• 3867
    PAYLAŞIM

Akülerin Hizmet Ömrünü Arttıran Şarj Dengeleme Teknolojileri

Akü Teknolojileri 15 AĞUSTOS 2014 CUMA
Serhat Nafiz

Yazar

Akülerin Hizmet Ömrünü Arttıran Şarj Dengeleme Teknolojileri

Batarya yönetim sistemleri (Battery Management Systems), şarj edilebilir batarya paketinin ve hücrelerinin akım, gerilim, sıcaklık gibi fiziksel parametrelerini izleyen ve bu değerleri kullanıcıya raporlayan, batarya paketinin veya hücrelerinin fiziksel değerlerini, belirlenen sınırlar içerisinde güvenli bir şekilde çalışması için gerekli tedbirleri alan ekipmanlardır. Batarya yönetim sistemi belirlenen sınırlar aşıldığında insan sağlığını ve ekipmanların güvenliğini korumak için batarya sistemini devre dışı bırakmak, soğutma sistemini aktif hale getirmek gibi işlemleri yürütür ve sistem içerisindeki bataryalar veya hücreler arası şarj dengelemesi işlevini yerine getirir. Birden çok hücrenin/bataryanın seri ve/veya paralel bağlandığı sistemlerde, bataryaların birbirine eşdeğer şarj ve deşarj olabilmelerini sağlamak, toplam enerjinin efektif kullanılması ve batarya ömrünün uzaması açısından önem arz etmektedir. Literatürde temel yapı olarak rezistif, kapasitif ve indüktif olmak üzere üç temel şarj dengeleme tekniği bulunmaktadır. Enerjinin verimli bir şekilde kullanılması için tek bataryadan alınan enerjinin diğer bataryalara transferi ve tersi yönde işlem yapabilen farklı güç elektroniği topolojileri kullanılmaktadır. Bataryalar paralel bağlı oldukları durumda, terminal gerilimlerini eşitlemek için birbirlerini zorlarlar ve böylelikle paralel bağlı bataryalar otomatik şarj dengelemesi yapmış olurlar. Seri bağlı durumda aynı akım bütün bataryalardan geçer. Bu durumda şarj veya deşarj akımının ne zaman kesileceğini en zayıf batarya belirler. Bu durum Şekil 1 de gösterilmiştir. Şarj ve deşarj işlemi sırasında maksimum ve minimum terminal gerilimi değerlerinin dışına çıkılması durumunda bataryalar zarar görmektedir. Seri bağlı bataryalarda her bir bataryanın terminal gerilimini ölçmek bu bağlamda önemlidir. 

Son yıllarda çevre kirliliğindeki artış ve petrol fiyatlarındaki dalgalanmayla birlikte elektrikli ve hibrit elektrikli araçlar insanoğlunun gündeminin önemli bir parçası haline gelmiştir. Bu araçlarda elektriksel sürücü sistemlerinin gerektirdiği çalışma gerilimini karşılayabilmek için çok sayıda seri bağlanan hücreler/aküler kapasite ihtiyacı doğrultusunda da paralel bağlanmaktadır. Üretim ve çalışma koşullarındaki farklılıklar neticesinde bataryalar birbirine eşdeğer olmayan davranışlar sergilemektedirler. Bu farklılıklar nedeniyle deşarj sırasında bazı bataryaların gerilimi diğer bataryalara göre daha hızlı düşerken, şarj sırasında da bazı bataryaların geriliminin çok hızlı yükseldiği gözlemlenmektedir. Bu olumsuzluğu ortadan kaldırmak için şarj dengeleme sistemleri kullanılmaktadır. Şarj dengeleme sisteminin en büyük görevi bataryaların terminal gerilimlerini her durumda eşit tutmaktır. Bu çalışmada kullanılan topoloji hem şarj sırasında hem de deşarj sırasında şarj dengeleme görevini yerine getirmektir. Batarya yönetim sistemi alt bileşenleri Şekil 2’de gösterilmiştir. Şekil 3’de ise alt bileşenlerin içerdiği başlıklar belirtilmiştir.

  

 

 

Pasif Şarj Dengeleme Pasif dengeleme sistemi temsili resmi Şekil 4’te gösterilmiştir. Pasif şarj dengeleme sisteminin özellikleri aşağıda sıralanmıştır. 

  • Gerilim seviyesi diğer bataryalara göre daha yüksek olan ve şarj dengelenmesine ihtiyaç duyan bataryanın bir yük direnci üzerinden deşarj edilerek, sistemdeki diğer bataryalar ile aynı şarj durumunda kalması sağlanır.
  • İlgili batarya deşarj edilerek şarj dengelemesi sağlandığı için bataryalar deşarj olurken bu sistem kullanılamaz. Sadece şarj sırasında şarj dengelemesi yapılabilir.
  • Yük direnci üzerinden ısı olarak harcanan enerji hem sistem verimini düşürür hem de bu yük dirençlerinin soğutma ihtiyacı ek maliyet ve yük oluşturur.
  • Yazılımsal ve donanımsal olarak uygulaması en kolay şarj dengeleme tekniğidir.

Şekil 4: Pasif şarj dengeleme tekniği   

 

 

 

 

Aktif Şarj Dengeleme Aktif şarj dengeleme sistemi devre şeması Şekil 5’te verilmiştir. Aktif şarj dengeleme sisteminin özellikleri şu şekildedir;

 

  •  Aktif şarj dengeleme tekniğinde, enerji ısı olarak atılmak yerine bataryalar arası transfer edilerek sistemin sürekli olarak şarj dengesinde kalması sağlanır.
  • Aktif şarj dengeleme işlemi için enerjinin geçici olarak depolanacağı bir devre elemanına ihtiyaç vardır.
  • Aktif şarj dengeleme sistemleri enerjinin geçici olarak depolandığı devre elemanlarına bağlı olarak kapasitif şarj dengeleme ve indüktif şarj dengeleme sistemleri olarak ikiye ayrılmaktadır.
  • Teorik olarak %100 verimli olan bu sistemlerde enerji, mikrodenetleyici kontrollü  olarak bataryalar arası transfer edilir. Yazılımsal ve donanımsal olarak pasif şarj dengeleme tekniğine göre uygulaması daha zor sistemlerdir ve bu sistemler ile yüksek şarj dengeleme akımları sağlanabilir.
Yorumları Oku
Siz de fikrinizi paylaşın
Güvenlik kodunu giriniz