Elektrik Elektronik Mühendisliği Ödev Yaptırma: Elektrikli Araç Batarya Yönetim Sistemleri (BMS)

Elektrikli araçların kalbi bataryadır; sinir sistemi ise Batarya Yönetim Sistemi (BMS). BMS; hücre voltaj/sıcaklıklarını izler, şarj–deşarj akımlarını güvenli sınırlar içinde tutar, SoC (State of Charge–doluş), SoH (State of Health–sağlık), SoP(State of Power–ani güç) kestirir, hücreler arası dengeleme (balancing) yapar, zorunlu hallerde sistemi ayırır (contactor kontrolü), iletişim (CAN/CAN-FD/Diagnostics) ve güvenlik (ASIL hedefleri) katmanlarını işletir. Ödev veya bitirme projesinde çoğu rapor “batarya paketini bağladık, araç çalıştı” noktasında kalır; mühendislik seviyesi ise kestirim modelleri, hata tanı ve güvenlik argümantasyonu ile ölçülür. Bu yazı; hücre kimyasından paket mimarisine, SoC/SoH algoritmalarından ısıl yönetime, dengelemeden fonksiyonel güvenliğe, HIL testten siber güvenliğe kadar tam bir BMS rehberi sunar; her bölüm kontrol listesi, uygulamalı örnek ve mini hesap içerir.

1) Hücre–modül–paket hiyerarşisi: Ölçek, izleme ve risk

Hücre (Cell): Li-ion (NMC/NCA/LFP), anoda (grafit/silikon), katot yapısı ve OCV–SoC eğrisi farklıdır.
Modül: Hücreler seri (S) ve/veya paralel (P) bağlanır; izleme kartı (CMU/MCU) modül voltaj/sıcaklıklarını okur.
Paket: Birden çok modül + HV kontaktörleri, pre-charge devresi, sigortalar, HVIL (yüksek gerilim bağlantı izleme) ve IMD (izolasyon izleme) içerir.
Kontrol listesi: Hücre sayısı (S×P), nominal/azami gerilim, enerji (kWh), azami akım (süreli/sürekli), sensör sayıları (NTC/NTK), izleme çözünürlüğü ve örnekleme hızı.

2) Hücre kimyası ve OCV–SoC karakterizasyonu

NMC/NCA: Yüksek enerji yoğunluğu; orta düzey plateau.
LFP: Düz OCV–SoC eğrisi; düşük sıcaklıkta performans sınırı ama güçlü güvenlik ve döngü ömrü.
OCV eğrileri: Hücre başına 0.1–0.2 C dinlendirilmiş ölçümlerle çıkarılır; sıcaklığa bağlıdır.
Uygulama: Ödevde laboratuvar erişimi yoksa üretici datasheet + literatür OCV eğrisini temel alıp parametrik ölçekleme yapın; belirsizlik tablosu ekleyin.

3) SoC (State of Charge) kestirimi: Coulomb sayımı + model tabanlı yaklaşım

Coulomb sayımı: Akım integrali; sensör ofseti → bias drift.
OCV haritalama: Dinlenme sonrası ölçülen gerilimi SoC’ye çevirir; histerezis ve sıcaklık etkilerini modele katın.
Bütünleşik yaklaşım: Kalman ailesi (EKF/UKF), dT/dV etkileri, parametre çevrimi (R₀, R₁, C₁, histerezis param.).
Mini hesap: 100 A akım sensöründe 0.5% ofset → 1 saat sonra SoC hatası ≈ 0.5%·(Ah/saat). Bu nedenle periodik OCV düzeltmesi zorunlu.

Kontrol listesi (SoC): Sensör ofset kalibrasyonu, entegral sıfırlama koşulları (dinlenme/OCV penceresi), sıcaklık düzeltmesi, SoC belirsizlik aralığı (k=2).

4) SoH (State of Health) ve kapasite/direnç yaşlanması

Kapasite kaybı (Q_loss): Döngü sayısı, DoD (derinlik), sıcaklık ve C-rate ile büyür.
Direnç artışı (R_inc): SEI kalınlaşması, lityum plating; güç kabiliyetini düşürür.
Kestirim: Coulomb sayımı tabanlı kapasite testleri (tam şarj/deşarj pencereleri) + parametre izleme (EIS yoksa R₀/R₁ trendi).
Pratik: Araçta tam şarj/deşarj nadir olduğundan, kısmi pencere metodolojisi (incremental capacity analysis) ile kapasiteye yaklaşım verin.

5) SoP (State of Power): Şimdi ne kadar güç verebilir/alabilir?

Anlık güç sınırı; hücre iç direnci ve sıcaklık kısıtlı.
Model: $P_{ma x} (t, T, S o C) = min {$ termal, voltaj düşümü, akım sınırları $}$ .
Kullanım: Sürüş kontrolü, rejeneratif frenleme limiti, DC şarj gücü optimizasyonu.
Ödev tavsiyesi: Basit bir Thevenin modeliyle $V = E - I R$ ; $V_{min}$ ve $I_{ma x}$ kısıtlarından şarj/deşarj SoP eğrileri üretin.

6) Elektriksel eşdeğer devre modelleri (ECM): R–C ağları ve histerezis

Thevenin (1RC/2RC): Yaygın ve hesap dostu; EKF ile parametre çevrimi.
Histerezis modeli: LFP gibi düz OCV eğrilerinde şart.
Termal eşleştirme: ECM parametrelerinin T bağımlılığı (Arrhenius benzeri).
Kontrol listesi: Model doğrulaması için tepki testi (step current), RMS hata ve maksimum hatayı raporlayın.

7) Akım algılama: Shunt vs Hall/fluxgate

Shunt: Düşük maliyet, yüksek bant; ısı kaybı ve izolasyon.
Hall/fluxgate: İzole, düşük kayıp; offset/gürültü ve maliyet.
Kalibrasyon: Sıfır akım ofseti, sıcaklık katsayıları; BMS yazılımında on-line ofset takibi.
Mini karar: ≤300 A ve düşük maliyet → shunt (+isolator); >300 A veya çift yön hassasiyet → Hall/fluxgate.

8) Hücre dengeleme (balancing): Pasif mi, aktif mi?

Pasif: Fazla enerji dirençte ısıya dönüştürülür; basit ve ucuz, yüksek kayıp.
Aktif: Enerji yüksek hücreden düşüğe aktarılır (kapasitif/indüktif/trafo tabanlı); karmaşık ama verimli.
Ne zaman: Şarj sonu (CV bölgesi), park halindeki yavaş-balans, sürüşte hızlı-balans.
Ödev çıktısı: 74S paket için hedef hücre δV (ör. ≤10 mV) ve balans süresi/enerji kaybı tablosu.

9) Paket koruma: Kontaktörler, pre-charge, sigorta, HVIL, IMD

Kontaktörler: Anahtarlama profili; pre-charge ile DC-link kapasitörünü yumuşak doldurma.
Sigorta: Hızlı/kesik safhaları; tek arıza güvenliği (single fault).
HVIL: Konektör açılmasını algılar, güvenli kapatma.
IMD (insulation monitoring): Toprak/şaseye karşı izolasyon; kaçak tespitinde şarj/deşarj kes.
Kontrol listesi: Pre-charge direnç değeri, süresi; IMD eşik ve hata tepkisi; kontaktör yapışması tespiti (gerilim geri besleme).

10) Termal yönetim: Güvenlik eşittir sıcaklık kontrolü

Sensör katmanı: Hücre arası NTC’ler; modül başına ≥2–4 nokta.
Soğutma: Hava, sıvı kanallı plaka, ısı borusu; şarjda ısı dağılımı kritik.
Homojenlik: ΔT hücreler arası küçükse yaşlanma eşitlenir.
Hesap: 50 kW hızlı şarjda, 0.05 Ω eşdeğer iç dirençli paket ≈ 1250 W kayıp ısı üretir → soğutma tasarımı bu yükü sürekli taşımalı.

11) Şarj algoritmaları: CC–CV, profil optimizasyonu ve hızlı şarj

CC–CV: Klasik; CV’da akım eşiğine kadar (C/10 gibi).
Hızlı şarj: Sıcaklık/gaz oluşumu/lityum plating riskleri; SoC/T/SoH tabanlı adaptif akım.
DC hızlı şarj–OBC: Araç-içi OBC AC→DC; CCS/CHAdeMO/GB/T ile DC şarjda BMS güç diyaloğu.
Ödev notu: 25→80% SoC aralığı için şarj gücünü SoH ve T’ye bağlı SoP şarj eğrisiyle sınırlandırın.

12) İletişim ve teşhis: CAN/CAN-FD, UDS, DTC

CAN/CAN-FD: Hücre volt/sıcaklık, SoC, SoH, SoP, alarmlar.
UDS (ISO 14229): Teşhis servisleri; DTC (diagnostic trouble codes).
Güncelleme: Bootloader + güvenli yazılım güncelleme (OTA) BMS için kritik.
Kontrol listesi: Sinyal matrisi (DBC), p95/latency hedefleri, Hata yönetim durum makinesi (fault FSM).

13) Fonksiyonel güvenlik: ISO 26262, ASIL hedefleri, güvenlik argümanı

HARA: Tehlike ve risk analizi; BMS fonksiyonları için ASIL ataması (ör. hücre sıcaklık gözetimi ASIL-C/D).
Emniyet gerekleri: Zaman toleransları (fault reaction time), tek arıza güvenliği, de-energize stratejisi.
Teknik güvenlik: İzleyici–izlenen mimarisi, redundant sensör ve plağausızlık kontrolleri.
Ödev çıktısı: Emniyet hedefleri–gerekler–eserler (work products) izlenebilirlik tablosu ve basit FMEA.

14) Siber güvenlik ve bütünlük: ISO 21434, anahtar yönetimi

Kimlik: ECU sertifikaları, güvenli önyükleme (secure boot).
İletişim: CAN üzerinde authenticity (MAC), OTA imza doğrulaması.
Anahtar döngüsü: Dönemsel yenileme, servis modunda güvenli erişim.
Kontrol listesi: Tehdit modeli (TARA), SBOM, güvenlik logları ve güncelleme politikası.

15) Hata tanı (diagnostics) ve arıza modları

Sert arıza: Sensör kopuk/kısa devre, kontaktör yapışması, izolasyon kaçağı.
Yumuşak arıza: Artan iç direnç, dengesiz hücre, kapasite kötüleşmesi.
Yöntemler: Artıklık kontrolleri, model kalıntısı (residual) izleme, parçacık filtresi ile parametre takip.
Vaka: Bir hücrede R₀ %40 artınca rejeneratif güç limitini SoP ile düşür, balans önceliğini o modüle ver, DTCyükselt.

16) HIL/SIL/MIL test stratejisi: Kanıt üretmeden “geçti” sayılmaz

MIL/SIL: Model ve yazılım doğrulaması; SoC/SoH/SoP çevrimleri.
HIL: Donanım-içeride; BMS ECU gerçek, batarya emülatör.
Test kartı: Hata-enjeksiyon (sensör açık/kısa), termal runaway senaryosu, izolasyon kaçak eğrisi, pre-charge başarısızlığı.
Ödev planı: En az 20 test vakası + geçme/kalma kriterleri + ölçülen gecikme (ms) değerleri.

17) Termal runaway ve güvenlik altyapısı

Algılama: Ani sıcaklık artışı, gaz sensörü (bazı tasarımlarda), basınç tahliyesi.
Bölmeselleştirme: Modül bölmesi, alev geciktirici malzemeler, duman kanalları.
Prosedür: Runaway algılanırsa de-energize (kontaktör aç), havalandırma ve sürücüye uyarı; yeniden kapatma kilidi.
Kontrol listesi: Runaway eşiği, tepkime akış diyagramı, sürücü HMI mesajları.

18) Yaşlanma modelleme ve kalibrasyon

Kinetik model: Sıcaklık ve SoC ortalamasına bağlı kapasite kaybı; HEV döngüleri için farklı katsayılar.
Alan verisiyle ayar: Filodan telemetri → parametre öğrenimi; BMS yazılımına sürüm olarak dağıt.
Belirsizlik: SoH kestirimine g confidence band; servis planlaması buna göre.

19) Enerji tahmin ve menzil doğruluğu

Wh/km modeli: Sürüş profili, sıcaklık, HVAC yükü, topoğrafya; geçmişe dayalı adaptif filtre.
Menzil (DTE): SoC × kullanılabilir enerji / anlık Wh/km; saf tahmin yerine band (min/ortalama/maks).
Vaka: SoC 45%, kullanılabilir 24 kWh, Wh/km 160 → ~150 km; HVAC açıldığında otomatik revize et.

20) Şarj protokolleri ve BMS rolü

ISO 15118: Plug-and-Charge, şarj gücü diyaloğu (DC).
CCS/CHAdeMO: BMS şarj sınırlarını iletir; sıcaklığa göre akım düşürür.
Balanslı şarj: CC fazında pasif balans ısı ve süre planlaması.
Kontrol listesi: Şarj istasyonu hata/uyumsuzluk senaryoları, fail-safe akış, kullanıcı mesajları.

21) Üretim ve kalibrasyon: EOL test, pack-grading

EOL (End-of-Line): Sensör doğrulama, SoC başlangıcı, izolasyon, kontaktör testleri, dengeleme fonksiyonu.
Grading: Hücre eşleşmesi; iç direnç ve kapasiteye göre modül dağıtımı.
Veri izlenebilirliği: Seri numarası, kalibrasyon katsayıları, yazılım sürümü (DoIP/UDS ile okunabilir).

22) “Altın” BMS kontrol listesi (ödev ekine koyun)

Hücre kimyası ve OCV–SoC haritası (T bağımlı).
SoC algoritması (coulomb + EKF/UKF), drift yönetimi.
SoH/SoP kestirimi (parametre izleme, güç sınırları).
Akım algılama stratejisi ve kalibrasyon.
Balancing tipi, hedef δV ve süre.
Kontaktör–pre-charge–sigorta–HVIL–IMD mantığı.
Termal sensör yerleşimi, soğutma kapasitesi, ΔT hedefi.
Şarj profilleri (CC–CV, hızlı şarj SoP), istasyon diyaloğu.
CAN/CAN-FD sinyal matrisi, UDS teşhis ve DTC seti.
ISO 26262 HARA, ASIL hedefleri, FMEA özeti.
ISO 21434 güvenlik, anahtar yönetimi, OTA imzaları.
HIL test planı (≥20 vaka) ve ölçüm sonuçları.
Runaway algılama ve tepkime akışı.
Yaşlanma modeli, filodan geri besleme.
Menzil tahmini ve kullanıcı HMI politikası.

23) Sık yapılan hatalar → hızlı çözümler

Sadece coulomb sayımı: Drift büyür → OCV tabanlı periyodik düzeltme + sıcaklık histerezisi.
Balancing’i şarj sonunda beklemek: Sürüşte δV artar → saha koşullarına göre fırsat balansı yap.
Termal sensör yetersizliği: Hotspot kaçırılır → modül başına çoklu sensör + ΔT alarmı.
Pre-charge yanlış boyutlama: Kontaktör kaynar → RC sabiti ve DC-link kapasitesini doğru çöz.
IMD/izolasyon uyarılarını ertelemek: Güvenlik riski → anında de-energize ve sürücü uyarısı.
SoH’yi tek metrik sanmak: Kapasite ve direnç ayrı izlenmeli; SoP bu ikisine bağlı.
DTC seli: Gürültülü eşikler → zaman filtreleri, histerezis ve olay birleştirme.
HIL’siz doğrulama: Yazılım sahada sürpriz üretir → en azından emülatörle hata enjeksiyonu yapın.

24) 10 günde “ödev-seviyesi BMS” planı

Gün 1: Hücre/pack parametreleri, OCV–SoC eğrileri (T=0/25/45 °C).
Gün 2: Thevenin 1RC + EKF SoC iskeleti; akım sensör modeli.
Gün 3: SoH (R₀ takibi) ve SoP (şarj/deşarj) fonksiyonları.
Gün 4: Balancing mantığı ve takvim; δV hedefi.
Gün 5: Pre-charge/contactor FSM; IMD/HVIL olayları.
Gün 6: Termal model ve sensör yerleşimi; ΔT senaryoları.
Gün 7: CAN sinyal matrisi + DTC; Hata akış diyagramları.
Gün 8: Emniyet notları (ASIL varsayımları) + mini FMEA.
Gün 9: HIL benzetimi (MATLAB/Simulink veya Python) ile 10 vaka.
Gün 10: Rapor: metrikler, grafikler, sınırlılıklar ve geliştirme listesi.

Sonuç: BMS, bataryayı “kullanılabilir” değil, sürdürülebilir kılar

Elektrikli araçta BMS; SoC/SoH/SoP kestirimi, dengeleme, termal ve elektriksel koruma, şarj diyaloğu, iletişim ve fonksiyonel/siber güvenlik katmanlarıyla karmaşık ama yapılandırılabilir bir mühendislik problemidir. Bu yazıdaki yol haritası; model tabanlı SoC ve SoH yaklaşımlarını, pragmatik sensör/dengeleme/koruma seçimlerini, HIL desteklidoğrulamayı ve güvenlik argümanını bir araya getiriyor. Ödev veya gerçek projede başarının ölçüsü; aracın “çalışması” değil, her koşulda öngörülebilir ve kanıtlanabilir davranış sergilemesidir. BMS’e böyle yaklaştığınızda; bataryanızın ömrü uzar, menzil tahmininiz güvenilir olur, hızlı şarjınız güvenli ve hızlı kalır, saha sürprizleriniz azalır. Unutmayın: BMS, enerji yönetimi kadar risk yönetimidir; iyi bir BMS tasarımı, aracın en pahalı bileşeni olan bataryayı sigortalar.

Öğrencilerin akademik başarılarını desteklemek ve yoğun tempoda geçen okul yaşamlarında yardımcı olmak amacıyla kurulan “Ödev Yaptırma” platformu, özgün ve kaliteli ödev çözümleri sunmaktadır. Öğrencilerin farklı branşlardan ödevlerini, projelerini ve makalelerini profesyonel ve deneyimli ekip üyelerimiz aracılığıyla titizlikle hazırlıyoruz. Her bir ödevi, konunun gerektirdiği derinlemesine araştırmalar ve analizler doğrultusunda çözümleyerek, öğrencilerimizin özgün düşünce yapısını ön plana çıkarmasını sağlıyoruz.

“Ödev Yaptırma” olarak, müşteri memnuniyetini ve güvenilirliği en üst düzeyde tutmaktayız. Öğrencilerin bize teslim ettikleri ödevlerin tümü, gizlilik ve güvenlik ilkelerine sıkı sıkıya bağlı kalınarak işlenir. Her ödev, öğrencinin taleplerine ve öğretmenin yönergelerine uygun olarak özelleştirilir ve her zaman orijinal içerik üretmeye özen gösteririz. Öğrencilerin akademik itibarını korumak ve güvenilir bir öğrenme deneyimi sunmak için elinizdeyiz.

“Ödev Yaptırma” platformu, kullanıcı dostu arayüzü sayesinde öğrencilere kolayca ulaşılabilir bir hizmet sunmaktadır. Kullanıcılar, web sitemiz üzerinden basit adımlarla ödevlerini yaptırma taleplerini iletebilir ve ihtiyaç duydukları konuda uzmanlaşmış ekip üyelerimizle iletişime geçebilirler. Hızlı yanıt verme ve esneklik, öğrencilerin zaman baskısı altında olan durumlarında da yanlarında olduğumuzu hissettirir. “Ödev Yaptırma” olarak, öğrencilerin başarısını desteklemek ve onlara daha fazla öğrenme fırsatı sunmak için buradayız

İçerik Üreticisi

Biyografinin Tamamını Gör