Aktif dengeleme yöntemi ile batarya yönetim sistemlerindeki enerji transferi uygulamaları için çift yönlü geri dönüşlü dönüştürücü tasarımı

Batarya paketini oluşturan hücreler üretimsel toleranslar ve çevre koşullarının etkisiyle eşdeğer olmayan şarj ve deşarj davranışları göstermektedir. Hücreler arasındaki eşdeğer olmayan bu davranışlar batarya paketini oluşturan hücrelerin aşırı şarj ve aşırı deşarja maruz kalarak güvenlik problemleri oluşmasına sebep olmaktadır. Aynı zamanda batarya paketinin verimli kullanılmamasına ve kullanım ömrünü erken tamamlamasına neden olmaktadır. Bu olumsuz durumların giderilmesi için batarya paketini oluşturan hücrelerin dengelenmesi gerekmektedir. Hücre dengeleme sistemleri batarya yönetim sistemlerin en temel bileşenidir. Hücre dengeleme sistemleri pasif ve aktif hücre dengeleme olarak ikiye ayrılmaktadır. Pasif hücre dengelemede batarya paketini oluşturan hücreler arasındaki dengesizliğe neden olan fazla enerjinin harcanmasıyla dengeleme işlemi gerçekleşirken aktif hücre dengelemede dengesizliğe neden olan fazla enerji yüksek enerjili hücreden düşük enerjili hücreye aktarılarak hücre dengeleme işlemi gerçekleştirilir. Pasif hücre dengeleme sistemi basit tasarım ve düşük maliyet avantajına sahipken düşük dengeleme hızı ve düşük dengeleme verimliği dezavantajına sahiptir. Aktif hücre dengeleme yüksek dengeleme hızı ve yüksek dengeleme verimliliği avantajına sahipken yüksek maliyet ve büyük sistem boyutu dezavantajlarına sahiptir. Bu tez çalışmasında üç veya daha fazla sayıda lityum iyon hücre içeren batarya paketleri için batarya paketinin şarj veya deşarj durumuna göre hücreden pakete veya paketten hücreye çift yönlü hücre dengeleme işlemi gerçekleştirebilen trafo temelli aktif hücre dengeleme sistemi geliştirilmiştir. Hücre dengeleme sistemi batarya paketindeki hücrelerin devreye alınmasını sağlayan anahtarlama dizisi, anahtarlama elemanlarının kontrol edilmesini sağlayan izole ve izole olmayan sürücü devreler, şarj ve deşarj akımlarının belirlenmesini sağlayan akım algılama, hücre ve batarya paketi gerilimlerinin belirlenmesi sağlayan gerilim algılama devreleri ve enerji aktarım işlemini gerçekleştiren geri dönüşlü dönüştürücüsünden oluşmaktadır. Hücre dengeleme sisteminin ve geri dönüşlü dönüştürücünün çalışma prensibi ve çalışma modları ayrıntılı olarak analiz edilmiştir. Geri dönüşlü dönüştürücünün tasarımı için gereken matematiksel eşitlikler verilmiştir. Öncelikle hücre dengeleme sistemi Matlab/Simulink ortamında simüle edilmiştir. Ardından gerçek zamanlı uygulama devresinin tasarımı gerçekleştirilerek laboratuvar ortamında dengeleme sisteminin performansı incelenmiştir Simülasyon ve gerçek zamanlı uygulama bulguları karşılaştırılarak birbirini doğruladığı belirlenmiştir. Hücre dengeleme sistemi kontrol ve tasarım kolaylığı, yüksek dengeleme hızı ve az sayıda manyetik bileşen içermesi özellikleriyle diğer hücre dengeleme sistemlerine üstünlük gösterdiği belirlenmiştir.