Hibrit pil paketleri için özel batarya yönetim sistemi tasarımı ve performans analizi
Custom battery management system design and performance analysis for hybrid battery packs
- Tez No: 960323
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR DEMİREL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 92
Özet
Bu tez çalışmasında, farklı lityum-iyon batarya kimyalarının birlikte kullanıldığı hibrit enerji depolama sistemleri için özel olarak tasarlanmış bir Batarya Yönetim Sistemi (BYS) geliştirilmiş ve performansı deneysel olarak analiz edilmiştir. Günümüzde batarya teknolojileri enerji yoğunluğu, termal kararlılık ve güç sağlama yetenekleri açısından farklı avantajlar sunmaktadır. Bu doğrultuda, literatürde yaygın olarak kullanılan Lityum Demir Fosfat (LFP) ve Lityum Nikel Manganez Kobalt (NMC) kimyaları bir araya getirilerek, her iki yapının güçlü yönlerini birleştiren hibrit bir batarya paketi yapılandırılmıştır. Geliştirilen sistem, anlık enerji talebine göre akım yönlendirmesi yapabilen ve her batarya tipinin karakteristiğine uygun çalışan dinamik bir kontrol algoritması ile desteklenmiştir. Mikrodenetleyici tabanlı mimari, RS-485 haberleşme altyapısı üzerinden gerçek zamanlı veri izleme ve karar verme mekanizmalarını entegre bir şekilde yürütmektedir. Böylece hibrit yapı, yük değişimlerine karşı hızlı tepki verebilmekte ve enerji akışını optimize edebilmektedir. Deneysel testler, hibrit batarya sisteminin tek kimyaya sahip geleneksel sistemlere kıyasla daha dengeli bir performans sunduğunu göstermiştir. Özellikle ani yük değişimlerinde NMC hücreleri yüksek güç ihtiyacını karşılamış, LFP hücreleri ise termal kararlılığı koruyarak sistem güvenliğini artırmıştır. Bu yapı, SoC koruması, sıcaklık dengesi ve yük tepkisi açısından kayda değer avantajlar sağlamıştır. Ayrıca sistemin modüler yapıda tasarlanmış olması, farklı kapasite ihtiyaçlarına uyarlanabilmesini kolaylaştırmakta ve gelecekteki uygulamalar için esneklik sunmaktadır. Enerji yönetim algoritması, çevresel değişkenleri göz önünde bulundurarak hem verimlilik hem de güvenlik düzeyini artırmak üzere yapılandırılmıştır. Bu çalışmada, donanım ve yazılım bileşenlerinin birlikte optimize edilmesi sayesinde, özellikle yüksek akım gereksinimi olan elektrikli araçlarda daha uzun pil ömrü ve daha düşük termal stres elde edilmiştir. Hibrit BYS'nin tasarım sürecinde hücre dengeleme, güvenilir veri iletişimi ve gerçek zamanlı kontrol gibi mühendislik zorluklarıyla karşılaşılmıştır. Bu doğrultuda ESP32 tabanlı mikrodenetleyici ve BQ76952 batarya izleme entegresi kullanılmış, veri işleme ve hata tespiti için gömülü algoritmalar geliştirilmiştir. Sistem, laboratuvar ortamında WMTC'ye uyarlanmış yük profiline göre test edilerek doğrulanmıştır. Elde edilen bulgular, hibrit enerji depolama mimarisinin sadece elektrikli araçlar için değil, yenilenebilir enerji sistemleri, enerji depolama istasyonları ve akıllı şebeke uygulamaları gibi birçok alanda uygulanabilir olduğunu göstermektedir. Bu yönüyle geliştirilen BYS, batarya teknolojilerinin gelecekteki gelişimi için hem akademik hem de endüstriyel açıdan güçlü bir referans niteliğindedir.
Özet (Çeviri)
This thesis develops a Battery Management System (BMS) specifically designed for hybrid energy storage systems that integrate different lithium-ion battery chemistries, and its performance has been experimentally evaluated. Nowadays, battery technologies offer diverse advantages in terms of energy density, thermal stability, and power delivery capabilities. Accordingly, a hybrid battery pack combining the widely used Lithium Iron Phosphate (LFP) and Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide (NMC) chemistries has been constructed to leverage the strengths of both types. The developed system is supported by a dynamic control algorithm that directs current flow according to instantaneous energy demand and adapts to the characteristics of each battery type. A microcontroller-based architecture employs an RS-485 communication protocol to enable real-time data monitoring and decision-making processes. Thus, the hybrid configuration can respond swiftly to load variations and optimize energy distribution. Experimental tests have demonstrated that the hybrid battery system delivers a more balanced performance compared to conventional single-chemistry setups. Notably, NMC cells meet high power demands during sudden load changes, while LFP cells maintain thermal stability, enhancing overall system safety. This design offers significant benefits in terms of state-of-charge (SoC) protection, temperature regulation, and load response. Furthermore, its modular structure facilitates adaptation to various capacity requirements, providing flexibility for future applications. The energy management algorithm is configured to improve both efficiency and safety by considering environmental factors. Through coordinated optimization of hardware and software components, the system achieves extended battery life and reduced thermal stress, particularly in electric vehicles with high current demands. During the design phase, engineering challenges such as cell balancing, reliable data communication, and real-time control were addressed. To this end, an ESP32 microcontroller and a BQ76952 battery monitoring IC were utilized, with embedded algorithms developed for data processing and fault detection. The system was validated under laboratory conditions using a load profile adapted from the World Motorcycle Test Cycle (WMTC). The findings indicate that this hybrid energy storage architecture is applicable not only in electric vehicles but also across renewable energy systems, storage stations, and smart grid solutions. Consequently, the developed BMS serves as a significant reference for both academic research and industrial applications in the advancement of battery technologies.
Benzer Tezler
- Yüksek sıcaklık uygulamaları için termoplastik malzeme seçimi: bir karşılaştırmalı çok kriterli karar verme yaklaşımı
Thermoplastic material selection for high temperature applications: a comparative multi-criteria decision making approach
MUSTAFA SEFA BULUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiOsmaniye Korkut Ata ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUHAMMED ORDU
DR. ÖĞR. ÜYESİ OĞUZHAN DER
- Li-ion batarya paketleri için akıllı adaptronik termal yönetim sistemi tasarımı
Smart adoptronic thermal management system design for Li-ion battery packs
MOHAMMAD JOULA
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Gedik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SAVAŞ DİLİBAL
- Modelling and state of charge estimation for lithium-ion batteries
Lityum-iyon bataryalarda modelleme ve şarj durumu kestirimi
OZAN ÖZAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OVSANNA SETA ESTRADA
- Potential use of stand-alone PV-wind-diesel battery hybrid energy system in a remote area inTturkey using homer
Homer kullanılarak türkiye'de uzak bir bölgede bağımsız PV-rüzgar-dizel batarya hibrit enerji sisteminin potansiyel kullanımı
ANAS TAHA ZAKARYA MOHAMAD
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Aydın ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. RIZA İLHAN
- Design of hybrid solar wind system for sustainable energy storage: A case study Rutba city
Sürdürülebilir enerji depolaması için hibrit güneş rüzgar sisteminin tasarımı: Rutba şehiri örnek çalışması
AHMED BASEM MOHAMMD ALDULAEMI
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSakarya ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENK YAVUZ