Battery test and management system

Abstract

This thesis is about meeting and answering the needs of devices with batteries for battery testing and management. The goal of the battery test and management's is to use the full capacity of the device and to be able to see the need for changing the battery at the right time. The increase in the number of electric appliances and electric vehicles also led an increase in the need of batteries recently. That situation affects every aspect of the daily life and healthy performance of batteries became even more important in terms of environmental security, efficiency and so on. Engineers have developed several solutions and technologies for these problems. Open-Circuit Voltage Measurement Method, Coulomb Counting Model and Kalman Filters are some examples. On the other hand State of Charge method helps us to get information about the health of the battery, However, all applications for the problem so far have been quite huge, inaccessible and hard to use. Since the batteries became an important of daily life more than ever, these applications are needed to be accessible, economic, precise and user-friendly. The aim of the thesis is providing an affordable and user-friendly device by integrating mainly the Coulomb Counting Method with several others successfully. Using Raspberry in the device helps it to be accessible, economic, fast and adabtable to different interfaces. All the components that had been used in the device in this thesis have approximately from %1 to %5 error term and therefore quite precise about the estimations. Today, the cost and the complexity of Battery Test and Management systems led waste of millions of batteries through ineffective usages. That harms the environment and economyof the world. The device that had been developed in this thesis, provides accessible, affordable with its 80$ price and user-friendly solutions for battery testing and management problems.

Bu tez bataryalarla çalışan cihazlarda önemli problem ve ihtiyaçlardan olan test ve yöntemi ile ilgilidir. Batarya test etmenin ve yönetmenin amacı, cihazlarımızdan beklenen performansı alabilmek ve batarya değişikliği gerektiren durumları belirleyebilmektir. Son zamanlarda artan elektrikli araç ve cihaz sayısı, bataryalara olan ihtiyacı arttırmış durumdadır.Hayatımızın her alanına etki eden bu durum, bataryaların sağlıklı çalışması ihtiyacını ve çevre güvenliği açısından, bataryaların korunumu konusunu daha da önemli hale getirmiştir. Artan ihtiyacı karşılamak üzere, son dönemlerde çeşitli metod ve teknolojiler geliştirilmiştir. Bu metodlardan bazıları, Açık Devre Voltaj Ölçme Metodu, Coulomb Counting Model ve Kalman Filtreleridir. Pilin Şarj Durumu (SOC) metodu da bataryaların sağlık durumu ile ilgili bilgi almamıza yardımcı olabilmektedir. Bu metodların kullanıldığı cihazlar, büyük, karmaşık ve dolayısıyla anlaşılması ve okunması zor olabilmektedir. Dünyanın her yerinden, her insanın günlük hayatında önemli bir parça haline gelen bataryalar ve dolayısıyla bataryaların testi ve yönetimi günlük ihtiyaçlara cevap verebilen basitlik ve kullanışlılıkta olmalıdır. Bu tezin amacı genel olarak Coulomb Counting ve diğer metodların entegrasyonu ile yapılmış, etkili, ucuz ve kullanıcı dostu bir batarya test ve yönetimi cihazı geliştirmektir. Cihazda Raspberry kullanarak cihazımızı ulaşılabilir, ekonomik, hızlı ve çevre arabirimleriyle uyumlu olması hedeflenmiştir. Tezde geliştirilen cihazda kullanılan ekipmanlar ve elektronik komponentlerin örnekleme düzeylerinin ortalama hata payları %1 ile %5 arasında değişen, hassas kompanentlerden oluşmakta ve dolayısıyla son kullanıcıya, az hatalı sonuç sunulmaktadır. Günümüzde batarya test ve kontrol sistemlerinin maliyeti ve kullanım zorluğu, milyonlarca pilin efektif olmayan biçimlerde kullanılarak sağlıklarını kısa sürede yitirmesine sebep olurken, dünyaya, çevremize ve dünya ekonomisine negatif etkiler bırakmaktadır. Tezde geliştirilen batarya test ve yönetimi cihazı, 80$ maliyetiyle bu problemlere çözüm üretmekte ve ileri araştırmalar için Raspberry kullanımını ve model kombinasyonunun değerini ifade etmektedir.