MİKRODENETLEYİCİ TABANLI AKTİF BATARYA YÖNETİMSİSTEMİ TASARIMI

Günümüzde elektrikli araçlar başta olmak üzere pek çok enerji depolama uygulamalarında Liion,

Li-Fe04 ve Li-po batarya hücreleri kullanılmaktadır. Bu hücrelerin tercih sebebi ise

mevcut klasik şarj edilebilir batarya hücreleri içinde yüksek enerji ve güç yoğunluğuna sahip

olmalarıdır. Fakat uygulamalarda çok fazla (onlarca hatta yüzlerce) adet Li-ion hücre

kullanılması gerekmektedir. Bu şekilde elde edilen batarya sistemlerinde ise her bir batarya

hücresinin sıcaklık, akım gibi parametrelerinin görüntülenmesi ve hücre voltajlarının

denetlenip yönetilmesi gerekmektedir. Bu ihtiyacı karşılamak için tasarlanan sisteme Batarya

Yönetim Sistemi (Battery Management System – BMS) denir. BMS batarya koruma işlevine

ek olarak bataryada bulunan hücrelerin gerilimlerinin dengelenmesini işlevini de yerine

getirmektedir. Bu sayede bataryaların bütün hücrelerinin eşit miktarda şarj edilmesi ve buna

bağlı olarak batarya enerjisinin daha uzun süre kullanılabilmesine olanak sağlar. Dengeleme

işleminde pasif ve aktif tip olmak üzere 2 metot kullanılır. Pasif metot da batarya hücrelerinin

fazla enerjisi dirençler üzerinde harcanarak tüm batarya hücrelerinin eşit miktarda enerji ile

şarj edilmesi sağlanır. Bu metot sadece şarj esnasında çalışır ve yüksek sıcaklıklara sebep

olabilir. Pasif BMS‘nin en önemli avantajı basit bir yapıya sahip olmasıdır. Aktif metot da ise

fazla enerjiye sahip batarya hücresindeki enerjinin bir kısmı DA-DA dönüştürücü vasıtasıyla

düşük enerjili hücreye aktarılarak enerji dengesi sağlanmaya çalışılabilir. Bu yüzden aktif

BMS hem şarj hem deşarj anında kullanılabilir. Pasif BMS ‘ye oranla daha karmaşık bir

yapıya sahiptir. Tasarlamış olduğumuz BMS yapısında daha verimli olmasından dolayı aktif

BMS tercih edilmiştir. Bir merkezi denetim ünitesine her bir batarya hücresini gözlemleyip

kontrol edebilmek için yardımcı üniteler eşlik etmektedir. Bu yardımcı ünitelerin sayısı

batarya hücre sayısından bir eksiktir. Ünitelerin birbirleri ile haberleşmesinde asenkron seri

iletişim protokolü kullanılmıştır. Yardımcı üniteler üzerinden sıcaklık, akım ve gerilim

değerlerinin okunup merkezi sisteme aktarımının yanı sıra dengeleme işlemini

gerçekleştirecek DA-DA dönüştürücü devresini kontrol etmek amacıyla bir adet

mikrodenetleyici (Yönetici ATmega644A, Gözlemleyici ATmega88A) kullanılmıştır.

Dengeleme topolojisi olarak güç aktarımı (Power-Pump) kullanılmıştır. Bu topolojide enerji

geçici olarak bir bobin üzerine depo edilir ve daha sonra düşük gerilime (düşük enerjiye)

sahip batarya hücresine aktarılır. Çift anahtar kullanıldığı için enerji komşu iki hücre arasında

istenilen hücreden diğerine aktarılabilmektedir. Çalışma kapsamında gerçekleştirilen güç

ünitesi simülasyonları PSIM programında, mikrodenetleyici ünitesi simülasyonları ise Proteus

programı kullanılarak modellenmiştir.