Batarya yönetimi için pasif dengeleme yönteminde farklı yarıiletken elemanların performans karşılaştırması

Günümüzde elektrikli araçlar (EA), taşınabilir elektronik cihazlar, yenilenebilir enerji sistemleri ve enerji depolama sistemleri gibi birçok alanda batarya tabanlı sistemler kullanılmaktadır. Batarya tabanlı sistemlerde bataryanın verimini, ömrünü ve güvenliğini arttırmak amacı ile batarya yönetim sistemleri (BYS) kullanılmaktadır. Batarya Yönetim Sistemleri, bataryaların şarj ve deşarj süreçlerini izleyerek, hücre dengeleme, sıcaklık yönetimi ve enerji optimizasyonu gibi kritik görevleri yerine getirir. Bu sebeple elektrikli araçlarda ve diğer batarya tabanlı uygulamalarda batarya yönetim sistemleri oldukça önemli bir rol oynamaktadır. Bu tez çalışmasında batarya yönetim sistemlerinde (BYS) hücre dengeleme yöntemi olarak kullanılan pasif dengeleme işleminin geliştirilmesi, farklı yarı iletkenlerin kullanılması ile gerçekleştirilmiştir. Lityum iyon pillerin seri bağlanması ile batarya paketi oluşturulmuştur. Batarya paketindeki hücrelerin, sıcaklık ve gerilim değerleri anlık olarak izlenmektedir. Şarj esnasında batarya hücrelerindeki farklı gerilimleri dengelemek için pasif dengeleme yöntemi kullanılmıştır. Pasif dengeleme işlemi her bir batarya hücresine bağlı yarıiletken anahtarlama elemanları sayesinde dirençler üzerinden fazla enerjinin ısıya dönüştürülmesi şeklinde gerçekleştirilmiştir. Pasif dengeleme işleminde anahtarlama elemanı olarak MOSFET, JFET ve BJT yarıiletkenleri ayrı ayrı kullanılmıştır. Her bir anahtarlama elemanın pasif dengeleme işlemindeki performansını gözlemlemek ve avantaj-dezavantajlarını ortaya koymak hedeflenmiştir. Pasif dengeleme işleminde anahtarlama elamanı olarak kullanılan yarıiletkenler anahtarlama hızı, anahtarlama kayıpları ve maliyetleri açısından karşılaştırılmıştır.

Today, battery-based systems are used in many areas such as electric vehicles (EV), portable electronic devices, renewable energy systems and energy storage systems. Battery management systems (BMS) are used in battery-based systems to increase the efficiency, life and safety of the battery. Battery Management Systems monitor the charging and discharging processes of batteries and perform critical tasks such as cell balancing, temperature management and energy optimization. For this reason, battery management systems play a very important role in electric vehicles and other battery-based applications. In this thesis, the development of passive balancing process used as cell balancing method in battery management systems (BMS) was carried out by using different semiconductors. Battery pack was formed by connecting lithium-ion batteries in series. Temperature and voltage values of cells in battery pack are monitored instantly. Passive balancing method was used to balance different voltages in battery cells during charging. Passive balancing process was carried out by converting excess energy into heat through resistors by means of semiconductor switching elements connected to each battery cell. MOSFET, JFET and BJT semiconductors were used separately as switching elements in passive balancing process. It was aimed to observe the performance of each switching element in passive balancing process and to reveal their advantages and disadvantages. Semiconductors used as switching elements in passive balancing process were compared in terms of switching speed, switching losses and costs.