Active and passive balancing battery control for electric vehicle

Abstract

Batarya teknolojisi her gün gelişmekte olup kullanım oranı da gün geçtikçe artmaktadır. Özellikle elektrikli araçların yaygınlaşması ile batarya kullanımı da artacaktır. Böylelikle batarya alanında yapılan çalışmalar daha önemi hale gelecektir.Genellikle batarya tabanlı sistemler birçok batarya hücresinden oluşmaktadır. Birden çok batarya hücresinden oluşan sistemlerde, bataryaların aynı oranda şarj ve deşarj olabilmelerini sağlamak, toplam enerjinin efektif kullanılması ve batarya ömrünün arttırılması açısından önemlidir. Bu işlemi yapan sistemlere batarya yönetim sistemleri denilmektedir.Önerilen tez çalışmasında elektrikli araçlarda kullanılmak üzere pasif ve aktif yöntem tabanlı iki farklı batarya yönetim sistemi tasarlanmış ve uygulaması gerçekleştirilmiştir. Bu batarya yönetim sistemlerinden birincisi hem aktif hem de pasif balanslama yöntemini, ikincisi de sadece pasif balanslama yöntemini içermektedir. İki batarya yönetim sisteminde de direnç tabanlı pasif kontrol yöntemi kullanılmıştır. Direnç yerine metal oksit yarı iletken anahtarlama elemanları yük olarak kullanılmıştır. Bu amaçla özgün bir dijital analog dönüştürme devresi tasarlanmış ve pasif balanslama sistemlerinde kullanılmıştır. Birinci batarya yönetim sisteminde, pasif balanslama yönteminin yanısıra, aktif balanslama yöntemi de uygulanmıştır. Her iki kontrol yönteminin uygulanabileceği bir devre topolojisi tasarımı yapılmıştır. İki yöntemin uygulaması başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Aktif ve pasif balanslama yönteminin aynı devre topolojisinde uygulanabileceği bir devre tasarımı literatürde ilk defa yapılmıştır. Bu açıdan da literatüre yeni bir devre topolojisi kazandırılmıştır. Bu yöntemlerin uygulanabilirliği oluşturulan iki farklı deneysel sistemle test edilmiştir. Bu sistemlerin başarılı bir şekilde çalıştığı elde edilen deneysel sonuçlar aracılığı ile kanıtlanmıştır.

Battery technology is developing every day and usage rate is increasing day by day. Particularly with the spread of electric vehicles, battery usage will also increase. In this way, the work done in the battery field will become more important. Generally, battery-based systems consist of many battery cells. In systems consisting of several battery cells, it is important to ensure that the batteries can be charged and discharged in the same amount, in terms of the effective use of the total energy and the prolongation of the battery life. This system is called battery management system.Two different battery management systems based on passive and active methods have been designed and implemented for use in electric vehicles in the proposed thesis. The first of these battery management systems includes both active and passive balancing, and the second includes only passive balancing. Resistance based passive control method was used in both battery management systems. metal oxide semiconductor field effect transistor switching elements have been used as a load instead of resistance. For this purpose, an original digital analog converter circuit was designed and used in passive balancing systems. In the first battery management system, active balancing method was applied in addition to passive balancing method. A circuit topology was designed in which both control methods could be applied. The application for two methods was successfully performed. A circuit design in which active and passive balancing methods can be applied in the same circuit topology was made for the first time in the literature. In this respect, a new circuit topology has been introduced to the literature. The applicability of these methods has been tested with two different experimental systems. The successful operation of these systems has been proved by the obtained experimental results.