Elektrikli araç uygulamalarında kullanılan lityum bataryalar için göreceli kapasite tahmin yöntemi

Abstract

Günümüzde fosil yakıt kullanımının çevresel zararları hakkındakibilincin artması ve bu yakıtların rezervlerindeki azalmadan dolayıtemiz ulaşım konusu ilgi çekmektedir. Elektrikli Araçlar (EA) bualandaki önemli alternatiflerdendir. Diğer batarya türlerine kıyaslakendiliğinden boşalma oranlarının düşük olması ve yüksek enerjiyoğunluğuna, yüksek güç yoğunluğuna ve yüksek açık devregerilimlerine sahip olmaları nedeniyle lityum tabanlı bataryalar EAuygulamalarında yoğunlukla tercih edilir. Bataryaların performansızaman ve kullanım ile azalır. Bu nedenle EA uygulamalarındabataryanın sağlık ve ömür bilgisi önemlidir. Bu çalışmada bataryasağlığı Göreceli Kapasite (GK) cinsinden ifade edilmiş ve basit bir GKtahmin metodu önerilmiştir. GK bataryanın güncel ve nominalkapasite değerlerinin karşılaştırılmasıdır. Önerilen metotta GKbataryanın Referans Çevrim Sayısı (RÇS) kullanılarak eldeedilmektedir. Bu amaçla bataryanın terminal geriliminin belirlisinyaller altında değişimine bağlı olarak bir RÇS modeli geliştirilmiştir.Daha önceki çalışmalarda önerilmiş bir batarya modeli yaşlanmaetkilerini de içerecek şekilde geliştirilmiş, bataryanın farklı RÇS’dekidavranışının benzetimi yapılmıştır. Farklı RÇS’deki bataryaların aynıtest sinyaline verdikleri tepkiler terminal gerilimindeki değişimlerüzerinden incelenmiştir. Bu değişimler sayısal büyüklükleredönüştürülerek RÇS modeli oluşturulmuş, RÇS-GK ilişkisindenfaydalanılarak GK elde edilmiştir. Metodun geçerliliği deneysel olarakda teyit edilmiştir.

Depending on the consciousness about environmental harms of fossil fuel usage and depletion in their reserves, the interest on clean transportation is rising today. Electric vehicles (EV) are important alternatives on clean transportation. In EV applications, lithium based batteries are commonly preferred due to their relatively high energy and power densities, higher open circuit voltages and lower self- discharge rates, when compared to other secondary battery types. Performance of a battery decreases with age. Therefore battery health and life information is important for reliable operation in EV applications. In this study battery health is represented in terms of relative capacity (RC) which is the comparison between actual and nominal capacity values of a battery and a simple RC estimation method is proposed. In the method, RC is estimated by using relative cycle number by using reference cycle number (RCN). For this purpose a RCN model, which is based on the change of terminal voltage under a significant load signal, is developed. A battery model, which was proposed in an earlier study is improved in order to reflect aging effects. Behaviors of batteries in different reference cycles are simulated. Different responses of batteries to the same load signal, by means of differences in terminal voltages are investigated. These differences are transformed to numerical quantities to develop RCN model and thereafter RC is estimated by using the relationship between RCN and RC. The method is validated with experiments.