarya hücresinin elektriksel eş değer devre modelinin kurulması ve şarj durumu tahmini
Build the electrical equivalent circuit model of a lithium-ion battery cell and state of charge estimating
EMRE KAPLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Otomotiv MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiOtomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BARIŞ ERKUŞ
- 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
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULKADİR BALIKÇI
- Lityum tabanlı bataryaların makine öğrenmesi algoritmalarıyla şarj durumunun tahmini
State of charge estimation of lithium-based batteries using machine learning algorithms
YASİR ZİYA GÜLTAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiMersin ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALKAN ALKAYA
- 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
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiManisa Celal Bayar ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ UYSAL