Günümüz dünyasında enerjiye olan artış ile enerji depolamaya olan ihtiyaç da çoğalmıştır. Bu yüzden pil üretimi ve batarya paketleme teknolojileri gelişmiştir. Bataryalarda kullanılan pil adedinin ve lityum tabanlı pillerin yaygınlaşması bataryayı yönetme ihtiyacı doğurmuştur. Bu sebepten dolayı batarya yönetim sistemi (BMS – Battery Management System) teknolojisi oluşmuştur. Peki Batarya Yönetim Sistemi nedir?
Batarya Yönetim Sistemi Nedir?
Kısaca BYS veya yabancı terminoloji ile BMS diyebileceğimiz teknoloji temel olarak devre kartından oluşur. Bu kartın amacı bütün bir pil grubunu daha verimli ve sağlıklı çalışmasını sağlamaktır. Bunu yaparken batarya hücresinde ki;
- Şarj durumu (SOC)
- Sağlık durumu (SOH)
- İşlev durumu (SOF)
- Güvenlik ve kritik önlemler
- Yük dengeleme/bireysel hücre verimliliği
gibi verileri kontrol eder. Bunun yanı sıra batarya paketlerinde ki akım, gerilim, sıcaklık vb. değerleri ölçerek optimum değerleri kontrol eder. Bu optimum değerlerin dışına çıkıldığında bir geri dönüt sağlar. Aynı zamanda hücrelerde ki gerilimi , paralel bağlılar ise akımı ve kapasiteyi belirler. Burada ki seri ve paralel bağlı sistemlerin yönetilmesi içinde bu sistemler kullanılır. Burada bir diğer husus ise bataryanın şarj ve deşarj olma anıdır. Şarj ve deşarj esnasında bütün hücrelerin aynı gerilim seviyesinde tutulması gerekir. Bu işleme dengeleme adı verilir. Pasif dengeleme ve aktif dengeleme olarak iki tür dengeleme bulunur.
Sağlık Durumu (SoH)
Bir pilin üç ana sağlık durumu göstergesi şunlardır:
- Kapasite, enerji depolama yeteneği
- İç direnç, akım iletme yeteneği
- Mekanik bütünlüğü ve stresle ilgili koşulları yansıtan kendi kendine deşarj
Hücre kapasitesinde SoH önemli bir rol onar. Hücre üretildiği zaman ki kapasitesi ile kullanıldığı kapasite arasında ki orandır. Bu sebepten ikiye ayrılır:
- Mutlak sağlık durumu (ASoH), pil yeniyken belirtilen enerjiyi depolama yeteneği
- Göreceli sağlık durumu (RSoH), pil bozulduğunda kullanılabilir depolama kapasitesi
Şarj Durumu (SoC)
Kullanıcının en aşina olduğu göstergedir. Pil ilk üretildiğinde ki kapasitesinin, kullanıldığı anda ki kalan kapasiteye oranıdır. Bu sebepten ikiye ayırabiliriz:
Mutlak şarj durumu (ASoC), pil yeniyken belirtilen şarjı alabilme özelliği
Göreceli sağlık durumu (RSoC), mevcut şarj düzeyi alma kapasitesi hesaba katar.
İşlev durumu (SoF)
İşlev durumu(SoF), mevcut kapasiteye göre şarj durumunu gözlemleyerek, pilin kullanılabilir enerji açısından hazır olup olmadığını yansıtır. Bu, kullanılabilir kapasitenin yük (RSoH) biçiminde depolanmış enerji olarak yansıtıldığı üç durumlu yakıt göstergesi ile gösterebilir; doldurulabilen kısım boş, kullanılmayan kısım ise eski haline döndürmez.
Pasif Dengeleme
Pasif dengeleme uygulaması, aktif dengelemeye göre daha kolay olan basit bir yöntemdir. Burada öncelikle hücrelerin en düşük ve en yüksek gerilimleri tespit eder. Buna bağlı olarak hücrelerin gerilim seviyelerini aldığı referans ile dengeler. Bazı bataryaların gerilim seviyesi diğer bataryalara göre daha yüksek olur. Bu bataryalar şarj dengelemesine ihtiyaç duyar, yük direnci ile deşarj edilerek şarj durumu sabit kalması sağlanır. Bu yük direnci üzerinde var ısı olarak oluşan enerji sistem verimini düşürür. Bu durum soğutma ihtiyacı sebebi ile ek maliyet ve yük oluşturur. Yazılımsal ve donanımsal olarak uygulaması kolay bir tekniktir.
Aktif Dengeleme
Aktif dengeleme uygulaması, hesapladığı batarya hücrelerinin gerilim seviyelerini, gerilimi yüksek olan hücreden düşük gerilimli hücreye kapasitör ve bobinler vasıtası ile aktarır. Bu işlemi sadece gerektiği takdirlerde aktif olur. Bu sebepten pasif dengelemede harcanan enerji, bu yöntemde diğer batarya hücrelerine aktarılarak verimli bir şekilde dengeleme sağlanır. Aktif dengeleme 3 farklı şekilde uygulanır;
- Kapasitör Temelli
- Endüktans/Transformatör Temelli
- Dönüştürücü Temelli
Sonuç
BMS sistemi görüldüğü üzere gelişen elektrikli araçlar veya aletler konusunda çok önemli bir rol oynamaktadır. BMS teknolojisi bir batarya paketinin sağlığını bunun yanında güvenliğini ve bir çok faktörünü işlediği bilgilerle kullanıcıya güvenlik ve üreticiye de geliştirme imkanı tanır.
Kaynakça
- https://batteryuniversity.com/
- Professor David Greenwood, AUTOMOTIVE BATTERIES 101, WMG, University of Warwick, JULY 2018
- Mustafa Aktaş, Burak Baygüneş, Sinan Kıvrak, Barış Çavuş, Faruk Sözen, Elektrikli Araç İçin Düşük Maliyetli Bir Batarya Yönetim Sistemi Tasarımı ve Gerçekleştirilmesi, Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, Özel Sayı, S. 227-238, Ağustos 2022
- Elektrikli Araçlar için Batarya Paketi ve Batarya Yönetim Sisteminin Gerçeklenmesi, Istanbul University
- Yusuf Hançar, Habib Kaymaz, Elektrikli araç batarya yönetim sistemleri için hücre eşitleme yöntemleri
