Batarya yönetim sistemlerinde ana ve uydu denetleyici modül tasarımı ve can protokolü kullanımı

Abstract

Günümüzde LiFePO4 bataryaların kullanımı giderek artmaktadır. Ancak bu bataryaların güvenli ve verimli olarak kullanılabilmesi için dikkat edilmesi gereken önemli özellikleri vardır. Bataryaların yanlış kullanılması sonucunda yanma, patlama veya bataryaların ömrünün kısalması gibi durumlar ortaya çıkmaktadır. Bu yüzden, batarya hücrelerinin gerilim, sıcaklık ve akım değerleri sürekli kontrol altında tutulmalıdır. Diğer taraftan, toplam batarya grubunun her bir hücre ile birlikte yönetimini gerçekleştirecek bir ana yönetim sistemi de gereklidir. Ayrıca, hücrelerde denetimi sağlayan uydu yönetici birim ile ana yönetim birimi arasındaki haberleşme sistemi de önem arz etmektedir. Bu tez çalışmada, Lityum temelli bataryalar için literatürde var olan batarya yönetim sistemleri araştırılarak daha verimli çalışan ve CAN protokol ile haberleşen bir batarya yönetim sistemi gerçekleştirilmiştir. Bataryalar için mikro denetleyici tabanlı kontrol ve koruma donanımları tasarlanıp üretilmiştir. Bu devreler; bataryaların gerilim, sıcaklık ve akım değerlerini ölçüp görüntülemektedir. Batarya hücrelerini aşırı şarj olma, aşırı deşarj olma, yüksek akım, yüksek sıcaklık gibi durumlardan korumaktadır. Batarya yönetim sistemi, hücre gerilim dengeleme işlemi ile batarya hücre gerilimlerini dengelemektedir. Batarya yönetim sisteminde ana denetleyici modüle yardımcı olarak uydu denetleyici modüller eklenerek, yüksek ve düşük gerilim batarya gruplarında, yüksek çözünürlüklü gerilim ve sıcaklık takibi sağlanmıştır. Birbirinden elektriksel olarak yalıtılmış uydu denetleyici modüller sayesinde farklı gerilim değerlerindeki batarya gruplarında kullanılabilen, modüler bir batarya yönetim sistemi tasarlanmıştır. Tasarımı gerçekleştirilen batarya yönetim sistemi (BYS) Üniversitemizde yürütülen Uluslararası TUBİTAK projesi kapsamında tamamen yerli üretimi gerçekleştirilen “Çok Hafif Şehir içi Dolaşım için Elektrikli Araç” projesinde kullanılan 32 adet seri olarak bağlanmış LiFePO4 batarya hücresi üzerinde denenmiştir. Yapılan bu uygulamada başarılı sonuçlar elde edilmiştir.

Today, use of LiFePO4 batteries gradually increase. However, there are important features to be considered in order to use these batteries safely and efficiently. As a result of wrong use of batteries, conditions such as burning, explosion or shortening of the life of batteries occur. For this reason, voltage, temperature and current values of the battery cells should always be controlled. Besides, a main management system which will perform the management of the total battery group along with each cell is also necessary. Moreover, communication system between the satellite management unit providing control in cells and the main management unit is also important. In this thesis study for lithium based batteries, a battery management system which operates more efficiently and communicates with CAN protocol was made by examination of the battery management systems existing in literature. For batteries, microcontroller based control and protection equipment were designed and produced. These circuits measure and monitor the voltage, temperature and current values of the batteries. They protect the battery cells from the conditions such as over charge, over discharge, high current, high temperature. Battery management system balances battery cell voltages with cell voltage balancing process. In the battery management systems, by adding satellite controller modules as auxiliary to the main controller module high definition voltage and temperature monitoring was provided in high and low battery groups. Thanks to the satellite controller modules electrically insulated from each other, a modular battery management system which can be used in battery groups with different voltage values was designed. Designed battery management system (BMS) was tried on 32 serially connected LiFePO4 battery cells which are used in “Quite Light Electric Vehicle for Urban Driving” project which is completely produced locally within International TUBITAK project conducted in our University. Successful results were obtained in this application.