Aktif ve Pasif Dengeleme Yapabilen Çoklu Kurşun Asit Batarya Yönetim Sistemi Tasarımı

Abstract

Günümüzde enerji depolama sistemlerine çokça ihtiyaç duyulmaktadır. Kursun asit batarya paketleri uygun kullanım koşulları nedeni ile enerji depolama sistemlerinde sıkça kullanılmaktadır. Her batarya paketinde olduğu gibi kursun asit bataryaların şarjları esnasında bazı problemler yaşanmaktadır. Seri paralel bağlı kursun asit batarya paketleri şarj olduktan sonra hücre gerilimleri eşit kalmamaktadır. Dengesizlik bazı hücrelerin aşırı şarj olmasına sebep olurken bazı bataryaların tam şarj olmasına mani olmaktadır. Batarya paketlerinin şarjlarında oluşan bu problemler akü ömürlerini ve performanslarını büyük ölçüde etkilemektedir. Yapılan araştırmalar dengeleme sistemi olmayan batarya paketi ömürlerinin neredeyse yarı yarıya kısalabileceğini göstermektedir. Şarj cihazları bu problemleri fark edemedikleri için dengeleme, koruma ve takip devreleri tasarlanmıştır. Bu tasarımlara batarya yönetim sistemi (BMS) denilmektedir. Bu tezde 12V 4 adet seri bağlı kursun asit bataryalar için hem aktif hem pasif dengeleme metodu uygulanmıştır. Kullanılan aktif dengeleme sisteminin görevi, şarj olurken SOC değeri ortalamanın altında kalan hücrelere batarya paketinden enerji transferini sağlamaktır. Bu enerji transferi sayesinde batarya paketi sürekli dengede kalır. Yapılan deneylerde sistemin 120 dakika içerisinde dengeleme işlemini gerçekleştirdiği görülmektedir. Pasif dengeleme sisteminin görevi bataryaların şarjı esnasında aşırı gerilime ulaşması durumunda SOC direnç kullanarak fazla enerjiyi ısıya dönüştürmektir. 14.8V ve üzeri değere sahip gerilimler bataryaların normal çalışma aralığının dışındadır. Sistem sadece bu gerilimlerde devreye girmektedir. Pasif dengeleme, sisteme bağlı koruyucu görev için kullanılmaktadır. Yüksek gerilimlere ulaşmadan çalışmaması, diğer pasif dengeleme sistemlerinden daha verimli çalışmasına olanak sağlamaktadır. Ayrıca batarya sıcaklıklarının takibi için dijital sıcaklık sensörleri kullanılmıştır. Sistem bataryaların aşırı sıcaklıklara ulaşması durumunda aktif dengelemeyi durdurabilir, kullanıcıyı uyarabilir ve ek olarak şarj cihazını kapatabilir.