Elektrikli araçlar için aktif hücre dengeleme sistemi tasarımı
Active cell balancing system design for electric vehicles
- Tez No: 960681
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR KADEM
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bursa Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 61
Özet
Elektrikli araçlara (EA) olan talebin hızla artması, batarya teknolojilerinin gelişimini zorunlu kılmıştır. Enerji depolama kapasitesinin artırılması, EA'ların menzilini uzatmak ve batarya ömrünü uzatmak açısından kritik öneme sahiptir. Lityum-iyon (Li-iyon) bataryalar, yüksek enerji yoğunlukları ve uzun hizmet ömürleri sayesinde birçok uygulamada yaygın şekilde kullanılmaktadır. Ancak, bir batarya paketi içindeki bireysel hücreler arasında Şarj Durumu (SoC) açısından dengesizlikler oluşabilir. Bu tür dengesizliklerin giderilmesi amacıyla Batarya Yönetim Sistemleri (BMS) geliştirilmiştir. Mevcut yöntemler arasında en yaygın kullanılan teknik pasif dengeleme olup, daha yüksek şarja sahip hücrelerden fazla enerji dirençler üzerinden ısı olarak harcanarak denge sağlanır. Basit bir yapıya sahip olmasına rağmen bu yöntem, ciddi enerji kaybına yol açarak batarya paketinin genel verimliliğini düşürmektedir. Buna karşılık, aktif dengeleme yöntemleri bir hücreden diğerine doğrudan enerji transferine olanak tanıyarak daha verimli ve uzun ömürlü batarya sistemleri oluşturur. Bu çalışmada, endüktör tabanlı bir aktif hücre dengeleme yöntemi önerilmektedir. Geleneksel sistemlerin aksine, önerilen mimari yalnızca bir adet endüktörle çalışmakta; böylece bileşen sayısı azaltılmakta ve devre tasarımı sadeleştirilmektedir. Hücreler arasındaki enerji transferi, bir kontrol mekanizması aracılığıyla yönetilerek yüksek SoC'ye sahip hücrelerden düşük SoC'ye sahip olanlara doğru yönlendirilmektedir. Bu yaklaşım, kapasite kayıplarını minimize etmekte ve hücreler arasında dengeli şarj dağılımı sağlayarak batarya ömrünü uzatmaktadır. Önerilen sistem, MATLAB/Simulink ortamında gerçekleştirilen detaylı simülasyonlarla değerlendirilmiştir. Simülasyon sonuçları, geliştirilen aktif dengeleme sisteminin geleneksel pasif dengeleme tekniklerine kıyasla daha hızlı, daha verimli ve daha güvenilir olduğunu göstermektedir. Tasarım, enerji transferi sırasında anahtarlama kayıplarını ve devre direncini en aza indirecek şekilde optimize edilmiş, böylece sistemin genel verimliliği maksimize edilmiştir. Ayrıca, önerilen yöntem büyük ölçekli batarya sistemlerine entegrasyon açısından da pratik avantajlar sunmaktadır. Tek bir endüktörün kullanımı, sistem boyutunu ve maliyeti azaltırken uygulanabilirliği artırmaktadır. Yapılan analizler, bu yöntemin batarya yönetim sistemlerinde önemli bir gelişme sunduğunu ortaya koymaktadır. Gelecekteki çalışmalar, yöntemin farklı batarya kimyaları ve sistem gereksinimleriyle uyumlu hale getirilmesi üzerine yoğunlaşacak; böylece yöntemin uygulama alanı daha da genişletilecektir.
Özet (Çeviri)
The rapidly increasing demand for Electric Vehicles (EVs) has necessitated the advancement of battery technologies. Enhancing energy storage capacity is critical for extending the driving range of EVs and prolonging battery lifespan. Lithium-ion (Li-ion) batteries are widely used in various applications due to their high energy density and long service life. However, imbalance in the State of Charge (SoC) among individual cells within a battery pack can occur. To address such imbalances, Battery Management Systems (BMS) have been developed. Among the existing approaches, passive balancing is the most commonly employed technique, wherein excess energy from higher-charged cells is dissipated as heat via resistors. Although simple, this method leads to significant energy loss and results in lower overall efficiency of the battery pack. In contrast, active balancing methods enable direct energy transfer from one cell to another, thereby facilitating more efficient and longer-lasting battery systems. In this study, an inductor-based active cell balancing method is proposed. Unlike conventional systems that rely on multiple inductors, the designed architecture operates with a single inductor, thereby reducing the number of components and simplifying the circuit design. The energy transfer between cells is controlled via a management mechanism, directing energy flow from cells with higher SoC to those with lower SoC. This approach minimizes capacity losses and enhances battery lifespan by ensuring uniform charge distribution among the cells. The proposed system has been evaluated through detailed simulations conducted in the MATLAB/Simulink environment. The simulation results demonstrate that the developed active balancing system is faster, more efficient, and more reliable compared to conventional passive balancing techniques. The design minimizes switching losses and circuit resistance during energy transfer, thereby maximizing overall system efficiency. Additionally, the method offers practical advantages for integration into large-scale battery systems. The use of a single inductor reduces system size and cost, while enhancing overall feasibility. The conducted analyses reveal that the proposed method represents a substantial improvement in battery management systems. Future work will focus on optimizing the method for compatibility with different battery chemistries and system requirements, potentially expanding its range of applications.
Benzer Tezler
- Hibrit insansız hava araçlarına (iha) yönelik jeneratör sistemleri için batarya yönetim sistemi tasarımı
Battery management system design for the generator systems intended to hybrid unmanned aereal vehicles
MEHMET YOZGAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYozgat Bozok ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRAH ÇETİN
- Elektrikli araçlar için aktif batarya dengeleme sistemi
Design of active battery balance system for electric vehicles
ELİF KILINÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGazi ÜniversitesiOtomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATİH ŞAHİN
- Lityum tabanlı batarya paketleri için batarya yönetim sistemi tasarımı
Battery management system design for lithium based battery packs
ŞAHİN SOYDAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKarabük ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. CAN BÜLENT FİDAN
- Design and implementation of battery management system
Batarya yönetim sistemi tasarımı ve uygulaması
GÜRKAN TOSUN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Okan ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAMAZAN NEJAT TUNCAY
- Implementation of active cell balancing circuit for battery management system in electric vehicles
Elektrikli araçlarda batarya yönetim sistemi için aktif hücre dengeleme devresinin uygulanması
ARZU TÜRKSOY
Doktora
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiÇukurova ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET TEKE
DOÇ. DR. ALKAN ALKAYA