BMS Nedir? (Battery Management System)

Elektrikli Araçlarda Batarya Yönetim Sistemleri: Temel Bilgiler

Elektrikli araçlar (EV) günümüzde sürdürülebilir ulaşımın en önemli parçalarından biri haline geldi. Fosil yakıtlara olan bağımlılığı azaltmak ve çevresel etkileri en aza indirmek amacıyla geliştirilen bu araçların kalbi, enerji depolama sistemleridir. Bu sistemlerin merkezinde ise bataryalar yer alır. Ancak bir elektrikli aracın performansını, güvenliğini ve ömrünü belirleyen tek şey bataryanın kendisi değildir. Asıl kilit rolü oynayan, Batarya Yönetim Sistemi (BMS) adı verilen teknolojiktir.

Batarya Yönetim Sistemi Nedir?

Basitçe ifade edecek olursak, Batarya Yönetim Sistemi (BMS), bir elektrikli aracın bataryasını izleyen, kontrol eden ve koruyan bir yazılım-donanım kombinasyonudur. BMS, bataryanın her bir hücresini sürekli olarak izler ve onun sağlıklı bir şekilde çalışmasını sağlar. Elektrikli araçlarda genellikle lityum-iyon bataryalar kullanılır ve bu tür bataryalar hassas bileşenlerdir. Lityum-iyon bataryalar aşırı ısınma, aşırı şarj veya düşük şarj gibi durumlarda zarar görebilir ya da tehlikeli olabilir. İşte burada devreye BMS girer.

BMS'in Temel Görevleri

1. Gerilim İzleme:
   Bir elektrikli aracın bataryası genellikle yüzlerce hücreden oluşur. Her bir hücrenin gerilimi, bataryanın toplam performansını etkileyebilir. BMS, her bir hücrenin gerilimini sürekli izler ve dengesizlikler olduğunda müdahale eder. Örneğin, bazı hücreler fazla şarj olmuşsa, BMS bu hücrelerin şarjını düşürerek tüm bataryayı dengeler.
2. Sıcaklık Kontrolü:
   Aşırı sıcaklık, bataryalar için büyük bir tehdittir. Lityum-iyon bataryalar genellikle 15°C ile 45°C arasında en iyi performans gösterir. BMS, bataryanın sıcaklığını sürekli ölçer ve gerekirse soğutma sistemini aktive eder. Ayrıca, bataryanın soğuk ortamlarda çalışmasını sağlamak için ısıtma sistemlerini de yönetebilir.
3. Şarj ve Deşarj Yönetimi:
   BMS, bataryanın ne kadar şarj olduğunu ve ne kadar enerji harcadığını takip eder. Bu sayede, bataryanın aşırı şarj olmasını veya tamamen boşalmasını engeller. Özellikle aşırı şarj, bataryanın ömrünü kısaltabilir ve güvenlik riski oluşturabilir. BMS, şarj sırasında uygun akım ve gerilim değerlerini ayarlayarak bataryanın uzun ömürlü olmasını sağlar.
4. Güvenlik ve Koruma:
   Elektrikli araçlarda güvenlik her zaman ön plandadır. BMS, bataryanın kısa devre yapmasını, aşırı akım çekmesini veya fiziksel hasar görmesini engellemek için çeşitli koruma mekanizmaları içerir. Örneğin, bir çarpışma durumunda BMS, bataryayı anında devre dışı bırakarak yangın riskini azaltabilir.
5. Veri Kaydı ve İletişim:
   Modern BMS'ler, bataryanın durumuyla ilgili verileri kaydeder ve bu verileri aracın ana bilgisayar sistemine iletir. Böylece sürücüler, aracın ne kadar şarj kaldığını, tahmini menzili ve bataryanın genel sağlık durumunu görebilir. Ayrıca, bu veriler servislerde bakım ve onarım işlemleri için de kullanılır.

Neden BMS Kritik Öneme Sahiptir?

BMS olmadan bir elektrikli aracın güvenli ve verimli bir şekilde çalışması mümkün değildir. Bataryalar, hem pahalı hem de karmaşık bileşenlerdir. Yanlış kullanıldıklarında hem araç sahiplerine maliyet çıkarabilir hem de ciddi güvenlik riskleri yaratabilir. BMS sayesinde:

• Bataryanın ömrü uzar.
• Aracın performansı optimize edilir.
• Güvenlik riskleri minimize edilir.
• Sürüş deneyimi daha sorunsuz hale gelir.

Gelecekteki Gelişmeler

Teknoloji hızla ilerledikçe BMS'ler de daha akıllı hale geliyor. Yapay zeka ve makine öğrenimi gibi teknolojiler, BMS'lerin bataryaların davranışlarını daha iyi tahmin etmesini sağlıyor. Bu sayede, bataryaların ömrü daha da uzatılabilecek ve elektrikli araçların menzilleri artırılabilecek. Ayrıca, gelecekteki BMS'ler, bataryaların yeniden kullanılabilirliğini ve geri dönüşüm süreçlerini de optimize edebilir.

Sonuç

Elektrikli araçlar, modern ulaşımın geleceği için umut vaat ediyor. Ancak bu araçların başarılı olması, yalnızca güçlü motorlar veya aerodinamik tasarımlarla mümkün değil. Bataryaların sağlığı ve performansı, elektrikli araçların kalbinde atar. Batarya Yönetim Sistemleri (BMS), bu kalbin düzenli atmasını sağlayan kilit bir teknolojidir. Üniversite öğrencileri ve yeni mezunlar için, elektrikli araç endüstrisinde kariyer yapmayı düşünenler, BMS gibi temel bileşenleri anlamak, bu alanda fark yaratmanın ilk adımı olacaktır.

Elektrikli araçlar dünyasına adım atmak isteyen herkes için, BMS sadece bir teknoloji değil, aynı zamanda sürdürülebilirliğin ve yenilikçiliğin sembolüdür.

 

Diyot Tipleri, Kullanım Alanları

Bu yazıda diyot tipleri ve ana kullanım alanları listelenmiştir.

• P-N Junction-General Purpose Diode: Akımın tek yönde iletilmesini sağlar. İletim yönünde üzerine ~0.7V gerilim düşer. Genellikle doğrultucu olarak kullanılır. Aynı zamanda devre güç girişlerinde ters kutuplamadan/polariteden korunmak için de kullanılır.
  
  

  
  
  
  
• Schottky Diode: Genel kullanım diyot ile benzer özelliklerdedir. Farklı kılan kısmı İletim yönünde üzerine daha düşük gerilim düşer. Bu sayede yüksek hızlı anahtarlama devrelerinde hızlı geri toparlama özelliği sayesinde sıklıkla kullanılır. Bu uygulamalarda üzerinde harcanan güç daha düşük olduğu için verimi daha yüksektir.
  
  
  
  
• Zener Diyot: Belirli bir ters gerilimde iletime geçer ve gerilimi sabitlemeye yarar. Bu özelliği sayesinde gerilim regülatör devrelerinde, referans gerilim üreteçlerinde ve aşırı gerilim koruma devrelerinde kullanılır.
  
  
  
  
• Transient Voltage Suppression Diode (TVS): Ani ve yüksek gerilim yükselmelerine karşı koruma sağlar. Elektronik cihazları yıldırım düşmesi, elektrostatik deşarj veya endüktif yüklerin sebep olduğu ani gerilim yükselmelerinden korur.
  
  
  
  
  
• Light-Emitting Diode (LED): İleri yönde akım geçtiğinde ışık yayan yarı iletken diyottur. Farklı yarı iletken malzemeler kullanılarak farklı dalga boylarında (renklerde) ışık üretebilir. Aydınlatma, gösterge, sinyalizasyon ve haberleşme gibi birçok alanda kullanılır.
  
  
  
  
  
• Fotodiyot: Üzerine düşen ışık miktarına bağlı olarak akım üreten diyottur. Işığı elektrik sinyaline dönüştürdüğü için ışık sensörleri, otomatik aydınlatma sistemleri, kamera pozometreleri ve tıbbi görüntüleme cihazlarında kullanılır.
  
  
  
  
  
• Varaktör Diyot (Varikap): Uygulanan ters gerilime bağlı olarak kapasitans değeri değişen diyottur. Bu özelliği sayesinde radyo ve televizyon alıcılarında frekans ayarlama, osilatör devrelerinde frekans kontrolü ve parametrik yükselteçlerde kullanılır.
  
  
  
  
  
• Tünel Diyot: Kuantum tünelleme etkisiyle çalışan özel bir diyot türüdür. Çok hızlı anahtarlama özelliği sayesinde yüksek frekanslı osilatör ve yükselteç devrelerinde kullanılır.
  
  
  
  
  
• Lazer Diyot: Uyarılmış ışık emisyonu ile ışık üreten özel bir diyot türüdür. Ürettiği ışık, tek renkli, tutarlı ve yönlüdür. Optik fiber iletişim sistemleri, barkod okuyucular, lazer yazıcılar, lazer işaretleyiciler ve tıp alanında kullanılır.
  
  
  
  
  
  
  
  

Kaynaklar

• https://www.globalspec.com/learnmore/semiconductors/discrete/diodes/general_purpose_diodes
• https://www.build-electronic-circuits.com/schottky-diode/
• https://www.build-electronic-circuits.com/zener-diode/
• https://uk.rs-online.com/web/content/discovery/ideas-and-advice/tvs-diodes-guide
• https://www.electrical4u.com/led-or-light-emitting-diode/
• https://elektrikbilim.com/1009-fotodiyotlar.html
• https://diyot.net/diyot-cesitleri-1/
• https://www.derstagram.com/tunnel-diyot-nedir-nasil-calisir/
• https://tekfaz.com/lazer-diyot-nedir-yapisi-ve-calisma-prensibi.html

POWERB Alkaline LR03 AAA 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @250mA

Bu yazıda testimizi 250 mA seviyesinde gerçekleştirdik. 250 mA sabit akımda voltaj grafiği 800 mV'u yaklaşık 2,4 saatte kesiyor. Bu durumda POWERB Alkaline LR03 AAA pilin kapasitesi 2,4 h*250 mA hesabından 600 mAh olarak bulunur.

Test düzeneği ve ölçüm ile ilgili konulara buradaki yazıdan ulaşabilirsiniz.

Label order: Row ID | Time Stamp (Millisecond) | Voltage (mV) | Current (mA) | Set Current (mA)

Veri seti

Pil Kıyaslama Yazıları

• Batarya Test Düzeneği ve Meganit LR6 AA alkalin 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi
• Panasonic Alkaline Power LR6 AA 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @500mA
• Panasonic General Purpose Zinc Carbon R6BE AA 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @250mA
• Duracell Alkaline LR14 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @250mA

Duracell Alkaline LR14 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @250mA

Bu yazıda testimizi 250 mA seviyesinde gerçekleştirdik. 250 mA sabit akımda voltaj grafiği 800 mV'u yaklaşık 19,8 saatte kesiyor. Bu durumda Duracell Alkaline LR14 pilin kapasitesi 19,8 h*250 mA hesabından 4950 mAh olarak bulunur.

Test düzeneği ve ölçüm ile ilgili konulara buradaki yazıdan ulaşabilirsiniz.

Label order: Row ID | Time Stamp (Millisecond) | Voltage (mV) | Current (mA) | Set Current (mA)

Veri seti

Pil Kıyaslama Yazıları

• Batarya Test Düzeneği ve Meganit LR6 AA alkalin 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi
• Panasonic Alkaline Power LR6 AA 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @500mA
• Panasonic General Purpose Zinc Carbon R6BE AA 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @250mA

Panasonic General Purpose Zinc Carbon R6BE AA 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @250mA

Bu yazıda testimizi 250 mA seviyesinde gerçekleştirdik. 250 mA sabit akımda voltaj grafiği 800 mV'u yaklaşık 1,4 saatte kesiyor. Bu durumda Panasonic General Purpose Zinc Carbon R6BE AA pilin kapasitesi 1,4 h*250 mA hesabından 350 mAh olarak bulunur.

Test düzeneği ve ölçüm ile ilgili konulara buradaki yazıdan ulaşabilirsiniz.

Label order: Row ID | Time Stamp (Millisecond) | Voltage (mV) | Current (mA) | Set Current (mA)

Veri seti

Pil Kıyaslama Yazıları

• Batarya Test Düzeneği ve Meganit LR6 AA alkalin 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi
• Panasonic Alkaline Power LR6 AA 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @500mA

Panasonic Alkaline Power LR6 AA 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @500mA

Bu yazıda testimizi 500 mA seviyesinde gerçekleştirdik. 250 mA standardına göre yapılmadığı için katalog değeri olan kapasite değeri değildir ancak 500 mA sabit akımda Panasonic Alkaline Power LR6 AA pilin kapasitesi 1050 mAh'dir. 250 mA için daha yüksek olması gerekmektedir. İlgili grafikler ve veri setleri aşağıdadır.

Test düzeneği ve ölçüm ile ilgili konulara buradaki yazıdan ulaşabilirsiniz.

Label order: Row ID | Time Stamp (Millisecond) | Voltage (mV) | Current (mA) | Set Current (mA)

Veri seti

Pil Kıyaslama Yazıları

• Batarya Test Düzeneği ve Meganit LR6 AA alkalin 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi

Batarya Test Düzeneği ve Meganit LR6 AA alkalin 1.5 Volt Pil Değerlendirmesi @250mA

Çeşitli veri toplama işleri için tasarladığım esdaq ve elektronik yük olarak kullandığım Pratic Load Bank kartlarını kullanarak batarya değerlendirmesi yapabilmek adına bir düzenek ve LabVIEW ortamında demo bir program oluşturdum. Demo programına buradaki link üzerinden erişebilirsiniz (Özel bir amaca tasarlanmadığı için düzen problemleri vardır). Kullandığım pil yuvası da 3D yazıcıdan çıkartılmış bir yuvadır. Düzeneğin bir görseli aşağıda verilmiştir.

Oluşturulan yapının şema gösterimi de aşağıda verilmiştir.

Bu çalışmadaki amaç bataryaların farklı durumlarda gösterdiği davranışı kayıt altına almak ve SoC, SoH gibi hesaplamalar için girdi vermeyi sağlayabilmek.

Öğrendiğim kadarıyla kalem pil diye adlandırdığımız AA boyutta 1.5 V piller 250 mA sabit akımda 0.8 V a kadar geldiği süre üzerinden standard kapasite ölçümü yapılır. Bu şekilde bakınca örneğin 250 mA sabit akıma ayarlanmış bir pil 10 saat boyunca 250 mA akımı sağlarsa 10*250 hesabı üzerinden 2500 mAh kapasiteye sabittir denir.

Aşağıda verilerini paylaştığım pil testinde sabit 250 mA akım altında yaklaşık 6 saatlik bir deney gerçekleştirilmiştir. Pil gerilimi ~6. saatte 800 mV a gelmiştir. Bu verilerin ışığında pilin kapasitesini 6 h*250 mA=1500 mAh olarak hesaplayabiliriz. Bu hesap çekilen akım değerine göre değişecektir. Örneğin testi 500 mA ile yaparsak kapasite <1500 mAh olacaktır. Test 100 mA ile gerçekleştirilirse de kapasite >1500 mAh olacaktır.

İlerleyen süreçlerde farklı pillerin farklı akım değerlerinde testlerini girmeye çalışacağım. Yine de belki işe yarar diye yaptığım testin tüm verisini ham olarak aşağıdaki link üzerinden paylaşıyorum.

Label order: Row ID | Time Stamp (Millisecond) | Voltage (mV) | Current (mA) | Set Current (mA)

Veri seti