Kurşun Asit Bataryalar için SOC Tahmini Yaklaşımını İçeren Bir Batarya Yönetim Sistemi Tasarımı

Depolama, son dönemin en önemli konularından biridir. Özellikle üretimin kontrol edilemediği yenilenebilir enerji sistemlerinden daha etkin yararlanabilmek için depolama sistemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Depolamada en önemli sorunlardan biri, depolanması istenen enerji miktarı arttıkça, alan ihtiyacının da artmasıdır. Bu nedenle bu tür sistemlerde enerjinin etkin bir şekilde yönetilmesi büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada kurşun asit bataryalar için kullanılabilecek bir batarya yönetim sistemi tasarlanmıştır. Bu pil yönetim sistemi, STM 32 mikro-denetleyici tabanlı bir ölçüm ve kontrol sistemine sahip olup, MATLAB Simulink ortamında hazırlanan bir arayüz üzerinden kontrol edilmekte ve test verileri MATLAB Workspace ortamına aktarılabilmektedir. Tasarlanan sistem ile, batarya özelliklerine uygun olarak batarya şarj-deşarj deneyleri de yapabilmektedir. Tasarlanan sistem kullanılarak şarj-deşarj deneyleri gerçekleştirilmiş ve bu deneyler sırasında toplanan veriler kullanılarak bataryanın şarj durumunu belirlemek için bir model geliştirilmiştir. Elman Sinir Ağları temel alınarak geliştirilen model ile batarya şarj durumu %1'den daha düşük bir hata seviyesinde tahmin edilebilmiştir.

A Battery Management System Design Including a SOC Estimation Approach for Lead-Acid Batteries

Storage is one of the most important issues of the last decades. In particular, storage systems are needed in order to benefit more effectively from renewable energy systems where production cannot be controlled. One of the most important problems in storage is that as the amount of energy desired to be stored increases, the need for space also increases. Therefore, it is of great importance to manage energy effectively in such systems. In this study, a battery management system (BMS) that can be used for lead acid batteries has been designed. This BMS has a measurement and control system based on STM 32 microcontroller and is controlled via an interface prepared in the MATLAB Simulink environment and the test data is imported into the MATLAB Workspace environment. The designed system can also perform battery charge-discharge experiments in accordance with the battery characteristics. Charge-discharge experiments were carried out using the designed system, and a model was developed to determine the state of charge (SOC) of the battery using the data collected during these experiments. With the model developed based on Elman Neural Networks, the SOC of battery could be estimated at an error level of less than 1%.

___

  • Akarslan E., Learning Vector Quantization based predictor model selection for hourly load demand forecasting, Applied Soft Computing 117, 108421, 2022. https://doi.org/10.1016/J.ASOC.2022.108421.
  • Ansari S., Ayob A., Hossain Lipu M. S., Hussain A., Md Saad M. H., Remaining useful life prediction for lithium-ion battery storage system: A comprehensive review of methods, key factors, issues and future outlook. Energy Reports 8, 12153-12185, 2022. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.09.043.
  • Carkhuff B. G., Demirev P. A., Srinivasan R., Impedance-Based Battery Management System for Safety Monitoring of Lithium-Ion Batteries. IEEE Trans Ind Electron 65, 6497-6504, 2018. https://doi.org/10.1109/TIE.2017.2786199.
  • Cui Y., Lin K., Zhu J., Chen Y., Quantum-inspired degradation modeling and reliability evaluation of battery management system for electric vehicles. Journal of Energy Storage 52, 104840, 2022. https://doi.org/10.1016/J.EST.2022.104840.
  • Cui Z., Hu W., Zhang G., Zhang Z., Chen Z., An extended Kalman filter based SOC estimation method for Li-ion battery. Energy Reports 8(5), 81-87, 2022. https://doi.org/10.1016/J.EGYR.2022.02.116.
  • Elman J. L., Finding structure in time. Cognitive Science 14(2), 179-211, 1990. https://doi.org/10.1016/0364-0213(90)90002-E.
  • Hossain Lipu M. S., Hannan M. A., Karim T. F., Hussain A., Saad M. H. M., Ayob A., Miah M. S., Indra Mahlia T. M., Intelligent algorithms and control strategies for battery management system in electric vehicles: Progress, challenges and future outlook. Journal of Cleaner Production 292, 126044, 2021. https://doi.org/ 10.1016/j.jclepro.2021.126044.
  • Jin Y., Zhao W., Li Z., Liu B., Wang K., SOC estimation of lithium-ion battery considering the influence of discharge rate. Energy Reports 7(7), 1436-1446, 2021. https://doi.org/10.1016/J.EGYR.2021.09.099.
  • Kuchly J., Goussian A., Merveillaut M., Baghdadi I., Franger S., Nelson-Gruel D., Nouillant C., Chamaillard Y., Li-ion battery SOC estimation method using a Neural Network trained with data generated by a P2D model, IFAC-PapersOnLine 54(10), 336-343, 2021. https://doi.org/10.1016/J.IFACOL.2021.10.185.
  • Li Y., Chattopadhyay P., Xiong S., Ray A., Rahn C.D., Dynamic data-driven and model-based recursive analysis for estimation of battery state-of-charge. Applied Energy 184, 266-275, 2016. http://dx.doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.10.025.
  • Li X., Zhang L., Wang Z., Dong P., Remaining useful life prediction for lithium-ion batteries based on a hybrid model combining the long short-term memory and Elman neural networks. Journal of Energy Storage 21, 510-518, 2018. https://doi.org/10.1016/j.est.2018.12.011.
  • Liu Q., Yu Q., The lithium battery SOC estimation on square root unscented Kalman filter, Energy Reports 8(7), 286–294, 2022. https://doi.org/10.1016/J.EGYR.2022.05.079.
  • Lv J., Wang X., Wang G., Song Y., Research on Control Strategy of Isolated DC Microgrid Based on SOC of Energy Storage System. Electronics 10(7), 834, 2021. https://doi.org/10.3390/ELECTRONICS10070834.
  • Okay K., Eray S., Eray A., Development of prototype battery management system for PV system. Renew Energy 181,1294-1304, 2022. https://doi.org/10.1016/J.RENENE.2021.09.118.
  • Ren H., Zhao Y., Chen S., Wang T., Design and implementation of a battery management system with active charge balance based on the SOC and SOH online estimation. Energy 166, 908-917, 2019. https://doi.org/10.1016/J.ENERGY.2018.10.133.
  • Shen Z, Rahn C. Model-based state-of-charge estimation for a valve-regulated lead-acid battery using matrix inequalities. Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control 135(4), 041015, 2018. https://doi.org/10.1115/1.4023766.
  • Singh K. V., Bansal H. O., Singh D., Hardware-in-the-loop Implementation of ANFIS based Adaptive SoC Estimation of Lithium-ion Battery for Hybrid Vehicle Applications, Journal of Energy Storage 27, 101124, 2020. https://doi.org/10.1016/J.EST.2019.101124.
  • Somasundaram P., Jegadheesan C., Pal Singh A., Vivekanandhan C., Suganth S., Vikaash R., Shankarguru E., Effect of ambient pressure on charging and discharging characteristics of lead acid battery. Materials Today Proceedings 64(1), 888-894 2022. https://doi.org/10.1016/J.MATPR.2022.05.401.
  • Tawalbeh M., Murtaza S. Z. M., Al-Othman A., Alami A. H., Singh K., Olabi A. G., Ammonia: A versatile candidate for the use in energy storage systems. Renewable Energy 194, 955-977, 2022. https://doi.org/10.1016/j.renene.2022.06.015.
  • Wang S., Fernandez C., Shang L., Li Z., Li J., Online state of charge estimation for the aerial lithium-ion battery packs based on the improved extended Kalman filter method. Journal of Energy Storage, 9, 69-83, 2017. http://dx.doi.org/10.1016/j.est.2016.09.008.
  • Wu Y., Zhao H., Wang Y., Li R., Zhou Y., Research on life cycle SOC estimation method of lithium-ion battery oriented to decoupling temperature. Energy Reports 8, 4182-4195, 2022. https://doi.org/10.1016/J.EGYR.2022.03.036.
  • Zhang Y., Yang G., Ma S., Non-intrusive load monitoring based on convolutional neural network with differential input. Procedia CIRP, 83, 670-674, 2019. https://doi.org/10.1016/j.procir.2019.04.110.
  • Zhao X., Xuan D., Zhao K., Li Z., Elman neural network using ant colony optimization algorithm for estimating of state of charge of lithium-ion battery. Journal of Energy Storage 32, 101789, 2020. https://doi.org/10.1016/j.est.2020.101789.
Journal of Materials and Mechatronics: A-Cover
  • Yayın Aralığı: Yılda 2 Sayı
  • Başlangıç: 2020
  • Yayıncı: Yusuf KAYALI
Sayıdaki Diğer Makaleler

Sinter-Alüminize T/M Çeliklerin Özellikleri ve Korozyon Davranışı

Selvin TURGUT

Toplu Öğrenmeye Dayalı Çelik Levha Arızalarını Sınıflandırması İçin Bİr Yöntem

Erkan Caner ÖZKAT

Burç ve Yatak Uygulamaları için Saf Poli-eter-eter-keton Polimer ve Karbon Elyaf Takviyeli Poli-eter-eter-keton Kompozitin Sürtünme ve Aşınma Performanslarının Karşılaştırılması

Ahmet MASLAVİ, Hüseyin ÜNAL, Alim KAŞTAN

Derin Öğrenme ile Trafik İşareti Tanıma Algoritmasının Gerçek Zamanlı Uygulaması

Faruk Emre AYSAL, Kasım YILDIRIM, Enes CENGİZ

Kurşun Asit Bataryalar için SOC Tahmini Yaklaşımını İçeren Bir Batarya Yönetim Sistemi Tasarımı

Emre AKARSLAN, Said Mahmut ÇINAR

1.2436 Takım Çeliğinin Mekanik ve Mikroyapısal Özellikleri Üzerine Sığ Kriyojenik İşlemin Etkilerinin Araştırılması

Nursel ALTAN ÖZBEK, Onur ÖZBEK

Toz Metalurjisi Yöntemiyle Üretilen Fe Esaslı Fe-Ni-Cu Elmas Kesici Takımında Co’ın Etkisi

İlyas SOMUNKIRAN, Ertuğrul ÇELİK, Büşra TUNÇ, Çağdaş GÜNEŞ

AISI 420 Paslanmaz Çeliğin MQL ve Kriyojenik Yöntemlerle Tornalanmasında CNC Torna Tezgahında İşleme Titreşim Stabilizasyonunun İyileştirilmesi

Fatih PEHLİVAN

Biyoyenilenebilir Enerji Tabanlı Mikro Şebekenin Yük Frekansı Kontrolü İçin Fuzzy PID Kontrolör

Dursun ÖZTÜRK, Burak YILDIRIM, Gizem DOĞAN

FPGA Tabanlı LogSig ve TanSig Transfer Fonksiyonlarının IQ-Math Sayı Standardında Tasarımı ve Gerçeklenmesi

Mehmet Şamil AKÇAY, İsmail KOYUNCU, Murat ALÇIN, Murat TUNA