stanbul teknk Ünverstes fen blmler ensttÜsÜ ...stanbul teknk Ünverstes fen blmler ensttÜsÜ...
TRANSCRIPT
STANBUL TEKNK ÜNVERSTES FEN BLMLER ENSTTÜSÜ
DOKTORA TEZ Tevhit Cem KAYPMAZ
Anabilim Dalı : Elektrik Mühendislii
Programı : Elektrik Mühendislii
L-YON POLMER PL KARAKTERSTKLERNN ANALZ VE ARIZA TANISI
HAZRAN 2009
STANBUL TEKNK ÜNVERSTES FEN BLMLER ENSTTÜSÜ
L-YON POLMER PL KARAKTERSTKLERNN ANALZ VE ARIZA TANISI
DOKTORA TEZ Y. Müh. Tevhit Cem KAYPMAZ
(504022005)
HAZRAN 2009
Tezin Enstitüye Verildii Tarih : 29 Aralık 2008
Tezin Savunulduu Tarih : 17 Haziran 2009
Tez Danımanı: Prof.Dr. R. Nejat TUNCAY (.T.Ü.)
Dier Jüri Üyeleri: Prof.Dr. Oruç BLGÇ (Y.T.Ü.)
Prof.Dr. Esma SEZER (.T.Ü.)
Doç.Dr. Tarık DURU (Kocaeli Ü.)
Yrd.Doç.Dr. Serhat KZOLU (.T.Ü.)
iii
ÖNSÖZ
Doktora çalımam boyunca;
Benim için karanlıktaki ıık olan deerli bilim insanı, kendi evladımın meziyetlerini taımasını gönülden arzuladıım danıman hocam Prof. Dr. Sayın R. Nejat TUNCAY’a,
Meyve aacının dibine düer misali, yıllar sonra ne aamalar ve zorluklardan geçerek bir yandan kendi çalımalarını, bir yandan sevgili Aabeyim ve beni yetitirme çabalarının büyüklüünü yeni yeni anladıım, canım annem ve babam Prof. Dr. Sayın Aye KAYPMAZ ve Prof. Dr. Sayın Adnan KAYPMAZ’a,
Birlikte vakit geçirmeye doyamadıım, hayatımın en zorlu dönemlerinde desteini benden eksik etmeyen hayat arkadaım, benliimin yarısı, güzel eim Sayın Zehra KIVANÇ KAYPMAZ’a,
Her zaman yanımda olduu hisettiim, benim inancımın kırıldıı yerlerde, ei benzeri zor bulunur bir motivasyon ve bütünlük ile beni yüreklendiren canım annem ve babam Sayın Sabahat KIVANÇ ve Sayın Kamil KIVANÇ’a,
Karılatıım teknik zorlukları, büyük bir özveri ile amama yardımcı olan ve desteklerini eksik etmeyen, “Hayatta en gerçek yol gösterici bilimdir” inancı ile bilim savaında birlikte mücadele verdiimiz silah arkadalarım, Batarya Teknolojileri Grubu’na,
Can’dan teekkürlerimi saygılarıma arz ederim.
Aralık 2008 Tevhit Cem KAYPMAZ
Elektrik Yüksek Mühendisi
iv
v
ÇNDEKLER
Sayfa
ÖNSÖZ.......................................................................................................................iii ÇNDEKLER .......................................................................................................... v ÖZET.......................................................................................................................xvii SUMMARY ............................................................................................................. xix 1 . GR ..................................................................................................................... 1
1.1 Çalımanın Amacı ve Kapsamı........................................................................ 1 1.2 Problemin Tanımlanması ................................................................................. 4 1.3 Yaklaım Yöntemi ........................................................................................... 5 1.4 Tez Düzeni ....................................................................................................... 6 1.5 Özgün Katkı ..................................................................................................... 6
2 . BATARYALAR .................................................................................................... 7 2.1 Batarya Sistemleri ............................................................................................ 7 2.2 Genel ifadeler ................................................................................................... 8 2.3 Li-iyon ve Li-iyon Polimer Bataryalar........................................................... 10
2.3.1 Li-iyon bataryalar..................................................................................... 10 2.3.2 Li-iyon polimer bataryalar ....................................................................... 11
2.4 Batarya Yönetim Sistemleri ........................................................................... 13 2.5 Li-iyon Bataryaların arj Edilmesi ................................................................ 14 2.6 Li-iyon Bataryaların Dearj Edilmesi ............................................................ 15 2.7 Durum Belirleme............................................................................................ 16
3 . HÜCRE MODELLER ...................................................................................... 23 3.1 Elektrokimyasal Modeller.............................................................................. 23 3.2 Birletirilmi Hücre Modeli ........................................................................... 25 3.3 EES Deneysel Yöntemi ile Model Karakteristiklerinin Çıkartılması ............ 25 3.4 EES ile Elde Edilen Bölgelerin Tanımlanması .............................................. 26 3.5 EES ile Randles Edeer Devresi Parametrelerinin Elde Edilmesi ............... 27
4 . DENEYSEL ÇALIMA ..................................................................................... 31 4.1 Deney Altyapısı.............................................................................................. 31 4.2 Deneylerde kullanılan Li- iyon Polimer Hücreler.......................................... 33 4.3 Hücre artlandırma Prosedürü ....................................................................... 36 4.4 Çevrim Testleri (ÇT)...................................................................................... 38
4.4.1 ÇT için test prosedürü .............................................................................. 38 4.5 Aırı Dearj Testleri (ADT) ........................................................................... 39
4.5.1 ADT için test prosedürü ........................................................................... 39 4.6 Aırı arj Testleri (AT)................................................................................ 42
4.6.1 AT için test prosedürü............................................................................ 42 4.7 Deneysel Bulgular.......................................................................................... 45
4.7.1 Çevrim testleri sonuçları .......................................................................... 46 4.7.2 Aırı dearj testleri sonuçları.................................................................... 47 4.7.3 Aırı arj testleri sonuçları ....................................................................... 48
4.8 Edeer Devre Parametrelerinin Deiim Fonksiyonları............................... 52 4.8.1 Hücre çevrim testleri ile parametrelerin deiim fonksiyonları............... 52
vi
4.8.2 Aırı dearj testleri ile parametrelerin deiim fonksiyonları .................. 53 4.8.3 Aırı arj testleri ile parametrelerin deiim fonksiyonları ...................... 54
5 . ARIZA TANI ALGORTMASI......................................................................... 57 5.1 Bulanık mantık ............................................................................................... 57 5.2 Üyelik Fonksiyonları...................................................................................... 58 5.3 Arıza Tanı Algoritması MATLAB/Simulink Modeli .................................... 59
6 . SONUÇLAR VE ÖNERLER............................................................................ 65 KAYNAKLAR.......................................................................................................... 67 EKLER...................................................................................................................... 71
vii
KISALTMALAR
BYS : Batarya Yönetim Sistemi
NiMH : Nikel Metal Hidrür
NiCd : Nikel Kadmiyum
Li-iyon : Lityum yon
EES : Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi
VRLA : Valf Regüleli Kurun Asit
D : arj Durumu
SD : Salamlık Durumu
D : levsellik Durumu
EMF : Elektromotor Kuvveti
AD : Aırı Dearj
ADT : Aırı Dearj Testleri
AT : Aırı arj Testleri
ÇT : Çevrim Testleri
HÇ : Hücre Çevrimi
C : arj oranı
KEG : Katı Elektrolit Geçii
SA : Sabit Akım
SG : Sabit Gerilim
BK : Bulanık Küme
ÜF : Üyelik Fonksiyonu
ÜD :Üyelik Derecesi
NB : Negatif Büyük
NO : Negatif Orta
SS : Sıfır
PO : Pozitif Orta
PB : Pozitif Büyük
viii
ix
ÇZELGE LSTES
Sayfa
Çizelge 2.1 : kincil bataryaların temel karakteristikleri. .......................................... 10 Çizelge 2.2 : 3.3 Ah lik bir Li-iyon polimer hücreler için dearj koulları. .............. 15 Çizelge 4.1 : KOKAM SLPB 526495 Li-iyon polimer hücre teknik çizelgesi. ........ 34 Çizelge 4.2 : Devrelere göre dahil olan devre elemanları. ........................................ 46 Çizelge 4.3 : Testler sonucu elde edilen ortalama parametrik deiimleri................ 49 Çizelge 4.4 : 222 ve 295 numaralı hücreler için Hücre Çevrim Testleri öncesi ve
sonrası test sonuçları ............................................................................. 50 Çizelge 4.5 : 185, 186, 189 ve 190 numaralı hücreler için 6 Aırı Dearj Testi öncesi
ve sonrası test sonuçları ........................................................................ 50 Çizelge 4.6 : 74, 76, 77 ve 78 numaralı hücreler için 12 Aırı Dearj Testi öncesi ve
sonrası test sonuçları ............................................................................. 50 Çizelge 4.7 : 179, 469, 209 ve 210 numaralı hücreler için 1 saat Aırı arj Testi
öncesi ve sonrası test sonuçları ............................................................ 51 Çizelge 4.8 : 179, 469, 209 ve 210 numaralı hücreler için 2 saat Aırı arj Testi
öncesi ve sonrası test sonuçları ............................................................ 51 Çizelge 4.9 : 231, 232, 238 ve 239 numaralı hücreler için 3 saat Aırı arj Testi
öncesi ve sonrası test sonuçları ............................................................ 51 Çizelge A.1 : 222 ve 295 numaralı hücreler için Hücre Çevrim Testleri öncesi ve
sonrası test sonuçları ............................................................................. 73 Çizelge A.2 : 185, 186, 189 ve 190 numaralı hücreler için 6 Aırı Dearj Testi öncesi
ve sonrası test sonuçları ........................................................................ 75 Çizelge A.3 : 74, 76, 77 ve 78 numaralı hücreler için 12 Aırı Dearj Testi öncesi ve
sonrası test sonuçları ............................................................................. 77 Çizelge A.4 : 179, 469, 209 ve 210 numaralı hücreler için 1 saat Aırı arj Testi
öncesi ve sonrası test sonuçları ............................................................ 79 Çizelge A.5 : 179, 469, 209 ve 210 numaralı hücreler için 2 saat Aırı arj Testi
öncesi ve sonrası test sonuçları ............................................................. 81 Çizelge A.6 : 231, 232, 238 ve 239 numaralı hücreler için 3 saat Aırı arj Testi
öncesi ve sonrası test sonuçları ............................................................. 83
x
xi
EKL LSTES
Sayfa
ekil 2.1 : Lityum hücre çalıma prensibi. ................................................................ 12 ekil 2.2 : SA/SG arj rejiminde batarya gerilimi (V) ve akımı (I) deiimi. ........... 14 ekil 2.3 : Li-iyon polimer bir hücrenin dearjı ve kritik deerleri........................... 16 ekil 2.4 : Batarya durum deerlendirmesi. .............................................................. 18 ekil 2.5 : Batarya durumu ve durum deikenleri ile ilikileri. ............................... 19 ekil 3.1 : Batarya hücresi empedans modeli............................................................ 24 ekil 3.2 : Birletirilmi hücre modeli. ...................................................................... 25 ekil 3.3 : Elektrokimyasal süreçlerin EES de daılımı............................................ 27 ekil 3.4 : yonik iletim. ............................................................................................ 27 ekil 3.5 : Kinetik ve kütle transeri kontrol bölgeleri. .............................................. 28 ekil 3.6 : Klasik (Randles) edeer devre empedans modeli................................... 28 ekil 3.7 : Nyquist diyagramı ile parametrik analiz. ................................................. 29 ekil 4.1 : Batarya test sistemi................................................................................... 32 ekil 4.2 : Potansiyostat/galvanostat ve güc kaynaı. ............................................... 32 ekil 4.3 : Test düzenei balantı eması.................................................................. 33 ekil 4.4 : Testlerde kullanılan Li-iyon polimer hücrelerden ikisi. ........................... 35 ekil 4.5 : SA-SG arj prosedürü............................................................................... 35 ekil 4.6 : SA-SG arj ilemi için akım gerilim erileri............................................ 36 ekil 4.7 : Hücre artlandırma prosedürü. ................................................................. 37 ekil 4.8 : artlandırmanın oluturduu akım ve gerilim grafikleri. ......................... 37 ekil 4.9 : Çevrim için test prosedürü. ...................................................................... 38 ekil 4.10 : Çevrimin hücreler üzerinde oluturduu akım ve gerilim grafikleri...... 39 ekil 4.11 : ADT test prosedürü. ............................................................................... 40 ekil 4.12 : 6 ADT nin hücreler üzerinde oluturduu akım ve gerilim grafikleri. .. 40 ekil 4.13 : 12 ADT test prosedürü. .......................................................................... 41 ekil 4.14 : 12 ADT nin hücreler üzerinde oluturduu akım ve gerilim grafikleri. 41 ekil 4.15 : 1h 01C aırı arj prosedürü..................................................................... 42 ekil 4.16 : 1h01C AT nin hücre akım ve gerilim grafikleri................................... 43 ekil 4.17 : 2h 01C aırı arj prosedürü..................................................................... 43 ekil 4.18 : 2h01C AT nin hücre akım ve gerilim grafikleri................................... 44 ekil 4.19 : 3h 01C aırı arj prosedürü..................................................................... 44 ekil 4.20 : 3h 01C AT test prosedürünün hücrel akım ve gerilim grafikleri. ........ 45 ekil 4.21 : Arıza tanısı için önerilen devre modeli. ................................................. 45 ekil 4.22 : Anma deerlerde hücre çevriminin hücre edeer devresine etkisi. ...... 46 ekil 4.23 : Aırı dearjın hücre edeer devresine etkisi. ........................................ 47 ekil 4.24 : Hücre testleri ve aırı dearj testleri için örnek Nyquist diyagramı. ...... 47 ekil 4.25 : Aırı arjın hücre edeer devresine etkisi. ............................................ 48 ekil 4.26 : Aırı arj testleri için örnek Nyquist diyagramı. .................................... 48 ekil 4.27 : Arıza durumlarına göre Nyquist erileri. ............................................... 49 ekil 4.28 : Hücre Çevrim Testleri neticesinde elde edilen parametrik deiiklikler52 ekil 4.29 : Aırı Dearj Testleri neticesinde elde edilen parametrik deiiklikler... 53
xii
ekil 4.30 : Aırı arj Testleri neticesinde elde edilen parametrik deiiklikler....... 54 ekil 5.1 : Geleneksel Mantık.................................................................................... 58 ekil 5.2 : Bulanık Mantık. ........................................................................................ 58 ekil 5.3 : BK, ÜF ve ÜD kavramlarının birbirleri ile ilikisi................................... 59 ekil 5.4 : Bulanık Mantık Durum Deerlendirme Algoritması Simulink modeli.... 60 ekil 5.5 : R0 parametresi deiimi üyelik fonksiyonları.......................................... 60 ekil 5.6 : R1 parametresi deiimi üyelik fonksiyonları.......................................... 61 ekil 5.7 : C1 parametresi deiimi üyelik fonksiyonları.......................................... 61 ekil 5.8 : Durum belirleme algoritmasına ait kurallar. ............................................ 62 ekil 5.9 : Durum üyelik fonksiyonları. .................................................................... 62 ekil 5.10 : Örnek bir durum deerlendirmesi. ......................................................... 63 ekil 5.11 : Örnek durum deer bulma algoritması grafiksel gösterimi.................... 63 ekil A.1 : 222 nolu hücre çevrim öncesi Nyquist diyagramı. .................................. 85 ekil A.2 : 222 nolu hücre 20 çevrim sonrası Nyquist diyagramı. ............................ 85 ekil A.3 : 222 nolu hücre 40 çevrim sonrası Nyquist diyagramı. ............................ 86 ekil A.4 : 222 nolu hücre 60 çevrim sonrası Nyquist diyagramı. ............................ 86 ekil A.5 : 222 nolu hücre 80 çevrim sonrası Nyquist diyagramı. ............................ 87 ekil A.6 : 295 nolu hücre çevrim öncesi Nyquist diyagramı. .................................. 87 ekil A.7 : 295 nolu hücre 20 çevrim sonrası Nyquist diyagramı. ............................ 88 ekil A.8 : 295 nolu hücre 40 çevrim sonrası Nyquist diyagramı. ............................ 88 ekil A.9 : 295 nolu hücre 60 çevrim sonrası Nyquist diyagramı. ............................ 89 ekil A.10 : 295 nolu hücre 80 çevrim sonrası Nyquist diyagramı. .......................... 89 ekil A.11 : 185 nolu hücre Aırı Dearj öncesi Nyquist diyagramı......................... 90 ekil A.12 : 185 nolu hücre 6 Aırı Dearj sonrası Nyquist diyagramı..................... 90 ekil A.13 : 186 nolu hücre Aırı Dearj öncesi Nyquist diyagramı......................... 91 ekil A.14 : 186 nolu hücre 6 Aırı Dearj sonrası Nyquist diyagramı..................... 91 ekil A.15 : 189 nolu hücre Aırı Dearj öncesi Nyquist diyagramı......................... 92 ekil A.16 : 189 nolu hücre 6 Aırı Dearj sonrası Nyquist diyagramı..................... 92 ekil A.17 : 190 nolu hücre Aırı Dearj öncesi Nyquist diyagramı......................... 93 ekil A.18 : 190 nolu hücre 6 Aırı Dearj sonrası Nyquist diyagramı..................... 93 ekil A.19 : 74 nolu hücre Aırı Dearj öncesi Nyquist diyagramı........................... 94 ekil A.20 : 74 nolu hücre 12 Aırı Dearj sonrası Nyquist diyagramı..................... 94 ekil A.21 : 76 nolu hücre Aırı Dearj öncesi Nyquist diyagramı........................... 95 ekil A.22 : 76 nolu hücre 12 Aırı Dearj sonrası Nyquist diyagramı..................... 95 ekil A.23 : 77 nolu hücre Aırı Dearj öncesi Nyquist diyagramı........................... 96 ekil A.24 : 77 nolu hücre 12 Aırı Dearj sonrası Nyquist diyagramı..................... 96 ekil A.25 : 78 nolu hücre Aırı Dearj öncesi Nyquist diyagramı........................... 97 ekil A.26 : 78 nolu hücre 12 Aırı Dearj sonrası Nyquist diyagramı..................... 97 ekil A.27 : 179 nolu hücre Aırı arj öncesi Nyquist diyagramı............................. 98 ekil A.28 : 179 nolu hücre 1 saat Aırı arj sonrası Nyquist diyagramı. ................ 98 ekil A.29 : 179 nolu hücre 2 saat Aırı arj sonrası Nyquist diyagramı. ................ 99 ekil A.30 : 469 nolu hücre Aırı arj öncesi Nyquist diyagramı............................. 99 ekil A.31 : 469 nolu hücre 1 saat Aırı arj sonrası Nyquist diyagramı. .............. 100 ekil A.32 : 469 nolu hücre 2 saat Aırı arj sonrası Nyquist diyagramı. .............. 100 ekil A.33 : 209 nolu hücre Aırı arj öncesi Nyquist diyagramı........................... 101 ekil A.34 : 209 nolu hücre 1 saat Aırı arj sonrası Nyquist diyagramı. .............. 101 ekil A.35 : 209 nolu hücre 1 saat Aırı arj sonrası Nyquist diyagramı. .............. 102 ekil A.36 : 210 nolu hücre Aırı arj öncesi Nyquist diyagramı........................... 102 ekil A.37 : 210 nolu hücre 1 saat Aırı arj sonrası Nyquist diyagramı. .............. 103 ekil A.38 : 210 nolu hücre 2 saat Aırı arj sonrası Nyquist diyagramı. .............. 103
xiii
ekil A.39 : 231 nolu hücre Aırı arj öncesi Nyquist diyagramı. ......................... 104 ekil A.40 : 231 nolu hücre 3 saat Aırı arj sonrası Nyquist diyagramı. .............. 104 ekil A.41 : 232 nolu hücre Aırı arj öncesi Nyquist diyagramı. ......................... 105 ekil A.42 : 232 nolu hücre 3 saat Aırı arj sonrası Nyquist diyagramı. .............. 105 ekil A.43 : 238 nolu hücre Aırı arj öncesi Nyquist diyagramı. ......................... 106 ekil A.44 : 238 nolu hücre 3 saat Aırı arj sonrası Nyquist diyagramı. .............. 106 ekil A.45 : 239 nolu hücre Aırı arj öncesi Nyquist diyagramı. ......................... 107 ekil A.46 : 239 nolu hücre 3 saat Aırı arj sonrası Nyquist diyagramı. .............. 107
xiv
xv
SEMBOL LSTES
Li : Lityum
V : Çalıma gerilimi
U : Test uç gerilimi
I : Test akımı
Co : Kobalt
O : Oksijen
Pb : Kurun
Ni : Nikel
Ro : Elektrolit direnci
Rct : Polarizasyon direnci
Cdl : Çift tabaka kapasitesi
Ros : Seri elektrolit direnci
Rcts : Seri polarizasyon direnci
Rctp : Paralel polarizasyon direnci
Cdls : Seri çift tabaka kapasitesi
Cdlp : Paralel çift tabaka kapasitesi
Zw : Warburg empedansı
: Warburg eimi
: ohm
: aısal hız
D : difüzyon
A : elektrot yüzey alanı
e- : elektron
°C : Celcius
d : fark
xvi
xvii
L-YON POLMER PL KARAKTERSTKLERNN ANALZ VE ARIZA TANISI
ÖZET
Bu çalımada, elektrokimyasal empedans spektroskopi yöntemi ile li-iyon polimer pillerin hücre kinetik parametreleri elde edilmi ve hücrelerin zorlanmı dolma ve boalma durumlarında bu parametrelerin deiimi kuramsal olarak incelenmitir. Li-iyon polimer pillerde oluabilecek yanlı doldurma ve boaltma ilemleri sebebi ile meydana gelen geri döndürülemez etkilerin klasik hücre modelleri tarafından tam olarak yansıtılamadıı görülmütür. Bu nedenle çalımada hücre edeer devre modeli arıza durumularına göre gelitirilmi ve sınıflandırılmı, yeni gelitirilmi hücre edeer devresi modeli ile pil salamlık durumunun daha iyi yansıtılacaı önerilmitir. Normal dolma ve boalma durumlarında yapılan deneysel çalıma ile klasik pil modelinin salamlık durumunun deerlendirmesi için yeterli olduu ve klasik modelin salıklı bir biçimde durumu yansıttıı görülmütür.
Deneysel çalımalar ile, çeitli arıza durumlarını meydana getirerek inceleme gerçekletirilebilmesi için bir dizi hücre testi planlanmıtır. Bu hücre testlerinin gerçekletirilmesindeki amaç, bir hücrenin normal çalıma, aırı dearj ve aırı arj koullarına göre parametrik deiimlerinin incelenmesidir. Aırı dolma ve boalma durumlarının ve etkilerinin incelendii bu deneysel çalımalar neticesinde klasik modelin durum deerlendirme için yetersiz kaldıı ispat edilmi ve bu çalımada önerilen modelin arıza durumlarını daha gerçekçi biçimde yansıttıı görülmütür.
Li-iyon polimer pillerin yanlı doldurma ve boaltılması sırasında oluacak zorlamalar sınıflındırılmı ve bunların meydana getirecei edeer devre parametrelerindeki deiikliklerin mevcut modellerde tam olarak yansıtılamadıı görülmütür. Bu çalımada edeer devreye seri olarak yeni bir direncin, paralel kolda bulunan kapasiteye ek olarak, seri ve paralel kapasitelerin yine paralel kolda bulunan dirence ilave seri ve paralel dirençlerin eklenmesinin ile devrenin arıza tanısı ve salamlık durumunu daha iyi yansıtacaı önerilmitir.
Elde edilen deneysel sonuçlar ile bulanık mantık tabanlı yeni bir salamlık deerlendirme yöntemi oluturulmutur. Bu yöntem ile pillerin geçmite karılatıkları geri döndürülemez etkiler irdelenebilmekte, böylece bu olumsuzlukların pil ömrüne ne ölçüde etki etmekte olduu deerlendirilebilmektedir. Bu yeni salamlık deerlendime yöntemi ile li-iyon polimer bir pilin salamlık durumunu yansıtan yeni bir MATLAB Simulink modeli gelitirilmitir.
xviii
xix
ANALYSIS OF CHARACTERISTICS ON LI-ION POLYMER BATTERIES AND FAILURE DETECTION
SUMMARY
In this study, li-ion polymer cell kinetic parameters were obtained by electrochemical impedance spectroscopy method and changes in these parameters were analyzed theoretically in cases of forced charging and discharging. It was seen that, classical cell models were not sufficent enough to mirror the irreversible effects on li-ion polymer cells caused by improper charging and discharging procedures. Therefore cell equivalent circuit was improved and classified according to the failure states and it is suggested that the improved model is better to reflect the cell state of health. Experimental studies denote that classical cell model is sufficient and classical method is proper for state of health determination under normal charging and discharging cases.
In order to realise a detailed inspection on different fault states series of cell tests were planned and realised by experimental studies. The aim of these cell tests was to obtain the parametric differences according to normal operation, overdischarge and overcharge conditions. It was proved by experiments concentrated on overcharge and overdischarge characteristics that classical cell model is not sufficient and suggested new model is more realistic for state of health determination.
Forcing effects were classified while unproper charging and discharging conditions for Li-ion polymer cells and it was seen that the classical model is not sufficient to explain in detail the parametric changes in equivalent circuit. It is proposed that addition of a serial resistance, a serial and parallel resistance to the first parallel branch and a serial and parallel capacitor for the second parallel branch in equivalent circuit is much more sufficient to reflect the state of health and fault detection.
A new fuzzy logic based state of health evaluation method was formed from experimental results. This method yield to define the irreversible changes that cells encounter in their history and analyse their effect to cell life. A new MATLAB Simulink model using this new state of health evalulation method for li-ion polymer cells was developed.
xx
1
1 . GR
1.1 Çalımanın Amacı ve Kapsamı
Teknolojik gelimelere ve günümüzün ihtiyaçlarına paralel olarak enerji depolaması,
birçok sektör için kritik önem taımaya balamıtır. Gerek sivil gerek askeri
uygulamalarda yıllardır elektrik enerjisi depolama görevini üstlenen bataryalarda,
sistemlerin daha karmaıklaması ve gelimesi, bunlara paralel olarak arz
güvenliinin artan önemi, gelimi batarya sistemlerini konusunda çalımaların
yönlendirilmesini beraberinde getirmitir.
Özellikle mobil uygulamalarda yüksek enerji ve güç younluklarına sahip sistemlerin
tercih edilmesi ile birlikte batarya sistemlerinin maliyetlerinde artı gözlemlenmitir.
Bununla birlikte, tedarik edilebilirlik, sürdürelebilirlik, güvenli çalıma ve
güvenilirlik konuları artan önem arz etmekle beraber çevresel faktörlerin göz önüne
alınarak yüksek verimli sistemlerin üretilmesi hedeflenmektedir.
Örnein literatürde hibrid elektrikli araç tahrik sistemleri için elektriksel enerji
depolama sistemleri bataryaların anahtar bileen olduu ve bataryaların sistem
performansı ve maliyetlerine direkt etkisi olduu vurgulanmıtır. Tüm hibrid
uygulamalarda temel hedefin daha düük maliyetli, verimli, performanslı, güvenli ve
yüksek çevrim ömrüne sahip bataryaların oluturulması hedeflenmektedir [1]. Bu
bataryalara ait Batarya Yönetim Sistemleri (BYS)’nde durum belirleme, çevrim
sayısı ve bataryanın salamlık durumunun tespit edilmesi, üreticiler ve son
kullanıcılar açısından büyük önem taımaktadır. Batarya yönetim sistemi, elektriksel
yönetim, ısıl yönetim ve güvenlik konularını içermelidir. Ayrıca kullanılan hücre
tipine göre yazılım (algoritma) ve donanım (alçak ve yüksek gerilim) farklılıklar
göstereceinden her sistemin kendine özgü farklılıklar içerecei düünülmelidir [2].
Günümüzde hibrid elektrikli araçlarda yaygın olarak kullanılan bataryalar NiMH
elektrokimyasal yapıdadır. Bununla birlikte Lityum iyon (Li-iyon) hücrelerde
yaanan güvenlik problemlerinin gelimi yönetim sistemleri ile birlikte daha da
iyiletirilmesi pazarın yönünü bu teknolojiye çevirmitir.
2
Li-iyon teknolojisinin NiMH teknolojisine göre avantajları:
• %30 daha fazla spesifik enerji,
• %50 daha fazla spesifik güç,
• daha iyi darbeli akım verebilme,
• daha yüksek kapasite (Wh) verimi,
• gerilim yükseklii nedeni ile 1/3 kat daha az hücre gereksinimi,
• arj ve dearj gerilimleri arasında histerisiz olmaması,
olarak sıralanabilir.
Dezavantajları ise;
• Hücre kontrolü, dengelemesi ve güvenlii için daha pahalı sistemlerin
gereklilii,
• Üretim adedinin azlıı,
• Hibrid elektrikli araçlarda tecrübesinin az olması,
olarak sıralanabilir [3, 4].
Tüm bu gelimeler ııında sisteme göre tasarlanmı bir BYS ile mevcut sistemi
izlemek, parametrik hesaplar yapmak, yönetmek ve koruyucu bakım için verileri
arivlemek, gerek iletim güvenilirlii gerekse batarya ömrünün uzatılması açısından
büyük önem kazanmaktadır.
BYS algoritmalarında, arj, salamlık ve ilevsellik durumlarının belirlenebilmesi
çalımalarında genel yaklaım batarya iç direnci ve kapasitesi üzerine
kurgulanmıtır. Batarya iç direncinin arj durumuna göre deiiklik göstermesi,
bataryanın yalanması ile birlikte, kapasite deerinin takibi ile salamlık durumunun
belirlenmesi genel yaklaımlardır. Literatürde, salamlık durum belirleme çalımaları
aaıdaki yaklaımlar ile incelenmitir:
Dearj testi yöntemi: arj durumu %100 olan hücre tamamen dearj edilerek kapasite
belirleme çalımalarıdır. Bu yöntem ile sistem çalıması kesintiye uramak zorunda
olduu için birçok uygulamada pratik olarak tercih edilmemektedir [5].
Kimya baımlı yöntemler: Bu yöntemlerde yüzey korozyon ölçümleri, kurun asit
bataryalarda elektrolit younluu ölçümleri ile salamlık durumu tayini
3
yöntemleridir. Bu yöntemlerde bataryanın yapısı ölçümlerin yapılabilirlii anlamda
belirleyicidir. En yaygın olarak sıvı elektrolitli kurun asit bataryalarda
uygulanmaktadır [6, 7].
Omik test yöntemleri: Direnç, iletkenlik veya empedans ölçümleri ile gerçekletirilen
yaklaımlardır. Bu yöntem ile, batarya performansının anlık olarak incelenebilmesi
hedeflenirken genel olarak ölçüm süresinin, empedans spektroskopisinden daha kısa
tutulması amaçlanır [8-11]. Özellikle, uydu teknolojilerine yönelik, tanımlı bir iaret
(genlikleri aynı, frekansları farklı sinüsler toplamı) göndererek cevabının analizi
yapılmı ve iç direncin belirlenmesi amacı ile yorumlanmıtır [12, 13]. Bu yöntemde,
hücreye iaret gönderilmesi ve elde edilen deerlerin yorumlanması prensibi oldukça
yaygındır.
Omik test yöntemlerinden Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi (EES), bir
bataryanın, salamlık durumunun tespit edilebilmesi için, tüm batarya sistemlerine
uygunluu ve anlık veri alınabilirlii anlamında avantaj taımaktadır. Ölçüm
ekipmanlarının maliyetli oluu ve ölçüm süresinin uzunluu ise dezavantaj
getimektedir [14]. Bu çalımalar arsında yapay zeka, bulanık-mantık algoritmaları ile
bataryanın modellenerek salamlık durumunun incelendii çalımalar da mevcuttur
[15-17].
Kesintisiz güç kaynakları ve telekomunikasyon gibi elektrik enerjisi depolama
sistemlerinin yaygın olarak kullanıldıı sistemlerede valf regüleli kurun asit
(VRLA) bataryalar kullanılmaktadır. Özellikle, yüksek kapasiteli bataryaların
maliyetli olması ve görev aldıkları yerlerdeki ihtiyaç dorultusunda VRLA bataryalar
da salamlık durumu çalımaları önem kazanmıtır. Bu çalımalarda, salamlık
durumları, yüksek kapasiteli bataryalar için gerçekletirilmitir [17, 18].
Bataryalarda arj durumu ve salamlık durumlarının, empedans ölçümleri yöntemi
ile incelenmesinde, farklı frekanslarda okunan empedans deerlerinin, batarayalarda
oluan farklı kinetik adımlara ve bileenerine denk geldii belirtilmektedir [19-23].
Bu durum “Bölüm 3. Hücre Modelleri” nde ayrıntılı olarak incelenecektir.
Li-iyon polimer hücrelere uygulanabilirlii ve tamamen dearj etmeni tercih
edilmedii (elektrikli araçlar, hibrit elektrikli araçlar, uydu sistemleri gibi)
uygulamalarda kullanılmak üzere en uygun yöntem omik yöntemlerdir.
4
Bu çalımada, Li-iyon polimer hücrelerden olumu bir bataryada, arıza
durumlarında hücrelerin parametrik deiimleri incelenerek BYS’nde kullanılmak
üzere, özgün bir arıza tanı algoritmasının oluturulması amaçlanmıtır. Bu
algoritmanın iletilmesi ile birlikte bataryada aırı dearj ve aırı arj durumlarına
geçite erken tanı ile sistem kontrolüne kumanda edilerek bataryanın ve sistemin
korunması ve batarya ömrünün uzatılması hedeflenmitir. Çalıma, hücrelerin
bütünsel yapıları bozulmadan, aırı dearj ve aırı arj durumlarında, hücrelerde
meydana gelen geri döndürülemez (tersinmez) deiikliklerin, EES yöntemi ile
incelenmesini kapsamaktadır.
1.2 Problemin Tanımlanması
Son yıllarda, yüksek enerji ve güç younlukları ile birlikte nominal gerilim
seviyesinin yüksek oluu, birçok uygulama için Li-iyon hücreleri tercih sebebi
yapmıtır. Gerek teknolojisinin yeni ve çok fazla denenmemi olması, gerekse
kullanılan malzemelerin arızaya sebebiyet vererek alevli yanma meydana
getirebilmesi Li-iyon polimer hücrelerin avantajlarının yanında, büyük dezavantajlar
dourabileceini göstermitir. Bununla birlikte birçok Li-iyon polimer hücre üreticisi
firma, pazardaki saygınlıkları ve güvenlik nedenleriyle, hücreleri ile birlikte
BYS’lerini de birlikte alma zorunluluu getirmektedir.
Li-iyon hücrelerin güvenliini artırmak için elementel deiikliklerin irdelendii
birçok çalıma yürütmektedir [4, 24]. BYS’nde arj Durumu (D)’nun tespiti için
farklı yöntem ve algoritmalar gelitirilmi olmasına karın, Salamlık Durumu (SD)
ile ilgili çalıma sayısı azdır. Bununla birlikte, Li-iyon polimer hücrelerde D,
alternatif hücre tiplerine (örnein NiMH) göre daha kolay belirlenebilmektedir. Li-
iyon pillerin, elektrokimyasal yapıları gerei çalıma koulları dıındaki bölgelere
karı duyarlılıkları oldukça fazladır, bu tip hücreler daha hassastır ve bu hücrelere
daha detaylı koruma sistemleri önerilmektedir [25].
Tüm bu gelimeler çerçevesinde, Li-iyon polimer hücrelerle oluturulan bir batarya
için gelitirilecek BYS’de SD’nun belirlenmesi sistem güvenilirlii ve çalıma
bölgesi tayini için önem arzetmektedir. Aırı arj ve aırı dearj durumları ile
meydana gelebilecek geri döndürülemez deiiklikler üretici ve nihai kullanıcı
açısından riskler içermektedir. Uygun BYS ile bu risklerin en düük seviyede
tutulacaı düünülmektedir.
5
1.3 Yaklaım Yöntemi
Arıza tanı algoritmasının gelitirilmesi amacı ile, seri üretim Li-iyon polimer
hücreler tedarik edilmitir. Bu hücreler, Aırı Dearj Testleri (ADT), Aırı arj
Testleri (AT) ve Çevrim Testleri (ÇT)’ne tabi tutulmulardır. Deneyler, halihazır
durumda faal olan TÜBTAK Marmara Aratırma Merkezi, Enerji Enstitüsü, Batarya
Aratırmaları Laboratuvarı altyapısı ile gerçekletirilmitir. ÇT, hücrelerin, üretici
teknik verilerine uygun olarak kullanıldıı durumdaki parametrik deiiklikleri elde
etmek için gerçekletirilmitir. Aırı yüklenilmesi durumunda bir batarynın davranıı
ve üzerinde meydana gelen geri döndürülemez deiikliklerin tespiti için ADT
planlanmı ve hücrelere uygulanmıtır. Bununla birlikte arızalı bir arj cihazın veya
hatalı bir arj algoritmasının arj durumundaki parametrik deiimleri incelebilmek
için AT prosedürleri oluturulmu ve hücrelere uygulanmıtır.
Tüm bu test prosedürlerinde, normal arj ve dearj yöntemi olarak üretici firmanın
tavsiye etttii arj ve dearj prosedürleri ile sınırları kullanılmıtır. Tüm testlerden
önce, teste edilecek hücrelerde arj dengelemesi ilgili testten hemen önce Batarya
Test Sistemi ile yapılarak balangıç koulları eitlenmitir. Testlerden önce ve sonra,
hücre karakterizasyonu için bir Potansiyostat/Galvanostat’la EES Yöntemi
uygulanarak hücre karakterizasyonları ortaya çıkartılmı ve arıza ile ortaya çıkan
parametrik deiimler elde edilmitir.
Çalımada gerçekletirilen testler uzun soluku teslerdir. Bu sırada testlerin
sürekliliini salanması ve laboratuvarda kurumsal çalımaları aksatmadan testleri
gerçekletirme konusunda zorluk yaanmakla birlikte, testlerin organisazyonu için
akamları ve haftasonları deerlendirilerek en yüksek seviyede verim elde edilmitir.
Bununla birlikte, test cihazının müsait kanallarının sayısı nedeni ile artlandırma
testleri gruplar halinde yapılmıtır.
Algoritma gelitirmede hücrelerin salamlık durumu incelenerek arıza tanı amacı ile
omik test yöntemlerinden EES yöntemi seçilmitir. Bu yöntem, hücre içi parametrik
deiimlerin incelenebildii, güvenli fakat uzun süreli ölçüm alınan bir yöntemdir.
Çalımada karılaılan en büyük zorluk, test sürelerinin uzun olması ve bu nedenle
test programının oluturulması, Li-iyon polimer hücrelerin yapılarının hassas olması
ve zorlanma durumunda yanma durumu gösterebildikleri için özellikle aırı arj
testlerinde anlık gözetim gereklilii olarak sıralabilir. Ayrıca BYS konusunda
literatür azlıı mevcut literatürün ise genelde D ile ilgili çalımalar olduu, arıza
6
durumlarının tespiti ve sınıflandırılması konusunda neredeyse hiç olmayıı, bu
konularda tahmin edilenden daha fazla aratırma yapma gereini ortaya koymutur.
Tüm bu gelimeler ııında deneysel çalımanın neticesinde gelinen noktada, arıza
tanısı için yeterli ve uygun veriler elde edilerek hücre arızaları sınıflandırılması
salanmı ve özgün bulanık mantık algoritması oluturulmutur.
1.4 Tez Düzeni
Bu çalıma toplam altı bölümden olumaktadır. Bölüm 2’de bataryalar, batarya
sistemleri ve genel ifadelere yer verilmitir. Çalımada kullanılan li-iyon polimer
bataryalar daha detaylı incelenmi, arj ve dearj durumları irdelenerek batarya
durum belirleme çalımaları özetlenmitir. Bölüm 3’te hücre modelleri incelenmitir.
Özellikle elektrokimyasal yöntemler ile parametreleri belirlenebilen hücre modelleri,
spektroskopinin bölgesel tanımlamaları gerçekletirilmitir. Bölüm 4’te çalıma
boyunca gerçekletirilmi deneyler anlatılmı, hücre ve test prosedürleri hakkında
detaylı bilgi verilmitir. Bu bölümde ayrıca arıza tipleri sınıflandırılmı ve arıza
sonuçları model üzerinde deerlendirilmitir. Bölüm 5’te ise arıza tanı algoritması
tanımlanmıtır. Arıza tanısı bulanık mantık tabanlı bir algoritmaya oturtulmu ve
özgün algoritma bu bölümde gelitirilmitir. Bölüm 6’da çalıma sonucunda varılan
sonuçlar ve ilerleyen çalımalar için öneriler verilmitir.
1.5 Özgün Katkı
Batarya salamlık durumu deerlendirilmesi için EES yöntemi kullanılarak yeni bir
arıza modeli oluturulmutur. Çalımada hücreler, aırı arj ve aırı dearj
prosedürleri ile zorlanarak katı elektrolit geçilerinde (KEG) meydana gelen geri
döndürülemez deiiklikler tespit edilmitir. Bu deiiklikler hücrelerde model
parametreleri deneysel çalımalar ile elde edilmi ve edeer devre modelleri, her bir
arıza durumuna göre daha kapsamlı bir ekilde oluturulmu ve önerilmitir. Yeni
edeer devrelerin, arıza durumlarını daha gerçekçi bir biçimde yansıttıı ispat
edilmitir. Hücre durum deerlendirmesi için MATLAB Simulink te bulanık mantık
tabanlı özgün bir durum deerlendirme algoritması gelitirilmitir.
7
2 . BATARYALAR
Bataryalar, aktif maddeyi içinde barındıran ve kimyasal enerjiyi elektrokimyasal
yükseltgenme-indirgneme yolu ile elektriksel enerjiye çeviren sistemlerdir. Tekrar
arj edilebilir bir sistem olmasından dolayı tersinir bir proses ile yeniden arj
edilebilirler. Bu tip bir reaksiyon, bir malzeme ile dieri arasında bulunan elektrik
akımı yolu ile elektron transferi sonucunda gerçekleir. Paslanma ve yanma gibi
eletrokimyasal olmayan redoks reaksiyonlarda elektron transferi direkt olarak
gerçekleir ve sadece ısı oluur. Bataryalar kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine
elektrokimyasal yol ile çevirdii için termodinamiin ikinci kanununda yer alan
Carnot çevriminin sınırlamalarından etkilenmez. Bu nedenle bataryalar yüksek enerji
dönütürme verimliliine sahiptirler.
Zaman zaman batarya terimi basit elektrokimyasal ünite olan hücre terimi yerine
kullanılmaktadır. Batarya istenilen çıkı gerilim veya kapasite deerine balı olarak
hücrelerin paralel veya seri olarak ya da hem paralel hem de seri olarak balanması
ile olumaktadır [26].
2.1 Batarya Sistemleri
Batarya sistemleri elektriksel enerji depolama amaçlı sistemler olup genel olarak iki
ayrı grupta, birincil ve ikincil olarak sınıflandırılırlar. Birincil (primer) bataryalar,
arj edilemeyen, tek kullanımlık bataryalardır. kincil (sekonder) bataryalar arj
edilebilme ve tekrar kullanılabilme özelliine sahip bataryalar olup, her iki grupta da
kendi elektrokimyasal yapısına göre karakterize edilmi, farklı tip uygulamalar için
çeitli bataryalar mevcuttur. Birincil bataryalara örnek olarak çinko-karbon (bir dier
adıyla çinko-mangan dioksit) (ZnMnO2), çinko-alkali-MnO2 (alkali bataryalar),
çinko-hava, cıva-oksit ve lityum bataryalar verilebilir. kincil bataryalara örnek
olarak kurun asit, nikel-kadmiyum (NiCd), Nikel-metalhidrür (NiMH), Liytum-iyon
(Li-iyon), Lityum-metal, çinko-alkali-MnO2 ve Li-iyon polimer bataryalar örnek
olarak verilebilir [27]. Görüldüü üzere, bazı bataryalar benzer kimyasal yapıya
sahip olmalarına ramen (çinko-alkali-MnO2 gibi) elektrokimyasal olarak farklı
8
reaksyonlar göstererek birincil veya ikincil tip bataryalar olarak elektrokimyasal yapı
meydana getirebilirler. Bu çalımada, Li-iyon polimer tipi ikinci bataryalar üzerine
çalıılmıtır.
2.2 Genel ifadeler
Hücre: Depolanmı kimyasal enerjiden elektriksel enerji üretebilen veya elektriksel
enerjiyi, kimyasal enerji halide depolayabilen temel birimdir. Bir hazne içinde
bulunan elektrolit, seperatör ve iki elektrottan (pozitif ve negatif elektrotlar)
olumaktadır.
Batarya: Belirli bir yükün ihtiyaçlarını karılayabilmek için, birbirleri ile seri ve/veya
paralel olarak balanmı hücrelerin birleik halidir. Bataryalarda, genelde gerilim
seyiyesini artırmak için seri, kapasiteyi artırmak için paralel balantı
kullanılmaktatır. Kelime olarak, kimi zaman tek bir hücreyi betimlemek için de
kullanılmaktadır. Bu çalımada batarya kelimesi, birden daha fazla hücre içeren
sistemler için kullanılmıtır.
Enerji younluu: Bir bataryanın hacimsel olarak enerji depolama younluunu
gösteren ifadedir. Birim hacimdeki watt-saat cinsinden gösterilir [Wh/l].
Güç Younluu: Bir bataryanın hacimsel olarak güç depolama younluunu gösteren
ifadedir. Birim hacimdeki watt cinsinden gösterilir [W/l].
Anma kapasitesi: Amper-saat cinsinden, toplam arjı gösteren ve üretici tarafından
belirtilen bataryanın kapasite [Ah] deeridir.
Özgül Enerji: Birim kütle baına enerji depolama younluunu gösteren birimdir
[Wh/kg].
Özgül Güç: Birim kütle baına güç younluunu gösteren birimdir [W/kg].
Elektrot: Bir elektrokimyasal hücrenin temel taıdır. Herbir hücre, pozitif ve negatif
elektrotlardan oluur. Pozitif ve negatif elektrot arasındaki potansiyel fark ile hücre
gerilimi belirlenir.
Anot: Oksitlenme reaksyonunun meydana geldii, dı devreye elektron salanan
elektrottur. arj ve dearj sırasında elektron hareketi ters akıa sahiptir. Bu nedenle;
arj esnasında pozitif elektrot, dearj esnasında negatif elektrot anottur. Genelde
hücre dearjı düünüldüünden anot, yaygın olarak negatif elektrot olarak kullanılır.
9
Katot: ndirgenme reaksyonunun meydana geldii, dı devreden elektron salanan
elektrottur. arj esnasında negatif elektrot, dearj esnasında pozitif elektrot katottur.
Genelde hücre dearjı düünüldüünden katot, yaygın kullanımda pozitif elektrot
olarak kullanılmaktadır. Bu çalımada, karııklık yaratmamak adına elektrotlar,
pozitif ve negatif elektrot olarak anılacaktır.
Elektrolit: Bir hücrede, pozitif ve negatif elektrotlar arasında iyonik iletkenlii
(taınımı) salayan ortamdır.
Seperatör: Bir hücrede, pozitif ve negatif elektroların arasında elektron açısından
yalıtkan, iyon açısından iletken davranan maddedir. Seperatörler, pozitif ve negatif
elektrot arasında elektriksel kısa devreyi önlemektedirler.
C-oranı: Ah olarak anma kapasitesinde belirtilen arj veya dearj akım deeridir.
Önüne gelen çarpan ile daha düük ya da daha yüksek akım deerlerini ifade eder.
Örnein C-oranının 600 mA olduu bir durumda; C/2 300mA, 0.5C 300mA ve 2C
1.2 A akım deerlerini ifade eder.
Çevrim ömrü: Belirli bir performans kriteri baz alınarak (genelde %80 Ah anma
kapasite deeri) tanımlı koullarda bir hücre veya bataryanın arj ve dearj edilme
sayısıdır.
Kesme gerilimi: Hücre veya bataryanın dearjının sona erdirildii uç gerilimidir.
Kendiliinden dearj: Bir hücre veya bataryanın geri kazanılabilir (tersinir) kapasite
kaybıdır. Sıcaklık ile direkt ilikisinden dolayı, genelde belirli bir sıcaklıkta, aylık
bazda anma kapasitesi cinsinden belirtilir.
Belirli tanımlamalar, durum tespitleri ve sınırlandırmalar yapılabilmesi için,
koulların çok iyi belirlenmesi ve bilinmesi gerekmektedir.
Genelde, bir bataryadan elde edilebilecek kapasite; yüksek akımlı dearjlarda, düük
sıcaklıklarda ve yüksek kesme gerilimlerinde daha düük olacaktır. Çizelge 2.1 de
yaygın olarak kullanılan ikincil bataryaların temel karakteristiklerinin kıyaslaması
verilmitir [25].
10
Çizelge 2.1 : kincil bataryaların temel karakteristikleri.
Batarya sistemi: NiCd NiMH Li-iyon Li-iyon Polimer
Kurun asit
Sekonder alkali
Ortalama çalıma gerilimi [V] 1.2 1.2 3.6 3.6 2.0 1.5
Enerji younluu [Wh/l] 90-150 160-310 200-280 200-250 70-90 250
Özgül enerji [Wh/kg] 30-60 50-90 90-115 100-110 20-40 20-85
Kendiliinden dearj 20°C de
[% aylık] 10-20 20-30 5-10 1 4-8 0.2
Çevrim ömrü [çevrim] 300-700 300-600 500-1000 200 200-500 15-25
Sıcaklık aralıı [°C]
-20
50
-20
50
-20
50 ?
-30
60
-30
50
2.3 Li-iyon ve Li-iyon Polimer Bataryalar
2.3.1 Li-iyon bataryalar
Li-iyon bataryalar ticari olarak ilk 1991 yılında piyasaya sürülmütür. Batarya
teknolojileri düünüldüünde birçok avantaja sahiptir. Örnein hücre gerilimleri,
dier ikincil bataryalara göre daha fazladır (3.6V). Bunun sebebi, Li iyonunun doal
negatifliinin çok yüksek olmasıdır. Bir baka avantajları yüksek özgül enerjileri ile
göreceli olarak aynı enerji için daha hafif bir yapı sunmalarıdır.
Li-iyon hücrelerin elektrotları, dier ikincil bataryalara göre gözenek yapısı olarak
farklılık göstermektedir. Elektrotlar, kafes yapıdadır ve içerisine Lityum iyonlarının
geçii sırasında büyük yapısal zorlanmalar olmamaktadır. Bu da arj transferinin
yüksek olmasını salayarak arj verimini yüksek tutar ve arj süresinin kısa olmasına
olanak verir.
Li-iyon hücrelerin çalıma prensibi, dier ikincil bataryalara göre daha basittir. arj
ilemi sırasında, Lityum iyonları pozitif elektrottan negatif elektrota geçi yapar.
Dearj ileminde ise bunun tam tersi geçerli olmaktadır.
11
Li-iyon hücrelerin poziftif elektrotları lityum metal oksitlerden olumaktadır. Bu
çalımada kullanılan lityum hücrelerde, pozitif elektrot olarak (lityum hücrelerini
tutabilmek için) lityumkobaltoksit (LiCoO2) kullanılmıtır.
Li-iyon hücrelerin negatif elektrotları ise karbon grafit malzemen olumaktadır. Bu
malzemenin özellii ise bünyesinde bulunan karbon yapı nedeni ile fazla sayıda
lityum iyonu tutabilmesidir.
Li-iyon hücrelerin elektrolit yapıları ise katı ya da jel yapıda olan, sıvı yapıda
olmayan, tuz emdirilmi organik yapıda malzemelerdir. Bu malzemenin özellii,
elektriksel olarak yalıtkan, Li iyonu açısından iletken bir yapıda olmasıdır. Negatif
elektrot karbon grafit yapıda olduu zaman, elektrolit olarak genelde etilenkarbonat
kullanılmaktadır. Elektrolit içerisinde kullanılan tuz için en yaygın kullanım
lityumheksaflorürfosfattır (LiPF6) [4, 24].
2.3.2 Li-iyon polimer bataryalar
Li-iyon polimer bataryalar ticari olarak ilk 1998 yılında piyasaya sürülmütür. Li-
iyon polimer bataryalar, li-iyon bataryalar ile pozitif ve negatif elektrot malzemesi
açısından benzerlik taımaktadır. Li-iyon ve Li-iyon polimer bataryalar arasındaki
fark elektrolit ve seperatör malzemesindedir. Li-iyon polimer bataryalarda elektrolit,
katı ve iyon iletkenlii olan bir polimer malzemeden olumakta ve bu elektrolit aynı
zamanda seperatör olarak görev yapmaktadır. Bu nedenle elektrokimyasal
indirgenme ve yükseltgenme denklemlerinde bir fark olmamakta, polimer elektrolitin
iletkenlii fark etmektedir. 20°C sıcaklık referans alınarak sayısal deer verilecek
olursa, birçok sıvı organik elektrolite ait iletkenli deeri 10-3 (cm)-1 iken,
younlukla kullanılan bir polimer elektrot olan polietilenoksit için iletkenlik 10-8
(cm)-1dir. Sonuç olarak, polimer elektrotun kabul edilebilir bir iletkenlik deerinin
olabilmesi için fiziksel yapısının oldukça ince olması gerekmektedir. ncelen polimer
elektrot yapının, hücrede aırı uç gerilimine maruz kalınması durumunda, polimer
elektrot delinme göstererek kısa devreye sebep verebilmektedir. Bu durum, Li-iyon-
polimer bataryalarda sıkça görülen bir arıza durumudur. Standart ikincil bataryalar
düünüldüünde, Li-iyon polimer hücreler kendiliinden dearjı en düük
bataryalardır. Bu karakteristik özellikleri, özellike havacılık ve uzay teknolojileri
konusunda birçok çalımaya ıık tutmu ve bu elektrokimyasal yapıda sistemler
üzerinde çalımalar devam etmektedir. Çalımada kullanılan Li–iyon polimer
12
bataryaların mekanik yapısı incelendiinde, dıarıda hava sızdırmaz aluminyum
folyo ile kaplı olduu, içerisinde pozitif ve negatif kutupların sıralı bir biçimde
aralarında polimer bir elektrolit ile yanyana getirildii gözlemlenmitir.
Lityum metali yüksek elektrokimyasal potansiyele (3.04 V) ve en düük atomik
kütleye (6.94 g/mol) sahiptir, bu sayede 3 V’luk bir akü hücresi ile uygun bir pozitif
elektrotun birletirilmesine olanak salar. Hücrede akım arj sürecinde pozitif
elektrottan negatif elektrota ve dearj sürecinde negatiften pozitife Li iyonlarıyla
taınır. Bu süreçte Li metalik olarak ayrımadıından güvenlikle ilgili sorunlar büyük
oranda indirgenir. Burda Li iyonları oldukça küçüktür ve elektrot materyalini
oluturan metal yapının içine yerleir. Tipik bir LiCoO2 katot ve grafit anot için
hücrenin arj ve dearj reaksiyonu u ekildedir.
2)1(626 CoOLiCLiLiCoOC xx −+↔+ (2.1)
Saa doru arj ve sola doru dearj süreci ilemektedir. arj sürecinde Li iyonlar
kobalttan ayrılarak karbona gitmektedir. Ancak yukarıdaki formülde gösterildii gibi
tüm Li iyonları ayrılmamaktadır. Bu nedenle x tanımlanmı olup 0 < x < 1
eklindedir. ekil 2.1’de lityum hücre çalıma prensibi yer almaktadır [28].
ekil 2.1 : Lityum hücre çalıma prensibi.
13
2.4 Batarya Yönetim Sistemleri
Batarya yönetim sistemleri, günümüzde, elektrikli araçlar, hibrit elektrikli araçlar,
telekom uygulamaları, kesintisiz güç kaynakları, dizüstü bilgisayarlar, cep telefonları
gibi uygulamalarda oldukça önem arz eden ve uygulamaya göre farklılıklar gösteren
sistemlerdir.
leri teknolojiye bataryalarda, gerek ekonomik gerekse güvenlik nedenleri ile iletme
performansını ve sistem güvenirliinin artıran yapıların gelitirilmesi ile batarya
arızalarının azaltılması ve bataryadan en yüksek verimin alınması hedeflenmektedir.
Bataryanın arj ve dearj ilemlerinde, kritik sınırların ilendii ve kontrol altında
tutulduu, bataryaların arj durumlarını (D), salamlık durumlarını (SD) ve
ilevsellik durumlarını (ÇD) sürekli olarak kontrol altında tutan donanımsal ve
yazılımsal sistemlere Batarya Yönetim Sistemleri (BYS) denmektedir.
Bir batarya yönetim sisteminin alt balıkları;
1. Veri izleme ve depolama
2. Elektriksel yönetim
3. Isıl yönetim (her zaman gerekli deildir)
4. Durum belirleme
5. Güvenlik yönetimi
6. Haberleme
olarak verilmektedir. [2].
Elektrokimyasal yapısı farklı hücreler, deiik elementlerin reaksiyona girmesi, ve
farklı malzemelerden meydana gelmelerinden dolayı benzer karakteristik
göstermeyebilirler. Batarya Yönetim Sistemleri, hücre elektrokimyasal yapısı,
batarya mekanik yapısı ve uygulama amacına göre tasarlanmalıdır.
Örnein Pb-asit bataryalarda aırlık açısından dezavantaj taırlar, Ni bazlı hücreler
aırı arja çok hassastırlar, Li bazlı hücrelerde ise sıcaklıa ve aırı arja balı
duyarlılık fazladır. Bu tip durumlarda birim zamanda sıcaklık deiimi farkına balı
olarak arj ileminin sona erdirilmesi tercih edilebilir. Benzer ekilde, Pb-asit ve Li-
iyon hücreler en uygun sabit akım - sabit gerilim (SA-SG) arj yöntemi ile arj
edilebilirken, Ni bazlı hücreler için uzun süreli, düük akımlı, sabit akım (SA) arjı
uygun görülmektedir [29]. Bu nedenle ihtiyaca göre hücre tipi en verimli, ekonomik
ve güvenli batarya sistemleri, batarya yönetim sistemleri gelitirilmesi
gerekmektedir. Elektrokimyasal yapıya uygun tasarlanmı bir batarya yönetim
14
sistemi temelde, depolanan enerjinin en yüksek verimle kullanılmasını salamalı,
bataryanın durumunu ve arj/dearj kontrolünü gerçekletirmeli bu bilgileri ileyip
uygun bilgileri oluturulmalıdır [30].
BYS’nin balıklarından biri olan elektriksel yönetimi, arj, arj dengelemesi, arj
durumunu belirleme, dearj kontrolü olarak belirlemek mümkündür. Bataryanın
elektrokimyasal özelliklerine göre BYS deikenlik gösterebildii gibi, bir alt balık
olan Elektriksel Yönetim’de farklılık gösterebilir. Örnein NiMH hücrelerde çevrim
1000, en yüksek gerilim 1.32V, enerji younluu 55-100 Wh/kg yüksek akım
kapasitesi 15C iken, NiFe hücrelerde çevrim 3000, en yüksek gerilim 1,37V, enerji
younluu 50 Wh/kg yüksek akım kapasitesi 1C dir [31].
2.5 Li-iyon Bataryaların arj Edilmesi
Batarya arjı, bataryanın salıklı olarak performans gösterebilmesi ve ömrünün uzun
olması açıından dikkat edilmesi gerekli konulardan biridir. arj yöntemleri, arj
esnasında uygulanan akım ve gerilim oranlarına göre sınıflandırılırlar [32]. arj
yöntemine göre bataryada arj esnasında oluturduu sıcaklıktan, batarya ömrü ve
çevrim sayısına kadar birçok parametre arj yöntemine göre deiiklik
göstermektedir [25].
Li-iyon ve Li-iyon polimer elektrokimyasal yapılar için önerilen arj yöntemi sabit
akım-sabit gerilim arj yöntemidir (SA-SG) [2, 4, 25]. ekil 2’de SA/SG arj rejimi
verilmitir.
ekil 2.2 : SA/SG arj rejiminde batarya gerilimi (V) ve akımı (I) deiimi.
Batarya üreticileri Isa ve Vmaks deerlerini üretimlerine göre belirlemektedirler. Akım
younluu ile dorudan balantılı olan Isa arj akımı Li-iyon ve Li-iyon polimer
15
bataryalarda 0.7C ile 1C arasında deikenlik göstermektedir. Vmaks geriliminin
deeri, Li iyon hücrenin tipine balı olarak deimekte ve 4.1V ± %1 veya 4.2V ±
%1 deerlerini almaktadır. Bu deerin doruluunun bu kadar hassas olması,
hücrelerde, aırı arj koullarına balı hata durumlarında geri döndürülemez
deiiklilerin etkisidir. Imin deeri genelde 0.05C – 0.1C arasında seçilirken, kimi arj
topolojilerinde Imin yerine tmaks = 2 saat seçilerek arj ilemi sona erdirilmektedir.
arj ilemini sona erdirmek için Imin veya tmaks ın seçilmesinin douracaı farklılıklar
vardır. Imin ile arj ilemi sona erdirildiinde, bataryanın % olarak, boalmadan
önceki arj miktarı ile dolması salanmaktadır. Buna ilave olarak SG rejim süresinin
en az olması, hücrelerin çevrim ömrü açısından büyük avantaj taımaktadır. bu
nedenle tmaks ile arj ileminin sona erdirilmesi yerine Imin ile sona erdirme daha
yaygın olarak tercih edilmektedir [25].
2.6 Li-iyon Bataryaların Dearj Edilmesi
Her elektrokimyasal yapının farklı dearj kapasiteleri vardır. Örnein NiCd
hücrelerde dearj kapasitesi 20C deerine kadar çıkmakla birlikte, Li-iyon polimer
hücrelerde akım tepe deeri bu oran genelde 5C civarındadır. Bununla birlikte lityum
temelli hücreler için sürekli dearj akımı olarak 2C lik bir oran kabul edilebilir.
Çizelge 2.2 de bu çalımada kullanılan Li-iyon polimer hücreler için dearj koulları
verilmitir.
Çizelge 2.2 : 3.3 Ah lik bir Li-iyon polimer hücreler için dearj koulları.
Sürekli Dearj Akımı 6.6A
Akım Tepe Deeri 16.5A
Kesme Gerilimi 2.7V
Li iyon polimer bataryaların dearjları, ekil 2.3 de tanımlı akım seviyelerine göre
incelenecek olursa;
I) Bölgesinde (0 ile t1C arası) nominal dearj (1C) dan bahsetmek
mümkündür. Bu dearj ile birim zamanda gerilim düümü yüksek
deildir, hücrede zorlanma olması beklenmemektedir.
16
II) bölgesi (t1C ile t5C arası) dinlenme bölgesidir, yük akımı yoktur. Bu
bölgede elektrotlar arasında elektrokimyasal reaksiyonlar kendinden
dearj seviyesinde devam etmektedir. Kendinden dearj seviyesinde en
avantajlı durumda olan hücreler Li-iyon polimer hücrelerdir.
III) bölgesi (t5C ile t2C arası) müsade edilen maksimum yük bölgesidir. Hücre
yüklenme anlamında en fazla burada zorlanmaktadır ve birim zamanda
gerilim düümü en fazla bu bölgede görülmektedir.
IV) bölgesi (t2C ile tmaks arası) sürekli dearj akımı bölgesidir. Hücre sürekli
dearjda en yüksek bu akım seviyesinde olmalıdır. Birim zamanda gerilim
düümünün kabul edilebilir olduu en yüksek akım seviyesidir.
Li-iyon polimer hücrelerde tüm bu dearj ilemlerinde en düük batarya gerilim
seviyesi Vbat = Vmin = 2.7V dir. Bu gerilim seviyesinin daha altına inilmesi hücreye
geri döndürülemez deiiklikler, bozunmalar meydana getirebilmektedir.
ekil 2.3 : Li-iyon polimer bir hücrenin dearjı ve kritik deerleri.
2.7 Durum Belirleme
Batarya durum deerlendirmesi ve izlemesi her geçen gün önemini artıran batarya
teknolojileri konularından biridir. Özellikle düük emisyon deerlerine sahip yüksek
teknolojik araçlar düünüldüünde yakıt ekonomisi ve çalıma topolojilerini
oluturulmasında elektrik enerjisinin bataryalarda depolanması ve arj, salamlık
durumlarının yüksek güvenilirlikle temin edilebilmesi istenmektedir. Günümüz
batarya yönetim sistemlerinde gelimi durum deerlendirme algoritmaları olmakla
birlikte özellikle sürü dinamiini dorudan etlkiledii için arj durumunun tespitine
yönelik çalımalara aırlık verilmitir. Gelimi bir batarya yönetim sisteminde veri
izleme, çalıma koulları gibi dinamik deerlerin deerlendirilmesi ve karar
17
algoritmaları oluturulmasını kapsamaktadır. Bataryanın gelecekte karılaabilecei
durumlara göre tahminlerin oluturulması, bataryanın yalanmasına yönelik
hesapların yapılarak yük durumuna göre enerji arzının karılanıp karılanamayacaı
incelenmelidir [33].
Bir BYS’nde en karmaık ilemlerden biri bataryanın durmunun belirlenmesidir.
Bataryada, Ah olarak doluluu belirtir arj durumunu (D) deikenlik göstermesi,
elektrokimyasal reaksiyonların artlara göre deikenliinden gelmektedir. Bir
bataryanın arjı esnasında sıcaklıı, ortamın sıcaklıı, batarya doluluk oranı,
bataryanın uç gerilimi, üzerinden geçen akım deeri ve bataryanın yaı gibi
parametreler nedeni ile bu ilem karmaıklamaktadır. Pratikte en yaygın uygulama
ise Coulomb kanunu ile hesaplanan birim zamanda geçen amper sayısıdır.
Doru D hesaplaması elektrikli platform teknoljilerinde hassas bir noktadır. Çeitli
çevresel koullar altında seri balanmı her bir modülün dinamik davranılarından
dolayı D hesabı oldukça karmaıktır [14].
Baka bir yaklaıma göre, elektrikli araçlarda amper-saat hesaplaması ile D
tanımlaması salanabilir fakat hibrid elektrikli araçlarda bu durum geçerli deildir.
Amperaj hesaplamalarında küçük hatalar sürekli olmakta ve bataryanın bakım
prosedürü arasındaki uzun süre boyunca D da büyük hatalara neden olmaktadır.
Bunun sonucunda aırı arj ve aırı dearj problemleri yaanmakta ve de araçta
performans düüklüü görülmektedir. Örnein, eer gerçek D deeri hesaplanandan
daha büyük ise frenlemeden gelen geri kazanma enerjisi depo edilmesi mümkün
deildir. Bu arj bataryayı aırı arja zorlayarak arızaya neden olabilmektedir. D
deerini düzeltmek için kullanılan batarya gerilimi hücre karakteristiine balıdır.
Uygulanacak pratik testler ile her türlü durumda bataryanın davranıını anlamayı
salayacaktır [34].
Li-iyon hücrelerin D unu belirleme için uygulanan yöntemlerden biride Kalman
Filtre ile arj durumu belirleme yöntemidir. Özellikle hibrid elektrikli araç gibi yük
durumunun darbeli olarak deiiklik gösterdii durumlarda ileri seviye hassasiyete
sahip, basit batarya modellerinin oluturulması gerekmektedir [35]. Bununla birlikte,
bataryalarda Salamlık Durumu (SD) nun tespiti, bir baka önemli noktadır. Örnein
elektrikli araçlarda, elektriksel problemler bilinen içten yanmalı motorlu araçlara
göre çok daha fazla önem taımaktadır çünkü bataryalarda çok daha fazla güç ve
enerji ihtiyacı vardır. Bundan dolayı bataryaların güvenlik donanımlarında, kritik
18
çalıma koullarına karı koruma amaçlı ekipmanlar mevcuttur. Bu koruma
ekipmanlarının BYS içindeki görevleri, aırı gerilim koruması, derin dearj
koruması, yüksek sıcaklık koruması, elektriksel kısa devre durumunda güç
kaynaının kesilmesi, ile sıralanmaktadır [2, 32, 36]. Hibrid elektrikli araç
bataryalarında genel olarak SD deerlendirilmesi için yüksek frekans empedans
deeri kullanılmıtır [37].
Bir bataryanın durum deerlendirmesini yapabilmek için arj Durumu (D) nun ve
Salamlık Durumunun (SD) elde edilmesi gerekmektedir. levsellik Durumu (D),
bu iki parametrenin bir fonksiyonu eklinde tanımlanabilir. Arıza tanımlama ile ilgili
yapılacak çalımalarda arj durumu (D) ve Salamlık durumu (SD) nun elde
edilmesi kritik önem arz etmektedir. Bu çalımada, ekil 2.4 teki Çalıma
Bölgesi’nin dıına, geri döndürülemez deiiklikler ile çıkma veya çıkma eiliminin
tespiti amaçlanmıtır [34].
Elektrokimyasal yapısı ne olursa olsun, genel olarak bir bataryadan kendisine
tanımlanan ilevi yerine getirebilecek bir performans beklenir. Bunu
gerçekletirebilmek için hücre belli bir arj ve salamlık durumuna sahip olması
gerekmektedir. Bu üç temel bileen, bataryanın veya hücrenin durumunu belirtir.
Arıza durumu ise bu alanın dıında kalan alan olmaktadır. ekil 2.4 de bataryanın
durumları ile arıza durumları arasındaki iliki bölgesel olarak gösterilmitir.
ekil 2.4 : Batarya durum deerlendirmesi.
Konu hakkında yapılan aratırmalardan çıkan sonuçta, arj durumunda (D)
oluacak deilikler “tersinir, geri döndürülebilir” deiiklikler olarak
tanımlanmaktadır. Bir bataryayı uygun koullarda dearj ettikten sonra tekrar arj
19
ettiimizde, etkin kapasitesi, iç direnci, uç gerilimi ve gazlanması olumlu yönde
deimektedir [38]. Bu parametrelerin deiminde “tersinmez, geri döndürülemez”
deiiklikler mevcut ise sebebi, bu mevcudiyet oranında Salamlık Durumu (SD)
nda olumsuz gelimelerdendir (ekil 2.5).
ekil 2.5 : Batarya durumu ve durum deikenleri ile ilikileri.
Bir bataryanın durumu hakkında fikir sahibi olmak veya karar verebilmek için arj ve
salamlık durumunu bilmek ve D’nu bu parametrelere göre deerlendirmek
gerekmektedir. Bu nedenle durum deerlendirmede D ve SD’nun belirlenmesi,
arıza durumlarının ortaya çıkartılması için ayrı bir öneme sahiptir.
D’ndaki deiiklikler, tersinir deiikliklerdir. Batarya kullanıldıktan sonra, tekrar
uygun bir ekilde arj edildiinde, faydalı kapasite, iç direnç, açık devre gerilimi ve
gaz oluumu olumlu yönde deiiklik gösterir. Bu parametrelerde tersinmez
deiimler olutuu takdirde batarya SD’nda olumsuz gelimeler olur ve bununla
birlikte, levsellik Durumu’ndaki düü nedeni ile bataryanın durumu “Y”
olmaktan çıkar ve “ARIZALI” konuma düer [39, 40].
Literatürde aırı dearj durumundaki Li-iyon hücrelerde, hücre uç gerilimi 1.5V un
altına indii zaman bakır akım taıyıcıdan Cu+2 iyonlarının anodik çözülme ile açıa
meydana geldii ve bu iyonların seperatör malzemede bakır öntler meydana
getirdii belirtilmitir. Aynı durumun aırı dearj durumunda pilin kutup deitirmesi
durumunda da meydana gelebilecei belirtilmitir. Bir baka yan etki ise bu Cu+2
iyonlarının anotta Li ile alaım meydana getirerek dendrit oluturmasıdır. Dendrit
oluumu ile seperatör malzemenin delinerek iç kısa devre oluturarak arıza meydana
getirme olasılıı oldukça yüksektir. Bu durum sıcaklıa ve aırı arja karı pilin
direncini düürerek hassasiyet yaratabilmektedir. Li-iyon hücrelerde uç geriliminin
20
2.0V ve 0.5V arasında bir deer ile aırı dearj edilmesi durumunda %25 e varan
kalıcı kapasite kayıplarının meydana geldii gözlemlenmitir [41,42].
Bununla birlikte aırı durumlarda, katot malzemesi olarak LiCoO2 kullanılan
hücrelerin aykırı çalıma koullarında oldukça hassas ısıl ve kimyasal karakteristik
göstedikleri belirtilmitir. Bu nedenle aırı arj durumunda katotta geri döndürülemez
etkileri aktif madde kaybı olarak gözlemlemek mümkündür. Bu aktif madde kapasite
kaybına yol açacaı gibi, lityum kaybı ve grafit katman yapının bozulması olarak
gözlemlenmektedir [41, 43].
Kapasite kaybı, zaman geçtikçe pilin dearj kapasitedesindeki düüü ifade
etmektedir. Pil aktif halde deilken de kapasite kaybı devam etmektedir. Bu kayıp pil
için tanımlanan kullanım ömrü ve çevrim ömrü boyunca oluur. Kapasite kaybı
tersinir veya tersinmez özellikler taımaktadır. Tersinir özelliklerde kapasite kaybı
kendinden dearj olarak tanımlanmaktadır. Bu kayıp, pil tekrar arj edildiinde
giderilebilir. Tersinmez deiiklikler ise pilin kapasite oranını kaybı ile dorudan
orantılıdır ve pilin salamlık durumu ile ilgilidir. Uygulamaya kabul edilebilir
kapasite kaybı seviyeleri deiiklik göstermektedir. Örnein cep telefonu, bilgisayar
gibi elektronik cihazlar için pil kapasite kaybı 2 yıl içerisinde anma deerin %20’si
kabul edilebilir bir seviyedir. Bir uydu uygulamasında ise bu kapasite kaybı
seviyesine gelmek için 18 yıl kabul edilebilir bir seviye olmaktadır. Pil üreticilerinin
ürün veri çizelgeleri dahil birçok teknik literatür ve dökümanda kapasite kaybı iki
ekilde karakterize edilmitir. Bunlardan biri hücre empedansındaki artı, dieri ise
hücre kapasitesindeki azalmadır. Empedans artıının pozitif ve negatif elektrotlarda
meydana geldii, bununla birlikte kapasite kaybının genellikle negatif elektrot
üzerindeki KEG artıı nedeni meydana geldii belirtilmitir [44].
Empedans spektroskopisi, farklı yalanma mekanizmaları hakkında bilgi
salayabildii için arj edilebilir pillerin yalanma etkilerini anlık olarak
inceleyebilmek için en salıklı yöntemlerden biridir. Bununla birlikte empedans
spektroskopisini sahada uygulamak için gerekli olan cihaz altyapısı düünüldüünde
pratik olmadıı söylenebilir. Li iyon hücrelerin kullanım ömürleri ortalama 2-4 yıl
arasındadır. Li-iyon pillerde geri döndürülemez deiikliklerin temel nedenlerinden
biri negatif karbon yüzeyi üzerinde oluan KEG yüzey filmidir.
21
Li-iyon hücrelerde aırı arj ve aırı dearj durumlarında karılalan genel durum
elektrolitin çözünmesidir. Bununla birlikte elektrolit iletkenlii dümekle birlikte, iç
dirençte artı gözlemlenir. Karbon temelli negatif elektrotlarda KEG yüzey filminin
olutuu gözlemlenmektedir. Ayrıca lityumun grafit katmanlara geçii sırasında ilave
bir KEG yüzeyin olutuu görülmütür. Bu yüzey filminin gerilmesi ile parçalanması
neticesinde oluan deiikler bir dizi kimyasal reaksiyon meydana getirerek
dengelenir ve bu esnada Li iyonlarının bir kısmı geri döndürülemeyecek ekilde
buralarda balanırlar. Bunun sonucunda hücrede iletimde bulunan Li iyonlarının bir
kısmının buralarda balanmasıyla geri dördürülemez kapasite kayıplarına yol açarlar.
Negatif elektrodun lityum metal malzemeden oluması durumunda dendrit oluumu
gözlemlenebildii gibi bunun sonucunda kendinden dearj miktarında artı meydana
gelmektedir. Ayrıca bu durum iç kısa devre oluma olasılıını artıran unsurlardan
biridir. Pozitif elektrot için kullanılan malzemelerden en yaygın olanı LiCoO2 dir. Bu
malzeme hücre gerilimi 4.35V u geçtii zaman çözünmeye balamaktadır. Bu
çözülme neticesinde geri döndürülemez etkiler meydana gelmektedir. Hücre ısıl
olarak kontrolden çıkabilmektedir. Bu tip elektrotlarda ileri çevrim sayılarında arj
transfer direncinin artması sonucu görülebilir [45, 46]. Bir çok uygulamaya ve
batarya tipine göre arızalar aaıdaki ekilde sınıflandırılabilir [39,40]:
Efektif kapasitenin kaybedilmesi: bataryalarda efektif kapasitenin belli bir oranda
kaybedilmesi, aktif maddenin kaybolması ve aktif kütlenin iletkenliinin azalması ile
meydana gelebilmektedir. Genelde bir hücre nominal kapasitesinin %80 ini yitirdii
zaman efektif kapasini kaybetmi kabul edilmektedir.
ç dirençin artması: bataryalarda aktif güç kaybına sebebiyet verecek ekilde iç
dirençin artmasıdır. Elektrolit kaybı ve aktif yüzey kaybının azalması ile meydana
gelebilmektedir.
Kendiliin dearjın artması: bataryalarda kendiliinden dearj miktarının artı
göstermesinin sebebi plakalar arasında oluan dendritler ve elektrolitin
zehirlenmesidir.
ç kısa devre oluumu: plakalar arasında dedritlerin oluması ileri safhada olduu
takdirde iç kısa devreye sebebiyet verebilmektedir.
Hücre açık devre davranıı: hücrenin açık devre davranı sebebi olarak grid (akım
taıyıcı) korozyonu ve pasifleme gösterilebilir.
22
23
3 . HÜCRE MODELLER
Bataryalar çeitli elektrokimyasal ve fiziksel ilemler içerisinde etkileim
gösterdikleri için davranıları oldukça karmaık bir yapı göstermektedir. Bu nedenle
Batarya davranılarını irdelemek ve durum deerlendirmesi yapabilmek için
inceleme kriterlerine göre bataryanın modelinin oluturulması gerekmektedir. arj
edilebilir pillerin modellemesi için genel yaklaım batarya içerisinde ve ortamında
meydana gelen fiziksel ve elektrokimyasal olayların matemetiksel tanımlar ile ifade
edilmesidir. Genel olarak batarya modelleri aaıdaki özellikler altında
toplanabilmektedir [25]:
Lineer pasif elemanlardan oluan devre modelleri: bu devrelerde direnç, kapasite,
endüktans gibi devre elemanları olmakla birlikte empedans ile ilgili çalımalarda
yaygın olarak kullanılmaktadır. Devrenin basit olması ilem açısından avantaj getirse
de, bataryanın non-lineer yapısı ve davranıları hakkında ifadeler ile
desteklenmelidir.
Lineer pasif elemanlar ve güç kaynaklarından oluan devre modelleri: bu modellerde
veri çizelgeleri büyük önem taımaktadır. Salıklı veri elde edebilme ve doru veri
çizelgelerinin oluturulması ile birlikte daha hassas modeller oluturmak
mümkündür.
Elektriksel, kimyasal ve fiziksel parametrelerin incelendii batarya modelleri:
birbirinden farklı disiplinlerde ve karmaık yapıda oluan bu modelin kullanımı, ilk
iki model tipine göre oldukça enderdir. Bu modelde elektriksel, kimyasal ve fiziksel
davranılar irdelenerek batarya modeli oluturulmadır.
3.1 Elektrokimyasal Modeller
Elektrokimyasal sistem dinamiklerinin incelenebilmesi için bataryayı
elektrokimyasal yöntemler ile elde edilebilir deerler ile ifade edebilecek model ve
edeer devrenin oluturulması ile durum deerlendirilmesi uygun görülmektedir.
Bir batarya sisteminin elektriksel davranıını ve performansının irdelenebilmesi için
elektriksel olarak ölçülebilen parametreler ile edeer devresinin modellenmesi
24
gerekmektedir. Elde edilen sistem modelinin gerçek deerler ile kalibre edilmesi ve
dorulanmasına yönelik çalımalar mevcuttur. Bu çalımalarda devre modelleri
MATLAB/Simulink tabanlı modeller olmakla birlikte parametrik ölçümler için
gerekli yazılım ve donanım ürünlerinin bulunması gerekmektedir [47].
Literatürde en yaygın olarak kullanılan batarya hücresi empedans modeli ekil 3.1
deki gibidir [20].
ekil 3.1 : Batarya hücresi empedans modeli.
RhfZnZpZhücre ++= (3.1)
Parametreler:
Lp : pozitif elektrot endüktansı
Cdl,p : pozitif elektrot çft katman kapasitesi (double layer)
Rct, p : pozitif elektrot arj transferi direnci
Zw,p : pozitif warbung empedansı (iyon difuzyonu)
Rhf : yüksek frekans direnci (mohm mertebesinde, 100 Hz den yüksek
empedanslardaki reel kısım)
Ln : negatif elektrot endüktansı
Cdl,n : negatif elektrot çift katman kapasitesi (double layer)
Rct, n : negatif elektrot arj transferi direnci
Zw,n : negatif warbung empedansı (iyon difuzyonu)
Li-iyon hücreler ve süperkapasitör hücrelerin benzetim çalımalarında kullanılmak
üzere modellenebilmesi için devre modeli parametrelerinin atanması gerekmektedir.
EES yöntemi ile farklı frekansta ac iaretler ile elde edilen cevaplar farklı kinetik
adımlardan olumaktadır. Bu yöntemde ufak bir ac akım hücre kutuplarından
gönderilerek gerilim cevabı irdelenir. aret frekansı deitirilerek elde edilen
25
Nyquist diyagramından devre elemanları hesaplanarak benzetim için model elde
edilebilmektedir [48].
3.2 Birletirilmi Hücre Modeli
Hücrede negatif ve pozitif elektrotların ayrı ayrı parametrelerle incelemesi için yarı
hücre test yöntemleri kullanılmaktadır. Hücre bütünlüünü bozmadan parametrik
analiz yapabilmek için hücreyi, bütün (birletirilmi) olarak analiz etmek
gerekmektedir. Hücre bütünselliini bozmadan ekil 3.2 de görüldüü biçim de
hücre modellemesi, yaygın olarak kullanılmaktadır.
ekil 3.2 : Birletirilmi hücre modeli.
Bu modele göre Uk elektrotlar üzerindeki kinetik gerilim düümleri toplamı, Ud ise
difüzyondan dolayı meydana gelen gerilim düümleridir. U ise bataryanın toplam
seri direncinin yarattıı omik gerilim düümüdür. Bu gerilim düümlerinin yönleri
Ibat batarya akımının yönüne göre deiiklik göstermektedir. Hücre akım deerinde
oluacak deiiklikler kinetik ve difüzyon gerilim düümlerinde deiiklie sebep
olacaklarıdır. Bu deiikliklerin süreleri RC devrelerinden (RdCd ve RkCk) gelen
zaman sabitleri tarafından belirlenmektedir.
Rd ve Rk bataryanın arj ve depolama süresi ve yalanma gibi genel durumu
hakkında bilgi vermektedir. R ise bataryanın elektrotlar, elektrolit ve toplam seri
direncini göstermektedir. bir baka deyile, devre üzerindeki tüm gerilim düümleri
birçok deiken durumun göstergesidir [2, 25].
3.3 EES Deneysel Yöntemi ile Model Karakteristiklerinin Çıkartılması
Batarayların kinetik karakteristiklerinin ortaya çıkartılması amacı ile kullanılan
elektriokimyasal yöntemlerden biri EES yöntemidir. Yöntem, yarı hücre
26
karakteristiklerinin irdelenmesi amacı ile uygulanabildii gibi, hücre bütünsellii
bozulmadan, bütünleik hücrelerin karakterizasyonu içinde kullanılabilir.
Elektrokimyasal hücrenin pozitif ve negatif elektrotları arasına, arj ve dearj ilemi
balatmayacak genlik boyutunda (genelde bataryalar için 10mV) alternatif gerilim
iaretleri uygulanır. Belirli frekans spektrumunda uygulanan bu gerilimler, hücrede
küçük akımlar meydana getirerek, her bir frekansa ait empedans deerlerini
oluturmaktadırlar. EES si elektrokimyasal sistemler hakkında kinetik ve mekanistik
olarak doru sonuçlar vermektedir. Bu nedenle korozyon, bataryalar, elektrosentez
ve elektrokaplama gibi birçok alanda kullanılmaktadır.
Empedans spektroskopisi, batarya türlerine göre farklılık göstermeklebirlikte, arj
durumu seviyesindeki deiiklik, elektrotlitin mikro yapısı ve dokusu, elektrotların
yapısına göre deiiklik göstermektedir [42]. Bu nedenle eit arj seviyelerinde ve
aynı elektrokimyasal yapıya sahip edeer hücrelerde, empedans spektroskopisinin
farklılık göstermesi, hücre içi kinetik ve mekanistik deiiklikler (kütle transferleri,
kimyasal reaksiyon oranları, korozyon oluumları, mikroyapı deformasyonları,
dielektrik özellikler gibi) olduunun göstergesi olarak kabul edilebilir. Tüm bu
alanlardaki performansı derinlemesine inceleyebilmek için EES yöntemi ile
parametrik analiz yapılarak devre çözümlerine gidilmektedir.
3.4 EES ile Elde Edilen Bölgelerin Tanımlanması
EES yöntemi, omik bir test yöntemi olup, hücrede pozitif ve negatif elektrotlar
arsında iaret gönderilerek uygulanmaktadır. Bu iaret, gerilim iareti olabildii gibi
akım iareti de olabilir. Yöntem, belli bir frekans aralıında hücre empedansı
taranarak kinetik davranıların incelenmesinde yaygın olarak kullanılır. EES
yönteminde çoklu ve tekli sinüs seçenekleri olup, bu çalımada her bir frekansın sıra
ile gönderilip cevabının Nyquist grafiinde gösterildii “tekli sinüs” seçenei
kullanılmıtır. Empedans ölçümlerinde kullanılan frekans aralıı 5kHz ile 5mHz
arasında, logaritmik olarak 40 deer ölçekli alınmıtır. Elde edilen empedans
deerleri A=1 cm2 lik elektrot yüzey alanına karılık gelen empedans deerleridir.
Katı elektrolitli elektrokimyasal hücreler için frekanslara balı olarak deien
empedans deerlerinin, kinetik davranıın hangi aamasına denk geldii genel
ifadeler ile ekil 3.3’te, iyonik iletim ise ekil 3.4’te gösterilmitir [21].
27
Bu çalımada, ölçüm alınan 5 kHz – 5mhz ölçüm aralıında karımıza çıkan
empedans deerleri ile, izolasyon katmanı, arj transferi ve difüzyon bölgelerindeki
kinetik deiikler görülmektedir.
ekil 3.3 : Elektrokimyasal süreçlerin EES de daılımı.
ekil 3.4 : yonik iletim.
3.5 EES ile Randles Edeer Devresi Parametrelerinin Elde Edilmesi
EES ile belirli bir frekansta gerçekletirilen tarama sonucunda, herbir frekans
deerine karılık empedans deerleri elde edilmektedir. Kinetik adımların hızları
28
birbirlerinden farklı olduu durumlarda herbir frekansta farklı bir hızda davranı elde
edilir. Bu durum, R ve C elemanlarından oluan devrelerde farklı zaman sabitlerinin
olumasına sebebiyet vermektedir. ekil 3.5 te bir Nyquist diyagramında kinetik
kontrol bölgesi ile kütle transferi kontrol bölgesi gösterilmitir.
ekil 3.5 : Kinetik ve kütle transeri kontrol bölgeleri.
Randles tarafından önerilen ve yaygın olarak kullanılan klasik hücre modeli, ekil
3.6’daki gibidir [50].
ekil 3.6 : Klasik (Randles) edeer devre empedans modeli.
Elektrolit Direnci (Ro): Çözelti direnci elektrokimyasal hücrenin empedansında
önemli bir faktördür. yonik bir çözeltinin direnci iyonik konsantrasyona, iyon tipine,
sıcaklıa ve akım taıyan geometrik alana balı olarak deimektedir.
Çift Tabaka Kapasitesi (Cdl): Elektriksel çift tabaka kapasitesi, elektrot ile onu
çevreleyen elektrolit arayüzünde olumaktadır. Bu çift tabaka kapasitesi çözeltiden
elektrot yüzeyine doru olumaktadır [25-27].
29
Polarizasyon Direnci (Rct): Eer bir elektrodun potansiyel deeri açık devre
potansiyelinden farklı bir deere gelmeye zorlanırsa elektrot polarize olur. Bir
elektrot polarize olduunda ise akım elektrot yüzeyinde akar. Bir hücre içinde
elektrot açık devre potansiyelinde korozyona uruyorsa potansiyel iki
elektrokimyasal yarı hücre reaksiyonu arasındaki denge ile kontrol edilmektedir.
Bunlardan biri anodik dieri ise katodik akımdır. Açık devre potansiyeli anodik ve
katodik akımların eitlendii yerde sonlanmaktadır. Her bir reaksiyon için akım
deeri korozyon akımı olarak bilinmekte ve yeni bir parametre olan polarizasyon
direnci (Rct) ortaya çıkmaktadır.
Difüzyon, Warburg Empeansı (Zw): Difüzyon, Warburg empedansı olarak bilinen
empedansı meydana getirmektedir. Bu empedans deeri potansiyel bozulması
frekansına balı olarak deimektedir. Yüksek frekanslarda Warburg empedansı
küçüktür çünkü difüzyon tanecikleri çok uzaa doru hareket edemezler. Düük
frekanslarda ise tanecikler daha uzaa difüze olduklarından dolayı Warburg
empedansları artmaktadır [22, 23]. EES’si yöntemi ile elde edilen Nyquist
diyagramlarından ekil 3.7’de gösterilen noktalar ile parametreler çıkartılabilir.
ekil 3.7 : Nyquist diyagramı ile parametrik analiz.
Ro’ın hesaplanması: Ro, Nyquist diyagramında yüksek frekans bölgesinde,
empedans deiim grafiinin reel ekseni kestii bölgedir. Bu bölgede imajiner deer
sıfır olduundan;
jXcRZ += (3.2)
denkleminde,
30
0=jXc (3.3)
RoZ = (3.4)
elde edilir.
Cdl’nin hesaplanması: Nyquist diyagramında dairesel yapının tepe noktasında, elde
edilen en yüksek imajiner empedans deeri (3.5) de verilen açısal frekans ile;
fπω 2= (3.5)
CdlXc
ω1= (3.6)
ω.XcCdl = (3.7)
elde edilir.
Rct’nin hesaplanması: Polarizasyon direnci, Nyquist diyagramında yarı dairenin
alçak frekans bölgesinde imajiner deerin sıfır olduu bölgededir. Bu noktadaki
toplam empedans deeri imajiner deer olmadıı için omik bir deerdir. Bu deerden
Ro deeri çıkartılarak Rct polarizasyon direnci;
RctRoZ += (3.8)
RoZRct −= (3.9)
elde edilir.
Zw’un hesaplanması: Difüzyonu belirten Warburg empedansı, Nyquist diyagramının
düük frekans bölgesinde görülen, hücre içinde kütle transferine karılık gelmektedir.
Zw, Düük frekansta imajiner empedans bileeninin reel bileene oranı olarak
hesaplanır. Dorusal bölgenin eimidir ().
ZreZim
Zw = (3.10)
31
4 . DENEYSEL ÇALIMA
Deneysel çalımalar ile, çeitli arıza durumlarını meydana getirerek inceleme
gerçekletirilebilmesi için bir dizi hücre testi planlanmıtır. Bu hücre testlerinin
gerçekletirilmesindeki amaç, bir hücrenin;
1) Normal çalıma koullarına göre parametrik deiimlerinin incelenmesi,
2) Aırı dearj edildii çalıma koullarına göre parametrik deiikliklerin
incelenmesi,
3) Aırı arj durumlarındaki çalıma koullarına göre parametrik deiimlerin
incelenmesidir.
Buradaki parametrik deiimler, hücrelerin Randles edeer devresine göre
hesaplanan parametrelerin deiimleridir.
4.1 Deney Altyapısı
Tüm deneyler, TÜBTAK Marmara Aratırma Merkezi Enerji Enstitüsü Batarya
Aratırmaları Laboratuvarı’nda gerçekletirilmitir. Bu laboratuvarda kullanılan tüm
cihazlar, kalite sistemi gerei, belirli dönemlerde kalibre edilmekte, bakım ve
onarımları yetkili servislerince salanmaktadır. Laboratuvar aynı zamanda bu
cihazlar ile endüstriyel hizmetler vermekte ve sanayinin ithiyacı olan teknik destei
Ar-Ge projeleri ile gerçekletirmektedir. Deneylerde temelde, standart
ekipmanlardan farklı olarak iki adet cihaz kullanılmıtır. Bunlardan biri batarya test
sistemi (ekil 4.1) dir. Batarya test sisteminde hücrelerin çevrim, arj, dearj
prosedürleri için özel yazılım programı ile programlanarak, test prosedürleri
oluturulmutur. Bu test sisteminde kullanılan kanalların gerilim sınırı en fazla 20V,
akım sınırı ise 3A seviyelerindedir.
32
ekil 4.1 : Batarya test sistemi.
Deney altyapısı olarak kullanılan bir dier cihaz ise potansiyostat/galvanostat
elektrokimyasal test cihazıdır. Bu cihaz ile batarya test sisteminde ileme tabi tutulan
hücreler, testler öncesinde ve sonrasında randles edeer devresi’nin parametrelerinin
çıkartılması için kullanılmıtır. Devre parametreleri çıkartılırken, tekli sinüs dalgalı
EES’si kullanılmıtır. Cihazın 1Mhz ile 1 Hz arasında, güç kaynaı ile birlikte,
10V ile 20A arasında akım/gerilim iareti oluturabilme ve bu iaretleri hücre/yarı
hücre testleri için programlayabilme özellii vardır. ekil 4.2 de cihaz ve güç
kaynaı gösterilmitir.
ekil 4.2 : Potansiyostat/galvanostat ve güc kaynaı.
Her iki cihaz da bilgisayar arayüzü ile kontrol ve kumanda edilmektedir. batarya test
sisteminin yazılımı BaSyTec ©, potansiyostat/galvanostat test sisteminin yazılımı ise
PARSTAT Power Sine © dır. Testler bu yazılım programları ile organize edilmi ve
gerçeklenmitir. Arıza çeitlerini sınıflandırabilmek için, arıza durumlarının
parametrelerinin ölçülebildii bir test düzenei kurulmutur. Bu düzenek ile, arıza
öncesi parametrik deiimlerin takibi yapılabilmekte ve bilgisayar ortamında veri
olarak saklanabilmektedir. Test düzenei balantı eması ekil 4.3 deki gibidir.
33
ekil 4.3 : Test düzenei balantı eması.
Bir bilgisayar yardımı ile, batarya test sistemi ve potansiyostat/galvanostat test
sistemi kontrol edilmi, elde edilen tüm veriler, hücrelerin üzerlerindeki üretim seri
numaralarının son üç rakamına göre kodlanarak tasnif edilmitir. Düzenli aralıklar ile
elde edilen verilerin depolanması gerçekletirilmitir.
4.2 Deneylerde kullanılan Li- iyon Polimer Hücreler
arj ve dearj karakteristiklerinin incelenecei hücreler, KOKAM firmasının SLPB
526495 tipindeki Li-iyon polimer hücrelerdir. Bu hücrelere ait teknik veriler Çizelge
4.1’de verilmitir. Bu hücreler, aynı zamanda rafta hazır olarak satılan ve hücre
olarak tedarik edilebilen hücrelerdir. Birçok üretici firma, ürünlerini batarya haline
getirerek yüksek kar marjları ile satı gerçekletirmeyi tercih etmektedir. KOKAM,
sadece hücre olarak satı gerçekletiren üreticilerden biridir. Teknolojik olarak
pazardaki konumu ve yüksek enerji ve güç younlukları nedeni ile tercih edilen bu
hücrelerin birim fiyatı 100 ABD doları seviyelerindedir. Günümüz artlarında bir
elektrikli ya da hibrid elektrikli araç için bu tip hücrelerden olumu bir bataryanın
satı bedeli, 50 ile 100 bin ABD doları seviyelerindedir. Böylesi maliyetli sistemlerin
olası arızalarını incelemek güvenlik gerekçeleri ile birlikte bu açıdan da kritik önem
arz etmektedir [36].
34
Çizelge 4.1 : KOKAM SLPB 526495 Li-iyon polimer hücre teknik çizelgesi.
Tipik Kapasite (C5)
(0.5C ile dearj, 4.2~2.7V @ 25°C) 3.3Ah
Nominal Gerilim 3.7V
Maksimum Akım 3.3A arj Koulları
Maksimum Gerilim 4.2V
Sürekli Dearj Akımı 6.6A
Akım Tepe Deeri 16.5A Dearj Koulları
Kesme Gerilimi 2.7V
Çevrim Ömrü >500 çevrim
arj durumu 0~40°C Çalıma Sıcaklıı
Dearj durumu -20~40°C
Kalınlık 5.4 mm
Gemilik 64 mm Boyutlar
Uzunluk 95 mm
Üretici firma tarafından bu hücreler için önerilen arj yöntemi SA-SG arj
yöntemidir. Bu arj yöntemi iki aamalı olup, 1. aamada hücre arj akımı sabit
tutulur ve hücre geriliminin maksimum hücre gerilimi seviyesine ulaması beklenir.
Bu deere ulaılınca 2. aamaya geçilir ve maksimum hücre gerilimi sabit tutularak,
hücre arj akımı genelde (1/20)C akım deerine düünceye kadar arj ilemi devam
eder, bu deere eriilince arj ilemi sona erdilir.
KOKAM SLPB 526495 tipi hücreler için bu deerler;
I. Aama arj ilemi için maksimum 3.3A (I arj =3A, cihaz limiti) ile 4.2V a
eriilinceye kadardır (Tsa arj). Bu esnada, hücre ısıl olarak da zorlanmadan
kapasitesinde akım ile arj edilmitir.
II. Aama arj ilemi 4.2V sabit gerilim ile akım deeri 0.165A e düünceye
kadardır (Tarj). Hücre maksimum gerilimi, izolasyonu zorlayan bir
parametredir. Bu nedenle hücrelerin arjı esnasında gerilime sınır konması
tercih edilmektedir. Bir önceki aamada, hücre için C5 anma akımına göre bir
akım ile arj ilemi olduundan, 4.2V gerilime ulaılmı, ve bu aamaya
geçilmitir. Gerilimin sabit tutulması ile hücre üzerinden geçen arj akımı
kabul edilebilir bir minimum bir seviyeye indii zaman-ki bu deer Li temelli
35
hücreler için genelde C10, C20 gibi bir deer kabul edilir [25]- arj ilemi
tamamlanmı sayılır.
ekil 4.4’te testlerde kullanılan Li-iyon polimer hücreler, ekil 4.5 te bu hücre arjı
için oluturulmu SA-SG arj prosedürü gösterilmektedir. Bu art yöntemi baarı ile
uygulanması durumunda, hücrenin D nın (doluluk orarının) % 100 olduu kabul
edilmitir.
ekil 4.4 : Testlerde kullanılan Li-iyon polimer hücrelerden ikisi.
ekil 4.5 : SA-SG arj prosedürü.
Test sistemi ile hücrelere uygulanan bu arj yönteminin bir hücre üzerinde
oluturduu akım ve gerilim grafii ekil 4.6’da verilmitir.
36
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2
Süre[h]
I[A
] U
[V]
U[V] I[A]
ekil 4.6 : SA-SG arj ilemi için akım gerilim erileri.
4.3 Hücre artlandırma Prosedürü
Tüm test edilecek hücreler, kendiliinden dearj, farklık formasyon arjları gibi
ilemlerden dolayı oluabilecek dengesizlikleri gidermek için testlerden önce
artlandırmaya tabi tutulmulardır. Bu artlandırma için 5 çevrim yarı yükte dearj ve
bunun ardından SA-SG arj ilemi uygun görülmütür. Böylelikle testlere
balamadan önce hücrelerin arj durumlarının eitlenmesi salanmıtır. ekil 4.7 de
hücre artlandırma test prosedürü verilmitir. Hücrelerin artlandırılması, her bir
hücre için bir günden fazla sürmütür.
37
ekil 4.7 : Hücre artlandırma prosedürü.
Test sistemi ile hücrelere uygulanan bu artlandırma test prosedürünün bir hücre
üzerinde oluturduu akım ve gerilim grafii ekil 4.8’de verilmitir.
-2
-1
0
1
2
3
4
5
0 5 10 15 20 25 30
Süre [h]
I[A
] U
[V]
U[V] I[A]
ekil 4.8 : artlandırmanın oluturduu akım ve gerilim grafikleri.
38
Böylelikle test edilecek hücreler, testlerden önce artlandırılarak balangıç arj
durumları mümkün mertebe birbirlerine eitlenmitir.
4.4 Çevrim Testleri (ÇT)
Hücre çevrim testleri, hücrelerin anma deerleri ile anma sınır deerleri çerçevesinde
dolma ve boalma karakteristiklerinin ortaya çıkartılması amacı ile planlanmı ve
gerçekletirilmitir. Bu çevrimler yirmierli olarak gruplandırılmı ve her bir yirmi
çevrim sonrasında EES uygulanarak Randles edeer devresi parametreleri elde
edilmitir. Hücre çevrim testlerinde iki adet hücre kullanılmıtır. Bunlar, 222 ve 295
numaralı hücrelerdir.
4.4.1 ÇT için test prosedürü
Çevrim testleri prosedürü, hücrelerin yarı yükten az bir deer ile arj sonu gerilim
seviyesi olan 2.7V’a kadar dearj edilmesi ve tekrar SA-SG arj metodu ile arj
edilmesini içermektedir. ekil 4.9’da çevrim testleri prosedürü gösterilmektedir.
ekil 4.9 : Çevrim için test prosedürü.
Test sistemi ile hücrelere uygulanan bu artlandırma test prosedürünün bir hücre
üzerinde oluturduu akım ve gerilim grafii ekil 4.10’da verilmitir.
39
-2
-1
0
1
2
3
4
5
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Süre[h]
I[A
] U
[V]
U[V] I[A] ekil 4.10 : Çevrimin hücreler üzerinde oluturduu akım ve gerilim grafikleri.
4.5 Aırı Dearj Testleri (ADT)
Aırı dearj testleri ile hücrelerde aırı dearj test prosedürleri ile meydana
gelebilecek kinetik deiikliklerin yakalanabilmesi hedeflenmitir. Aırı dearj
testlerinde, hücre ilk önce anma deerlerinde dearj edilmitir. Daha sonra bu
noktadan itibaren dearj akımı ve arj durdurma gerilim seviyesi daha düük
seviyelere çekilerek testler devam ettirilmitir. Hücreler bir miktar bu düük arj ve
gerilim sayesinde bekletilerek, olası etkinin hücre üzerinde olumasına fırsat
verilmitir. Daha sonra hücre, düük bir akım seviyesi ile, anma düük gerilim
seviyesine kadar yükseltilmi ve anma deerlerinde arj ilemi balatılmıtır. Aırı
dearj testlerinde 8 adet Li-iyon polimer hücre kullanılmıtır. Bu hücrelerden 4
tanesine 6, kalan 4 üne de 12 aırı dearj test prosedürü pepee uygulanmıtır.
4.5.1 ADT için test prosedürü
Hücrelerin aırı dearj durumlarına karı gösterdikleri cevabı incelemek üzere, 4 adet
önceden artlandırılmı hücreye ekil 4.11 de gösterilen test prosedürü
uygulanmıtır. Test sistemi ile hücrelere uygulanan 6 aırı dearj ADT test
prosedürünün bir hücre üzerinde oluturduu akım ve gerilim grafii ekil 4.12’de
verilmitir.
40
ekil 4.11 : ADT test prosedürü.
Test sistemi ile hücrelere uygulanan 6 ADT test prosedürünün bir hücre üzerinde
oluturduu akım ve gerilim grafii ekil 4.12 de verilmitir.
-2
-1
0
1
2
3
4
5
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Süre[h]
I[A
] U
[V]
U[V] I[A] ekil 4.12 : 6 ADT nin hücreler üzerinde oluturduu akım ve gerilim grafikleri.
74, 76, 77 ve 78 numaralı hücrelere 12 ADT test prosedürü uygulanmıtır. Bu
prosedür ekil 4.13 de gösterilmitir.
41
ekil 4.13 : 12 ADT test prosedürü.
Test sistemi ile hücrelere uygulanan 12 ADT test prosedürünün bir hücre üzerinde
oluturduu akım ve gerilim grafii ekil 4.14’te verilmitir.
-2
-1
0
1
2
3
4
5
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Süre[h]
I[A
] U
[V]
U[V] I[A] ekil 4.14 : 12 ADT nin hücreler üzerinde oluturduu akım ve gerilim grafikleri.
42
4.6 Aırı arj Testleri (AT)
Aırı arj ileminin Li-iyon polimer hücreler üzerinde etkisini incelemek için 8 adet
hücreye Aırı arj test prosedürü uygulanmıtır.
Bu hücreler, 179, 469, 209 ve 210 1 ve 2 saatlik Arı arj, 231, 232, 238 ve 239 3
saatlik aırı dearj olmak üzere gruplandırılmıtır. 1 saatlik aırı arj edilen ilk 4
hücrelik grup, 1 saat kadar bu arj seviyesinde bekletilerek, üzerine yüklenene aırı
arj seviyesi düürülmü ve EES’ne tabi tutulamulardır. Böylelikte 1 saatlik
bozulmanın etkisinin incelenmesi gerçekletirilmitir. Etkiler yorumlanarak, aynı
hücrelere 2 saatlik, 01C seyisinde bir aırı arj uygulanmı ve dinlendirme fazından
sonra yüklenen aırı arj dearj edilmi, hücreler EES’ne alınmılarıdır. Son olarak
ikinci 4 lü grup 3 saatlik ve 01C lik bir aırı arja tabi tutulmu ve dinlendirilmi,
daha sonra dearj edilmitir. Test balangıcı ve bitilerinde Randles devresi
parametreleri elde edilerek deiiklikler sınıflandırılmıtır.
4.6.1 AT için test prosedürü
Hücrelere uygulanan 1 saatlik ve 01C, 330mA lik aırı arj test prosedürü ekil
4.15’de gösterildii gibidir.
ekil 4.15 : 1h 01C aırı arj prosedürü.
Test sistemi ile hücrelere uygulanan 1h 01C aırı arj test prosedürünün bir hücre
üzerinde oluturduu akım ve gerilim grafii ekil 4.16’da verilmitir.
43
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4
Süre[h]
I[A
] U
[V]
U[V] I[A] ekil 4.16 : 1h01C AT nin hücre akım ve gerilim grafikleri.
ekil 4.17 : 2h 01C aırı arj prosedürü.
Test sistemi ile hücrelere uygulanan 2h 01C aırı arj test prosedürünün bir hücre
üzerinde oluturduu akım ve gerilim grafii ekil 4.18’de verilmitir.
44
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
0 0,5 1 1,5 2 2,5
Süre[h]
I[A
] U
[V]
U[V] I[A] ekil 4.18 : 2h01C AT nin hücre akım ve gerilim grafikleri.
ekil 4.19 : 3h 01C aırı arj prosedürü.
Test sistemi ile hücrelere uygulanan 3h 01C aırı arj test prosedürünün bir hücre
üzerinde oluturduu akım ve gerilim grafii ekil 4.20’de verilmitir.
45
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Süre[h]
I[A
] U
[V]
U[V] I[A] ekil 4.20 : 3h 01C AT test prosedürünün hücrel akım ve gerilim grafikleri.
4.7 Deneysel Bulgular
Test sonuçları deerlendirilirken, hücrelerin elektrokimyasal empedans yöntemi ile
elde edilen Nyquist erilerinden yararlanılmıtır. Randles edeer devresi
elemanlarından Elektrolit direnci (Ro), Çift tabaka kapasitesi (Cdl) ve Polarizasyon
direnci (Rct) parametreleri deiimi de hücre salamlık durumu sınıflandırılması için
deerlendirmeye alınmıtır. Bununla birlikte gelitirilen devre modeli (ekil 4.21)
ile hücrelerin arıza tanısı ve pil salamlık durumlarının daha iyi yansıtlacaı
görülmütür.
ekil 4.21 : Arıza tanısı için önerilen devre modeli.
46
Arıza tiplerine göre devre elemanlarında oluan deiiklikler ve kıyaslamaları
Çizelge 4.2 de gösterilmitir.
Çizelge 4.2 : Devrelere göre dahil olan devre elemanları.
Ro Ros Rct Rcts Rctp Cdl Cdls Cdlp
Randles Edeer Devresi x -- x -- -- x -- --
Arıza Tanısı Devre Modeli x x x x x x x x
Hücre Çevrimi Devresi x -- x x -- x x --
Aırı Dearj Devresi x x x -- x x -- x
Aırı arj Devresi x x x x -- x x --
4.7.1 Çevrim testleri sonuçları
Gerçekletirilen çevrimlerin neticesinde, klasik devre modelinin geçerli olduu, Ro
elektrolit direncinde belirgin bir deiim olmadıı gözlemlenmitir. Bununla beraber,
40 ıncı çevrimden sonra polarizasyon direnci Rct nin balangıç deerine göre az
arttıı ve bunun ancak ilave bir “Rcts” devre elemanının Rct ye seri olarak
balanması ile meydana gelebilecei sonucuna varılmıtır.
Çift tabaka kapasitesi Cdl nin ise azaldıı görülmü, devreye “Cdls” devre
elemanının Cdl ye seri olarak balanması neticesinde modelin geçerli olacaı
sonucuna varılmıtır (ekil 4.22).
ekil 4.22 : Anma deerlerde hücre çevriminin hücre edeer devresine etkisi.
47
4.7.2 Aırı dearj testleri sonuçları
Aırı dearj testleri sonuçlarında, Ro elektrolit direncinde bir artı gözlemlenmi ve
bu artı ilave bir “Ros” direncinin devreye eklenmesi ile açıklanmıtır (ekil 4.23).
Ayrıca Cdl çift tabaka kapasitesinde artı meydana gelmitir. Bu artı devre üzerinde
Cdl kapasitesine ilave bir “Cdlp” kapasitesinin paralel olarak balanması ile
tanımlanmıtır. Rct polarizasyon direnci elemanına paralel olarak balanan bir
“Rctp” elemanı ile Rct nin dümesi, aırı dearj testlerine özgü bir sonuç olarak
karımıza çıkmaktadır.
ekil 4.23 : Aırı dearjın hücre edeer devresine etkisi.
ekil 4.24 te I noktasında Ro, II noktasında Cdl ve III noktasında Rct deerleri
hesaplanmaktadır. Bu noktalar Ro için 2.46 kHz, Cdl için 71,3 Hz ve Rct için 713 Hz
te elde edilmitir.
ekil 4.24 : Hücre testleri ve aırı dearj testleri için örnek Nyquist diyagramı.
-5
0
5
10
15
15 20 25 30 35 40 45
Z re [mohm]
Z im
[moh
m]
I
II
III
48
4.7.3 Aırı arj testleri sonuçları
Gerçekletirilen aırı arj testleri neticesinde, klasik devre modelinin yeterli olmadıı
ve 01C ile 2 saati geçen aırı arj durumlarında yeni bir yarı çemberin olutuu
görülmütür. Ro elektrolit direncine bir “Ros” elemanının seri olarak devreye
eklenmesiyle artı gösterdii gözlemlenmitir. Polarizasyon direnci Rct nin,
balangıç deerine göre arttıı ve bunun ancak ilave bir “Rcts” devre elemanının Rct
ye seri olarak balanması ile meydana gelebilecei sonucuna varılmıtır. Çift tabaka
kapasitesi Cdl nin ise belirgin olarak azaldıı görülmü, devreye “Cdls” devre
elemanının Cdl ye seri olarak balanması neticesinde modelin bu durumu yansıtacaı
sonucuna varılmıtır (ekil 4.25).
ekil 4.25 : Aırı arjın hücre edeer devresine etkisi.
Özellikle aırı arj durumlarının daha detaylı incelenmesinin düünüldüü
çalımalarda, hücre karakteristiklerinin analizi için u ana kadar incelenen Nyquist
diyagramı noktalarına (I, II ve III) ekil 4.26 da gösterilen IV ve V noktalarının da
ilave edilmesi ve devrenin daha da gelitirilmesinin çalımaya katkısı olacaı
deerlendirilmektedir.
ekil 4.26 : Aırı arj testleri için örnek Nyquist diyagramı.
-10
0
10
20
30
40
50
60
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
Z re [mohm]
Z im
[moh
m]
I
II
III
IV
V
49
ekil 4.27’de arıza durumlarına göre Nyquist diyagramlarının deiimi
gösterilmitir.
Arızalara Göre Nyquist Erileri
-10
0
10
20
30
40
50
0 20 40 60 80 100 120 140
Z re [mohm]
Z im
[moh
m]
HÇT ADT AT
ekil 4.27 : Arıza durumlarına göre Nyquist erileri.
Testler neticesinde oluturulan parametrik farklar Çizelge 4.3 te verilmitir. Bu
Çizelgede 20’er çevrim ile hücre çevrim deerleri, 6’ar çevrim aırı dearj
parametrik deiimleri ve 1 er saatlik farklar ile 01C akım seviyesinde aırı arj
ilemi neticesinde meydana gelen parametrik farklar özetlenmitir.
Çizelge 4.3 : Testler sonucu elde edilen ortalama parametrik deiimleri.
Ro Rct Cdl [mohm] [mohm] [mF] Balangıç deeri 21,36 14,38 511,37 dyeni 0,00 0,00 0,00 d20HÇ 0,42 -1,22 83,54 d40HÇ 1,57 -1,66 94,67 d60HÇ 1,85 3,55 -54,00 d80HÇ 1,67 3,45 -61,70 d6 AD -0,17 -2,18 73,30 d12 AD 5,14 -3,50 111,34 d1hA 7,16 19,05 -241,38 d2hA 9,31 21,33 -237,82 d3hA 8,11 22,71 -243,33
Hücre Çevrim Testleri için test sonuçları Çizelge 4.4 te, Aırı Dearj Testleri için test
sonuçları Çizelge 4.5 ve Çizelge 4.6 da, Aırı arj Testleri için test sonuçları ise
Çizelge 4.7, Çizelge 4.8 ve Çizelge 4.9 da özetlenmitir.
50
Çizelge 4.4 : 222 ve 295 numaralı hücreler için Hücre Çevrim Testleri öncesi ve sonrası test sonuçları.
222.0Ç 222.20Ç 222.40Ç 222.60Ç 222.80Ç
f Zre Zim Zre Zim Zre Zim Zre Zim Zre Zim [Hz] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm]
0,713 34,31 0,77 33,00 0,51 32,79 0,51 42,27 0,72 39,76 0,93
71,3 26,57 4,91 26,53 4,29 26,72 4,28 31,88 5,45 29,36 5,79
2460 18,65 -0,30 18,50 0,65 18,89 0,38 23,72 -0,22 20,65 0,53
295.0Ç 295.20Ç 295.40Ç 295.60Ç 295.80Ç
f Zre Zim Zre Zim Zre Zim Zre Zim Zre Zim [Hz] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm]
0,713 35,91 0,83 35,62 0,52 37,25 0,48 38,74 1,00 40,68 0,80
71,3 27,60 5,19 28,77 4,20 30,84 4,04 27,12 6,08 29,89 5,94
2460 19,54 -0,91 20,53 0,49 22,43 0,65 18,17 0,44 20,87 0,88
Çizelge 4.5 : 185, 186, 189 ve 190 numaralı hücreler için 6 Aırı Dearj Testi öncesi ve sonrası test sonuçları.
185.0AD 185.6AD 186.0AD 186.6AD f Zre Zim Zre Zim Zre Zim Zre Zim
[Hz] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] 0,713 37,03 0,61 35,12 0,55 36,36 0,80 31,92 0,66 71,3 28,82 4,82 29,46 4,03 28,44 4,91 26,42 4,19 2460 20,62 0,42 21,53 -0,21 20,22 0,69 19,02 0,12
189.0AD 189.6AD 190.0AD 190.6AD f Zre Zim Zre Zim Zre Zim Zre Zim
[Hz] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] 0,713 41,48 0,58 32,16 0,70 32,05 0,66 38,34 0,66 71,3 35,56 4,24 26,98 3,86 25,70 4,61 32,97 4,01 2460 27,03 0,45 19,15 0,10 17,50 0,05 25,00 0,15
Çizelge 4.6 : 74, 76, 77 ve 78 numaralı hücreler için 12 Aırı Dearj Testi öncesi ve sonrası test sonuçları.
74.0AD 74.12AD 76.0AD 76.12AD f Zre Zim Zre Zim Zre Zim Zre Zim
[Hz] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] 0,713 40,55 0,73 36,48 0,42 34,29 0,72 34,57 0,41 71,3 32,54 4,48 31,58 3,79 26,77 4,54 30,03 3,57 2460 24,42 0,52 24,25 0,59 18,45 0,16 22,41 0,58
77.0AD 77.12AD 78.0AD 78.12AD f Zre Zim Zre Zim Zre Zim Zre Zim
[Hz] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] 0,713 40,48 0,67 44,67 0,54 40,64 0,68 46,79 0,52 71,3 32,70 4,57 40,02 3,65 33,38 4,46 41,94 3,73 2460 24,98 0,61 33,18 0,58 25,46 0,20 34,03 1,04
51
Çizelge 4.7 : 179, 469, 209 ve 210 numaralı hücreler için 1 saat Aırı arj Testi öncesi ve sonrası test sonuçları.
179.0A 179.1hA 469.0A 469.1hA f Zre Zim Zre Zim Zre Zim Zre Zim
[Hz] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] 0,713 33,78 0,46 63,11 3,79 33,78 0,46 55,50 3,62 71,3 28,49 4,05 44,53 7,15 28,49 4,05 36,95 7,04 2460 20,94 0,55 30,41 2,03 20,94 0,55 23,82 1,87
209.0A 209.1hA 210.0A 210.1hA f Zre Zim Zre Zim Zre Zim Zre Zim
[Hz] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] 0,713 33,78 0,46 62,14 2,48 33,78 0,46 59,20 2,71 71,3 28,49 4,05 45,87 6,96 28,49 4,05 39,99 7,72 2460 20,94 0,55 32,49 2,33 20,94 0,55 25,66 1,85
Çizelge 4.8 : 179, 469, 209 ve 210 numaralı hücreler için 2 saat Aırı arj Testi öncesi ve sonrası test sonuçları.
179.0A 179.2hA 469.0A 469.2hA f Zre Zim Zre Zim Zre Zim Zre Zim
[Hz] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] 0,713 33,78 0,46 73,65 7,55 33,78 0,46 66,41 5,97 71,3 28,49 4,05 48,62 7,90 28,49 4,05 45,06 6,95 2460 20,94 0,55 33,74 3,05 20,94 0,55 30,68 2,75
209.0A 209.2hA 210.0A 210.2hA f Zre Zim Zre Zim Zre Zim Zre Zim
[Hz] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] 0,713 33,78 0,46 65,75 2,78 33,78 0,46 51,88 2,42 71,3 28,49 4,05 46,65 7,42 28,49 4,05 36,31 6,40 2460 20,94 0,55 32,38 2,15 20,94 0,55 23,60 1,55
Çizelge 4.9 : 231, 232, 238 ve 239 numaralı hücreler için 3 saat Aırı arj Testi öncesi ve sonrası test sonuçları.
231.0A 231.3hA 232.0A 232.3hA f Zre Zim Zre Zim Zre Zim Zre Zim
[Hz] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] 0,713 36,27 0,37 64,81 14,72 25,72 0,44 67,44 10,94 71,3 31,19 3,74 44,98 6,58 20,16 4,15 47,13 7,41 2460 23,46 0,39 30,24 2,56 12,92 0,34 31,52 3,25
238.0A 238.3hA 239.0A 239.3hA f Zre Zim Zre Zim Zre Zim Zre Zim
[Hz] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] 0,713 40,99 0,63 65,49 13,98 32,13 0,41 60,64 10,54 71,3 35,70 4,12 44,47 7,94 26,92 4,20 40,29 7,40 2460 28,00 0,93 27,96 3,54 19,40 0,52 26,49 2,85
52
4.8 Edeer Devre Parametrelerinin Deiim Fonksiyonları
Gerçekletirilen deneyler sonucunda edeer devre parametrelerinde görülen
deiimler birer fonksiyon olarak tanımlanmıtır. Bu fonksiyonlar test edilen hücre
tipi ve sayısı için geçerlidir, daha çok örnekleme ile daha detaylı fonksiyonlar elde
etmek mümkündür.
Balangıç koulları olarak bütün hücrelerin parametrelerinin aritmetik ortalaması
alınmıtır. Birim deerler olarak hesaba katılan bu deerler aaıdaki gibidir:
Ω= mRo 36,21 (4.1)
Ω= mRct 38,14 (4.2)
mFCdl 37,511= (4.3)
4.8.1 Hücre çevrim testleri ile parametrelerin deiim fonksiyonları
Anma deerlerine göre gerçekletirilen Hücre Çevrim Testleri’nin parametrelere
göre deiim grafii, ekil 4.28 de gösterilmitir.
ekil 4.28 : Hücre Çevrim Testleri neticesinde elde edilen parametrik deiiklikler.
Hücre çevrim sayısına göre Ro, Rct ve Cdl parametrelerinin deiim fonksiyonları
aaıdaki denklemlerde [(4.4a), (4.4b), (4.4c), (4.5a), (4.5b), (4.5c), (4.5d), (4.6a),
(4.6b), (4.6c), (4.6d)] verilmitir.
53
0)(% =HÇdRo 100 ≤≤ HÇ (4.4a)
2)(% =HÇdRo 3010 ≤≤ HÇ (4.4b)
8)(% =HÇdRo 8030 ≤≤ HÇ (4.4c)
0)(% =HÇdRct 100 ≤≤ HÇ (4.5a)
10)(% −=HÇdRct 4010 ≤≤ HÇ (4.5b)
10)40(75,1)(% −−= HÇHÇdRct 6040 ≤≤ HÇ (4.5c)
25)(% =HÇdRct 8060 ≤≤ HÇ (4.5d)
HÇHÇdCdl 875,0)(% = 200 ≤≤ HÇ (4.6a)
5,17)(% =HÇdCdl 4020 ≤≤ HÇ (4.6b)
5,17)40(375,1)(% +−−= HÇHÇdCdl 6040 ≤≤ HÇ (4.6c)
10)(% −=HÇdCdl 8060 ≤≤ HÇ (4.6d)
4.8.2 Aırı dearj testleri ile parametrelerin deiim fonksiyonları
Aırı dearj test prosedürlerine göre gerçekletirilen Aırı Dearj Testlerinin
parametrelere göre deiim grafii, ekil 4.29 da gösterilmitir.
ekil 4.29 : Aırı Dearj Testleri neticesinde elde edilen parametrik deiiklikler.
54
Aırı dearj sayısına göre Ro, Rct ve Cdl parametrelerinin deiim fonksiyonları
aaıdaki denklemlerde [(4.7a), (4.7b), (4.8), (4.9)] verilmitir.
0)(% =ADdRo 60 ≤≤ AD (4.7.a)
ADADdRo 4)(% = 126 ≤≤ AD (4.7.b)
ADADdRct 2)(% −= 120 ≤≤ AD (4.8)
ADADdCdl 2)(% = 120 ≤≤ AD (4.9)
4.8.3 Aırı arj testleri ile parametrelerin deiim fonksiyonları
Aırı arj test prosedürlerine göre gerçekletirilen Aırı Dearj Testlerinin
parametrelere göre deiim grafii, ekil 4.30 da gösterilmitir.
ekil 4.30 : Aırı arj Testleri neticesinde elde edilen parametrik deiiklikler.
Aırı arj süresine göre Ro, Rct ve Cdl parametrelerinin deiim fonksiyonları
aaıdaki denklemlerde, “t” aırı arj süresi olmak üzere [(4.10a), (4.10b), (4.11a),
(4.11b), (4.12a), (4.12b)] verilmitir.
ttdRo 50)(% = hth 10 ≤≤ (4.10.a)
50)(% =tdRo hth 31 ≤≤ (4.10.b)
ttdRct 100)(% = hth 10 ≤≤ (4.11.a)
100)(% =tdRct hth 31 ≤≤ (4.11.b)
55
ttdCdl 50)(% −= hth 10 ≤≤ (4.12.a)
50)(% −=tdCdl hth 31 ≤≤ (4.12.b)
56
57
5 . ARIZA TANI ALGORTMASI
5.1 Bulanık mantık
Gelien teknolojiler ile endüstriyel sistemlerin daha karmaık hale gelmesi, bu
sistemlerin klasik kontrol yöntemleri ile kontrolünü güçletirmektedir. 1970’den
itibaren programlanabilen ilemcilerin sistemlerin kontrolünde yaygın olarak
kullanılmaya balaması, insan mantıına göre çalıan kontrol yöntemlerinin
geliimini ve daha yaygın olarak kullanımını salamıtır. Bu yöntemlerden biri de,
“Bulanık Mantıa” dayalı “Bulanık Kontrol” yöntemidir.
Geleneksel mantık, bir olayın sonucunu kesin bir ifade ile belirtir. Sonuç; ya
dorudur ya yanlıtır, ya 0’dır ya 1’dir, ya vardır ya yoktur, ya siyahtır ya beyazdır.
Sonucun, bu iki deerden baka bir deer alması söz konusu deildir. Olay olarak bir
odanın sıcaklıını düünecek olursak; 20°C ile 22°C arası “normal sıcaklık” olarak
kabul edilirse, 20°C ve 22°C’de dahil olmak üzere, bu iki sıcaklık deeri arasındaki
bütün sıcaklık deerleri, ekil 5.1’de gösterildii gibi normal, bu deerlerin
haricindeki bütün sıcaklık deerleri ise normal deil olarak kabul edilir. Dier bir
ifade ile, bu deerler ve bu deerler arasındaki bütün deerlerin üyelik deeri, yani
ait olma olabilirlii 1, bu sıcaklıklar dıındaki bütün sıcaklık deerlerinin üyelik
deeri 0’dır. Örnein 19.9 °C’lik bir sıcaklık deeri bile burada tanımlanan
geleneksel mantıa göre normal deildir. Halbuki, gerçekte durum farklıdır, 19.9
°C’lik sıcaklık deeri 20 °C deerine çok çok yakın bir sıcaklık deeridir ve
uygulamada, çok büyük bir yaklaıklılıkla normal olarak kabul edilebilir.
Bulanık mantık, geleneksel mantık gibi sadece kesin deerleri (ekil 5.1) deil; sınır
deerler arasında yer alan bütün mümkün deerleri kapsar ve deikenler, kesin
olmayan koullarla ifade edilirler. Yukarıdaki sıcaklık örneini bu defa bulanık
mantıkla yorumlandıında, ekil 5.2’de görüldüü gibi bir grafik ortaya çıkmaktadır.
58
ekil 5.1 : Geleneksel Mantık.
ekil 5.2 : Bulanık Mantık.
ekil 5.1 de görüldüü gibi, bulanık mantık’da, 20°C ve 22°C deerleri arasındaki
her sıcaklıın üyelik deeri 1’dir, yani bu sıcaklıklar arasında yer alan bütün
sıcaklıklar “normal” bulanık kümesinin tam elemanıdır. Bunun yanında, 18 °C’den
20 °C’ye kadar ve 22 °C’den 24 °C’ye kadar olan sıcaklık deerlerinin herbiri
“normal” bulanık kümesinin ayrı bir ait olma deerine sahip üyesidir. Bu nedenle
bulanık mantık, “çok deerli mantık” olarak da anılmaktadır. Örnein, 18 °C’lik
sıcaklık deeri, “normal” bulanık kümesinin 0 deerli üyesidir, dier bir ifade ile,
“normal” bulanık kümesine ait olma deeri sıfırdır, yani bu kümenin üyesi deildir.
19 °C’lik sıcaklıın “normal” bulanık kümesine ait olma deeri ise 0.5’dir.
Temel olarak insan düünü eklini örnek alan bu mantıkta, günlük hayatta
kullandıımız bir takım dilsel niteleyiciler kullanılarak olaylar tanımlanır ve buna
göre bir sonuç çıkarılır. Bu nedenle, bulanık mantık, “doal mantık” olarak da
adlandırılabilir.
5.2 Üyelik Fonksiyonları
Üyelik fonksiyonları, sistemin bulanık deikenlerini ifade etmek için kullanılan ve
genellikle biçimsel olarak gösterilen tanımlamalardır. Üyelik fonksiyonlarının ekli
59
ve sayısı ile ilgili olarak bir sınırlama söz konusu deildir. Bu durum tamamen
tasarımcının isteklerine ve sistemle ilgili tecrübelerine balıdır. Ancak
uygulamalarda genellikle; üçgen, trapez (yamuk) eklindeki fonksiyonlar, ya da
ikinci dereceden veya üçüncü dereceden polinomlar kullanılmaktadır.
Bulanık küme (BK), üyelik fonksiyonu (ÜF) ve üyelik derecesi (ÜD) kavramlarını
daha iyi anlamak için, örnek olarak bir odanın sıcaklıını göz önüne alalım; oda
sıcaklıını ekil 5.3’de görüldüü gibi, “normal (NR)”, “az sıcak (AS)”, “sıcak
(SC)” ve “çok sıcak (ÇS)” olarak, trapez eklinde dört bulanık kümeye ayırırsak,
24.5 °C’lik oda sıcaklıı, “az sıcak (AS)” bulanık kümesinin, 0.75 oranında üyesi,
“sıcak (SC)” bulanık kümesinin, 0.25 oranında üyesi, dier iki kümenin ise, sıfır
oranında üyesi olacaktır. Bu örnekten de anlaılacaı gibi, her bir durumun üyelik
derecesi, üyelik kümesinin temsil edildii fonksiyonun ekline balı olacaktır [51].
ekil 5.3 : BK, ÜF ve ÜD kavramlarının birbirleri ile ilikisi.
5.3 Arıza Tanı Algoritması MATLAB/Simulink Modeli
Arıza tanı algoritması MATLAB’in Bulanık Mantık Araçkutusu (Fuzzy Logic
Toolbox) ile gerçkeletirilmitir. Li-iyon polimer hücrelerin devre parametrelerinin
deiimleri; dR0 (dRo), dR1 (dRct) ve dC1 (dCdl) in arızalara göre ne ekilde
deiiklik gösterdii yapılan deneyler sonrasında belirlenmi ve bu deiikliklerin
kombinasyonları ile arıza atamaları gerçekletirilmitir.
Modelde Mamdani bulanık mantık araçkutusu kullanılarak “Bulanık Mantık Durum
Deerlendirilmesi” gerçekletirilmitir. Model giri parametreleri ekil 5.4’de
gösterildii gibi dR0, dR1 ve dC1 olarak belirlenmitir.
60
ekil 5.4 : Bulanık Mantık Durum Deerlendirme Algoritması Simulink modeli.
Elde edilen deney sonuçlarına göre belirlenen R0, R1 ve C1 parametreleri deiimine
ait üyelik fonksiyonları sırası ile ekil 5.5, ekil 5.6 ve ekil 5.7’de gösterilmitir.
Üyelik fonksiyonlarında Negatif Büyük (NB), Negatif Orta (NO), Sıfır (SS), Pozitif
Orta (PO) ve Pozitif Büyük (PB) deerlerine ait fonksiyonlar gösterilmitir.
ekil 5.5 : R0 parametresi deiimi üyelik fonksiyonları.
61
ekil 5.6 : R1 parametresi deiimi üyelik fonksiyonları.
ekil 5.7 : C1 parametresi deiimi üyelik fonksiyonları.
R0, R1 ve C1 parametreleri deiimine göre oluturulan Durum Belirleme
Algoritması’na ait kurallar ekil 5.8’de verilmitir.
62
ekil 5.8 : Durum belirleme algoritmasına ait kurallar.
Simulink modelinde Li-polimer hücre durum belirleme algoritmasına ait Durum
üyelik fonksiyonları ekil 5.9 da verilmitir.
ekil 5.9 : Durum üyelik fonksiyonları.
63
Oluturulan algoritma ile ölçüm neticesinde elde edilen parametrelerin modele
girilmesi ile birlikte “Durum Deeri”, “Bulanık Mantık Durum Deerlendirme
Algoritması” ile belirlenmektedir. ekil 5.10 da örnek bir durum deerlendirmesi
gösterilmitir.
ekil 5.10 : Örnek bir durum deerlendirmesi.
ekil 5.11 de ise durum deerlendirme algoritması ile gerçekleen deer bulma
ileminin grafiksel gösterimi verilmitir.
ekil 5.11 : Örnek durum deer bulma algoritması grafiksel gösterimi.
Burada R0 deeri için girilen örnek deiiklik deeri, R0 ın üyelik fonksiyonuna
göre Pozitif Orta (PO) ve Pozitif Büyük (PB) bir deer alabilmektedir. Bu nedenle
64
durum deerlendirilmesi için oluturulan kurallardan (PO) ve (PB) deerine karılık
gelen kümeler ileme alınmaktadır.
Benzer ekilde, R1 deeri için de Negatif Orta (NO) deer kümesi durum
deerlendirilmesine katılmaktadır. Girilen C1 deiiklik deeri, C1 in üyelik
fonksiyonunda Pozitif Orta (PO) deerine karılık gelen kümeden ilem görmektedir.
Girilen deerler neticesinde durum deerlendirme algoritması, bu kümelerin ortak
olarak ileme alındıı kuralı ortaya çıkarmaktadır. Algoritmaya göre bu kural 3 ve 7
numaralı kurallardır.
Girilen parametrik deiimler ile algoritmanın bulanık mantık yöntemi ile
oluturduu atamalar 40 hücre çevrimi ve 12 Aırı dearj prosedürü ile elde
edilebilmektedir. ekil 5.11 de verilen Durum kolonundaki dolu alanlar durumları ve
aırlıklı olarak bu durumlara karılık gelme olasılıklarını vermektedir. Hücre durum
deerlendirme amacı ile oluturulan model çalıtırılmı ve farklı senaryolar ile elde
edilen sonuçları görmek mümkün olmutur.
65
6 . SONUÇLAR VE ÖNERLER
1) Li-iyon polimer pil için gelitirilen matematik modeller ele alınmı ve çeitli
çalıma durumlarında bu parametrelerin nasıl deitikleri kuramsal olarak
incelenmitir.
2) Li-iyon polimer pillerin yanlı doldurma ve boaltılması sırasında oluacak
zorlamalar sınıflındırılmı ve bunların meydana getirecei edeer devre
parametrelerindeki deiikliklerin mevcut modellerde tam olarak yansıtılamadıı
görülmütür. Bu çalımada edeer devreye seri olarak yeni bir Ros direncinin,
paralel kolda bulunan kapasiteye ek olarak yeni bir Cdls ve Cdlp kapasitelerinin yine
paralel kolda Rct direncine yeni bir Rcts ve Rctp dirençlerinin eklenmesinin arıza
tanı ve salamlık durumunu daha iyi yansıtacaı önerilmitir.
3) Li-iyon polimer hücre edeer devresine seri olarak yeni bir Ros direncinin,
sadece Aırı Dearj ve Aırı arj durumlarında eklenmesi görülmütür. Hücre
Çevrimi testleri neticesinde, özellikle 40. çevrimden sonra daha belirgin olarak
paralel kol devre elemanlarından Rct de artı, Cdl de düü görülmütür.
4) Aırı Dearj artları olutuu zaman, seri devre elemanı Ro daki artıla birlikte,
paralel kolda bulunan Rct deeride düü, Cdl deerlerinde ise artı meydana geldii
tespit edilmitir.
5) Aırı arj artları olutuu zaman, seri devre elemanı Ro deerinin artması
yanısıra, paralel kolda Rct deerinde artı ve Cdl deerinin belirgin düü tespit
edilmitir. Li-iyon polimer hücrelerin aırı arj göre oldukça hassas oldukları
gözlemlenmitir.
6) Bulanık mantık tabanlı yeni bir batarya salamlık deerlendirme yöntemi
oluturulmutur. Li ion polimer bataryanın salamlık durumunu yansıtan yeni bir
MATLAB Simulink modeli gelitirilmitir. Bu yöntem ile bataryanın geçmite
karılatıı olumsuzluklar irdelenebilmekte, böylece bu olumsuzlukların batarya
ömrüne ne ölçüde etki etmekte olduu deerlendirilebilmektedir.
66
7) Bu çalımada arıza sınıflandırılması için empedans spektroskopisi ile elde edilen
Nyquist diyagramında belirtilen ve parametrik analizlerin yapıldıı kritik nokta sayısı
(frekans cevabı) 3 tür. Deneyler neticesinde elde edilen bulgulara göre Li-iyon polimer
hücrelerin güvenlii ve salamlık durumu ile ilgili en kritik durum aırı arj durumudur.
Aırı arj durumlarının daha detaylı incelenecei bir çalımada kritik nokta sayısının
artırılması ile (5 veya 6) daha detaylı durum deerlendirme yapılabilecei görülmütür.
Bu nedenle sadece aırı arjın incelenecei bir çalımada parametrik analiz için kritik
nokta sayısının daha fazla tutulması önerilmektedir.
8) Çalımanın devamında hücrelerin deneyler sonrasında mekanik yapılarının bozularak
elementel ve fiziksel deiimlerinin incelenmesi ve EES ile gözlemlenen farklılıkların,
seperatör, elektrot ve elektrolit fiziksel durumlarının incelenebildii çalımaların
yürütülmesi önerilmektedir.
9) Normal artlarda pahalı cihaz altyapısı ve laboratuvar ortamı gerektiren EES metodu
ile hücre salamlık durumu belirlenebilir. Bu durumu, bu tezde önerilen yöntem ile
sadece 3 frekansa ait empedans deerleri elde edildikten sonra verilerin BYS nde bu
verilerin ilenmesi ile daha basit ve düük maliyet ile belirlemek mümkün
görünmektedir. Bu yöntem oluturulacak bir BYS nde Ro, Rct ve Cdl deerlerinin
hesaplanabilecek ve bu tezde konu olan algoritma ile pilin SD oldukça salıklı bir
biçimde hesaplanabilecektir.
67
KAYNAKLAR
[1] Bitsche, O. and Gutmann, G. 2004. Systems for hybrid cars, Journal of Power Sources, 127, 8-15.
[2] Rand, D.A.J. and Moseley, P.T. 2004. Valve-Regulated Lead-Acid Batteries, ELSEVIER B.V. , The Netherlands.
[3] Dhameja, S., 2002. Electric Vehicle Battery Systems, Butterworth-Heinemann, USA.
[4] Schalkwijk, W.A. and Scrosati, B., 2002. Advances in Lithium-Ion Batteries, Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York.
[5] Plett, G. L., 2004. Extended Kalman Filtering for battery management systems of LiPB-based HEV battery packs Part 3. State and parameter estimation, Journal of Power Sources, 134, 277-292.
[6] Baert, D.H.J. and Vervaet, A. A. K., 2001. Determination of the state-of-health of VRLA batteries by means of noise measurements, IEEE INTELEC’01, Edinburgh, Scotland, 14-18 October 2001.
[7] Bose, C. S. C. and Laman, F. C. 2000. Battery state of health estinmation through coup de fouet, IEEE INTELEC’00, Phoenix, USA 10-14 September 2000.
[8] Bose, C. S. C., Wilkins, D., Mccluer, S. and Model, M.J., 2001. Lessons learned in using ohmic techniques for battery monitoring, The Sixteenth Annual Battery Conference on Applications and Advances, Long Beach, USA, 09-12 January 2001.
[9] Buchmann, I., 2001. Artificial intelligence reads battery state-of-health in three minutes, The Sixteenth Annual Battery Conference on Applications and Advances, Long Beach, USA, 09-12 January 2001.
[10] Cox, D. C. and Perez-Kite, R., 2000. Battery state of health monitoring combining conductance technology with other measurement parameters for real time battery performance analysis, IEEE INTELEC’00, Phoenix, USA 10-14 September 2000.
[11] Baert, D.H.J. and Vervaet, A. A. K., 2004. A fast method for the measurement of the electrical capacitance for the estimation of battery capacity, IEICE Transactions on Communications, E87-B, #12.
[12] Hoffmann, R.G., Slade, J.E. and Morrison J.L., 2006. Development and Test of a Real Time Battery Impedance Estimation System, IEEE Aerospace Conference, # 1462.
[13] Morrison, J.L and Morrison, W.H., 2006. Real Time Estimation of Battery Impedance, IEEE Aerospace Conference, # 1461.
68
[14] Piller, S., Perrin, M. and Josen, A., 2001. Methods for state-of charge determination and their applications, Journal of Power Sources, 96, 113-120.
[15] Singh, P., Fennie, C. and Reisner, D., 2004. Fuzzy logic modelling of state-of-charge and available capacity of nickel/metal hydride batteries, Journal of Power Sources, 136, 322-333.
[16] Singh, P., Kaneria, S., Broadhead, J., Wang, X. and Burdick, J., 2004. Fuzzy logic estimation of SOH of 125Ah VRLA batteries, IEEE, 29-3.
[17] Singh, P. and Reisner, D. 2002. Fuzzy logic based state of heath determination of lead acid batteries IEEE INTELEC’02, Montreal Canada, 29 September-03 October 2002.
[18] Takahashi, K. and Watakabe, Y., 2003. Development of SOH Monitoring System for Industrial VRLA Battery String, IEEE INTELEC’03, Yokohama, Japan 19-23 October 2003.
[19] Rodrigues, S., Munichandraiah, N. and Shukla, A.K., 2000. A review of state of charge indication of batteries by means of a.c. impedance measurements, Journal of Power Sources, 87, 12-20.
[20] Huet, F., 1998. A review of impedance measurements for determination of the state-of-charge and state-of-health of secendary batteries, Journal of Power Sources, 70, 59-69.
[21] Barsoukov, E. and Macdonald J.R., 2005. Impedance Spectroscopy, Theory, Experiment, and Applications, 2nd ed. John Wiley & Sons. Inc, New Jersey
[22] Macdonald, J. R., 1997. Impedance Spectroscopy: Emphasizing Solid Materials and Systems; John Wiley & Sons, New York.
[23] Bard, A.J., Faulkner, L.R., 2001. Electrochemical Methods, John Wiley & Sons, New York.
[24] Minami, T., and Tatsumisago M., 2005. Solid State Ionics for Batteries, Springer, Tokyo.
[25] Bergveld, H.J. and Wanda, S. 2002. Battery Management Systems, Design by Modelling, Philips Research Book Series Volume 1, Kluwer Academic Publishers, The Netherlands.
[26] Tokgöz Köylü, S., 2008. Enerji depolamada polimer karbonfiber mikro elektrot gelitirilmesi, Yüksek Lisans Tezi, .T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, stanbul.
[27] Crompton, T.R., 2000. Battery Referance Book-Third Edition, Butterworth-Heinemann, Great Britain.
[28] Linden, D., Reddy, T.B., 2002. Handbook of Batteries, Third Edition, McGraw-Hill, New York.
[29] Broussely, M. and Pitoia, G., 2007. Industrial Applications of Batteries From Cars to Aerospace and Energy Storage, ELSEVIER B.V. , UK.
69
[30] Alzieu, J. and Gagnol, B., 1995. Developement of an on-board charge and discharge management system for electric-vehicle batteries, Journal of Power Sources, 53, 327-333.
[31] Jossen, A. and Weydanz, W., 2006. Moderne Akkumulatoren Richtig Einsetzen, Ubooks, München.
[32] Jung, D.Y. and Lee, B.H., 2002. Development of battery management system for nickel-metal hyride batteries in electrical vehicle applications, Journal of Power Sources, 109, 1-10.
[33] Meissner, E. and Ricther, G., 2003. Battery monitoring and electrical energy management precondition for future vehicle electric power systems, Journal of Power Sources, 116, 79-98.
[34] Kaypmaz, T.C., Uzun, D. and Tuncay, R.N., 2008. Analysis of Overcharge & Overdischarge Characteristics and Failure Detection of Li-ion Polymer Batteries, 4th International Conference on Autumotive Technologies, Istanbul, Turkey, November 13-14.
[35] Lee, J., Nam, O., An Cho, B.H., 2007. Li-ion battery SOC estimation method based on reduced order extended Kalman filtering. Journal of Power Sources, 174, 9-15.
[36] Kaypmaz, T.C, Uzun, D., Mazman M, Tokgöz Köylü, S., 2006. Hibrid Elektrikli Araç için Batarya Modülü Gelitirilmesi, TÜBTAK Dı Destekli Proje Sonuç Raporu, Kocaeli, Türkiye.
[37] Verbrugge, M. and Tate, E. 2004. Adaptive state of charge algorithm for nickel metal hydride batteries including hysteresis phonemena, Journal of Power Sources, 126, 236-249.
[38] Jossen, A. and Spath, V., 1999. Reliable battery operation – a challenge for the battery management system, Journal of Power Sources, 84, 283-286.
[39] Jossen, A., 2006. Kiisel görüme.
[40] Gutmann, G., 2006. Kiisel görüme.
[41] Vetter, J., Novak, P., Wagner, M.R., Veit, C., Möller, K. C., Besenhard, J. O., Winter, M., Wohlfahrt-Mehrens, M., Vogler, C. and Hammouche, A., 2005. Ageing mechanisms in lithium-ion batteries, Journal of Power Sources, 147, 269-281.
[42] Maleki, H. and Howard, J. N., 2006. Effects of overdischarge on performance and thermal stability of a Li-ion cell, Journal of Power Sources, 160, 1395-1402.
[43] Belov, D. and Yang, M., 2008. Investigation of the kinetic mechanism in overcharge process for li-ion battery, Solid State Ionics, 179, 1816-1821.
[44] Spotnitz, R., 2002. Simulation of capacity fade in lithium-ion batteries, Journal of Power Sources, 113, 72-80.
[45] Tröltzsch, U., Kanoun, O. and Trankler, H. S., 2006. Characterizing Aging effects of lithium ion batteries by impedance spectroscopy. Electrocihimica Acta, 51, 1664-1672.
70
[46] Broussely, M., Biensan, P., Bonhomme, F., Blanchard, P., Herreyre, S., Nechev, K. and Staniewicz, R.J., 2005. Main aging mechanisms in Li ion batteries. Journal of Power Sources, 146. 90-96.
[47] Schweighofer, B., Raab, K.M., and Brasseur, G., 2003. Modelling of high power automotive batteries by the use of an automated test system. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 52, 1087-1091.
[48] Buller, S., Thele, M., De Doncker R. W. A. and Karden, E., 2005. Impedance-based simulation models of superkapacitors and li-ion batteries for power electronic applications, IEEE Transactions on Industry Applications, 41, 742-747.
[49] Gerschler, B. J., Witzenhausen, H., Zimmermann, J., and Sauer, D. U., 2008. Comparison of LiNixCoyO2 and LiFePO4 batteries for use in next generation hybrid and full electric vehicles, EET-08 European Ele-Drive Conference, Geneva, Switzerland, 11-13 March, 2008.
[50] Greef R. and Peat R., 1985. Instrumental Methods in Electrochemistry, Ellis Horwood Limited, England.
[51] zgi, Y., 2007. Eitim Amaçlı bir iklimlendirme odasının yapay zeka teknikleri ile modellenmesi ve kontrolü, Doktora Tezi, Marmara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, stanbul.
71
EKLER
EK A: Test Sonuçları
EK B: Nyquist Diyagramları
72
73
EK A: Test Sonuçları
Çizelge A.1 : 222 ve 295 numaralı hücreler için Hücre Çevrim Testleri öncesi ve sonrası test sonuçları.
222.0Ç 222.20Ç 222.40Ç 222.60Ç 222.80Ç f Zre Zim Zre Zim Zre Zim Zre Zim Zre Zim
[Hz] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm]
0,005 41,71 14,15 41,01 12,77 40,82 12,90 52,50 14,17 48,60 14,47
0,00713 40,54 11,19 38,28 10,04 38,43 10,16 49,64 10,93 47,17 11,64
0,0102 38,70 8,15 36,43 8,26 36,69 8,41 47,53 8,87 45,17 8,41
0,0145 37,32 6,19 36,32 6,40 36,33 6,39 47,25 7,12 43,56 6,43
0,0206 36,61 5,24 35,43 4,55 35,31 4,62 46,01 5,00 42,58 5,48
0,0294 36,50 3,81 34,71 3,51 34,46 3,60 44,56 3,69 42,47 4,08
0,0419 35,82 2,66 34,30 3,11 34,20 3,15 43,96 3,36 41,68 2,82
0,0597 35,23 2,27 34,18 2,20 34,08 2,19 44,03 2,47 40,94 2,42
0,0851 35,33 1,95 33,61 1,56 33,52 1,59 43,37 1,62 41,01 2,16
0,121 35,04 1,22 33,28 1,51 33,26 1,54 42,77 1,61 40,74 1,39
0,173 34,65 1,15 33,43 1,09 33,33 1,08 42,96 1,29 40,22 1,25
0,246 34,78 0,97 33,16 0,83 32,95 0,83 42,53 0,90 40,38 1,14
0,351 34,47 0,72 33,18 0,82 33,02 0,81 42,54 1,01 39,97 0,87
0,5 34,55 0,71 32,93 0,62 32,77 0,65 42,23 0,78 40,04 0,86
0,713 34,31 0,77 33,00 0,51 32,79 0,51 42,27 0,72 39,76 0,93
1,02 34,20 0,76 32,87 0,68 32,70 0,67 42,11 1,02 39,62 1,01
1,45 34,16 0,84 32,73 0,70 32,61 0,70 41,97 1,14 39,47 1,15
2,06 34,06 0,97 32,59 0,85 32,49 0,77 41,81 1,31 39,36 1,43
2,94 33,91 1,21 32,46 1,04 32,36 0,94 41,54 1,65 39,12 1,75
4,19 33,65 1,53 32,26 1,31 32,16 1,23 41,19 2,15 38,72 2,24
5,97 33,46 1,96 32,08 1,59 31,92 1,50 40,76 2,71 38,31 2,83
8,51 32,93 2,42 31,65 2,04 31,62 1,94 40,10 3,34 37,58 3,41
12,1 32,32 3,18 31,11 2,67 31,09 2,51 39,12 4,25 36,63 4,24
17,3 31,35 3,66 30,47 3,27 30,53 3,06 37,92 4,73 35,43 4,93
24,6 30,51 4,16 29,68 3,68 29,68 3,44 36,68 5,20 34,15 5,37
35,1 29,27 4,33 28,72 4,16 28,56 3,78 35,23 5,66 32,62 5,77
71,3 26,57 4,91 26,53 4,29 26,72 4,28 31,88 5,45 29,36 5,79
102 25,24 4,64 25,06 4,26 25,05 4,12 31,09 4,81 28,18 5,46
145 24,31 4,32 23,79 4,08 24,13 3,81 29,24 4,58 26,84 4,68
206 23,31 3,79 23,04 3,89 23,39 3,67 28,57 4,15 25,70 4,35
294 22,47 3,55 22,04 3,53 22,47 3,33 27,55 3,69 24,83 4,07
419 21,66 3,07 21,37 3,19 21,74 3,00 26,73 3,31 23,92 3,54
597 20,90 2,59 20,57 2,81 21,02 2,62 25,93 2,77 23,06 3,08
851 20,20 2,03 19,92 2,35 20,36 2,16 25,21 2,18 22,31 2,53
1210 19,69 1,45 19,36 1,86 19,82 1,67 24,59 1,52 21,71 2,00
1730 19,06 0,62 18,81 1,35 19,28 1,08 23,98 0,72 21,09 1,32
2460 18,65 -0,30 18,50 0,65 18,89 0,38 23,72 -0,22 20,65 0,53
3510 18,47 -1,13 18,10 -0,04 18,69 -0,41 23,59 -1,59 20,42 -0,36
5000 17,76 -2,55 17,77 -1,40 17,98 -1,05 23,02 -2,77 19,41 -2,11
295.0Ç 295.20Ç 295.40Ç 295.60Ç 295.80Ç
f Zre Zim Zre Zim Zre Zim Zre Zim Zre Zim [Hz] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm]
0,005 43,20 14,42 43,31 12,65 45,89 12,69 46,72 15,11 48,30 13,90
0,00713 41,84 10,86 40,90 9,95 43,50 10,74 44,61 11,05 45,85 10,88
0,0102 39,93 8,16 39,05 7,94 42,70 8,25 42,74 8,48 44,52 9,16
74
0,0145 38,53 6,30 38,67 6,46 41,28 5,97 41,39 6,84 44,08 6,61
0,0206 38,20 5,29 37,94 4,53 40,18 4,61 41,33 5,45 43,05 4,91
0,0294 37,88 3,66 37,17 3,44 39,75 4,00 40,70 3,75 42,21 3,96
0,0419 37,17 2,69 36,71 2,99 39,31 2,85 39,90 2,90 42,21 3,40
0,0597 36,74 2,42 36,77 2,27 38,59 2,01 39,70 2,71 41,98 2,29
0,0851 36,91 1,87 36,34 1,56 38,15 1,89 39,76 1,90 41,39 1,78
0,121 36,49 1,24 35,93 1,42 38,24 1,45 39,20 1,37 41,27 1,75
0,173 36,19 1,24 36,08 1,13 37,84 0,95 39,11 1,45 41,27 1,19
0,246 36,34 0,92 35,76 0,79 37,67 1,02 39,13 1,01 40,88 1,07
0,351 36,00 0,81 35,76 0,83 37,65 0,62 38,77 1,02 40,98 0,99
0,5 36,08 0,69 35,55 0,61 37,45 0,76 38,83 0,85 40,68 0,91
0,713 35,91 0,83 35,62 0,52 37,25 0,48 38,74 1,00 40,68 0,80
1,02 35,77 0,81 35,46 0,70 37,31 0,64 38,48 1,19 40,55 1,07
1,45 35,67 0,90 35,37 0,73 37,22 0,70 38,32 1,36 40,41 1,26
2,06 35,58 1,09 35,26 0,86 37,05 0,84 38,16 1,57 40,22 1,51
2,94 35,40 1,32 35,12 1,06 36,94 0,99 37,89 2,01 39,96 1,88
4,19 35,16 1,70 34,93 1,39 36,70 1,29 37,46 2,62 39,57 2,45
5,97 34,82 2,12 34,73 1,72 36,46 1,54 36,96 3,21 39,14 3,02
8,51 34,35 2,65 34,33 2,17 36,17 2,01 36,13 4,02 38,30 3,71
12,1 33,62 3,40 33,69 2,86 35,53 2,65 34,96 4,91 37,26 4,67
17,3 32,67 4,06 32,98 3,32 34,91 3,26 33,70 5,56 35,89 5,27
24,6 31,65 4,49 32,17 3,92 34,05 3,71 32,04 6,02 34,62 5,72
35,1 30,37 4,97 30,97 4,03 33,05 3,89 30,35 6,33 32,67 5,90
71,3 27,60 5,19 28,77 4,20 30,84 4,04 27,12 6,08 29,89 5,94
102 26,41 4,72 27,29 4,40 29,69 4,11 25,74 5,67 28,29 5,34
145 25,11 4,38 26,19 4,12 28,59 4,11 24,22 4,94 26,78 4,89
206 24,04 3,92 25,25 3,87 27,34 3,69 23,23 4,42 25,97 4,59
294 23,28 3,45 24,25 3,49 26,44 3,37 22,30 3,98 25,07 4,17
419 22,47 3,04 23,51 3,22 25,68 3,12 21,51 3,59 24,16 3,70
597 21,67 2,47 22,72 2,78 24,89 2,75 20,66 3,11 23,30 3,21
851 20,99 1,84 22,04 2,32 24,18 2,32 19,91 2,54 22,55 2,71
1210 20,46 1,13 21,48 1,83 23,61 1,88 19,27 1,98 21,93 2,22
1730 19,98 0,17 20,91 1,22 22,98 1,32 18,63 1,25 21,31 1,60
2460 19,54 -0,91 20,53 0,49 22,43 0,65 18,17 0,44 20,87 0,88
3510 19,39 -2,34 20,24 -0,42 22,18 -0,06 18,11 -0,31 20,58 0,06
5000 18,99 -4,38 19,92 -1,45 22,09 -1,19 18,15 -1,22 20,52 -1,04
75
Çizelge A.2 : 185, 186, 189 ve 190 numaralı hücreler için 6 Aırı Dearj Testi öncesi ve sonrası test sonuçları.
185.0AD 185.6AD 186.0AD 186.6AD f Zre Zim Zre Zim Zre Zim Zre Zim
[Hz] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] 0,005 45,24 13,30 50,26 13,23 43,69 13,98 39,01 12,75
0,00713 42,55 10,99 46,87 10,19 42,55 10,98 37,36 10,84 0,0102 41,97 8,83 38,70 7,82 40,68 8,13 36,29 7,86 0,0145 40,68 6,18 37,89 6,64 39,37 6,20 34,98 5,97 0,0206 39,52 4,68 37,60 4,72 38,71 5,26 33,97 4,81 0,0294 38,90 4,05 36,77 3,44 38,55 3,77 33,93 3,93 0,0419 38,90 2,99 36,11 2,89 37,86 2,72 33,53 2,72 0,0597 38,32 2,11 36,21 2,43 37,29 2,36 32,92 2,12 0,0851 37,84 1,83 35,94 1,59 37,38 1,96 32,76 1,96 0,121 37,86 1,53 35,40 1,33 37,06 1,27 32,75 1,34 0,173 37,58 1,03 35,50 1,23 36,67 1,19 32,35 1,03 0,246 37,34 1,03 35,28 0,77 36,80 0,98 32,39 1,03 0,351 37,35 0,77 35,16 0,85 36,47 0,77 32,20 0,65
0,5 37,15 0,80 35,05 0,53 36,54 0,70 32,21 0,70 0,713 37,03 0,61 35,12 0,55 36,36 0,80 31,92 0,66 1,02 36,97 0,78 34,87 0,67 36,22 0,77 31,91 0,63 1,45 36,86 0,86 34,80 0,70 36,13 0,86 31,84 0,67 2,06 36,71 1,06 34,70 0,74 36,06 1,00 31,78 0,78 2,94 36,56 1,27 34,55 0,88 35,87 1,24 31,65 0,88 4,19 36,28 1,63 34,36 1,16 35,61 1,55 31,49 1,09 5,97 35,95 2,06 34,18 1,38 35,36 1,95 31,31 1,36 8,51 35,50 2,54 33,87 1,78 34,89 2,40 31,03 1,68 12,1 34,89 3,31 33,48 2,33 34,23 3,18 30,58 2,24 17,3 34,10 3,78 32,80 2,87 33,39 3,58 30,09 2,79 24,6 32,93 4,36 32,18 3,18 32,47 4,11 29,37 3,12 35,1 31,85 4,57 31,07 3,47 31,11 4,62 28,39 3,70 71,3 28,82 4,82 29,46 4,03 28,44 4,91 26,42 4,19 102 27,67 4,62 28,16 4,02 27,40 4,57 25,60 3,76 145 26,70 4,29 26,96 3,75 26,12 4,12 24,13 3,53 206 25,59 4,08 26,02 3,45 25,28 3,99 23,43 3,53 294 24,75 3,76 25,31 3,26 24,26 3,75 22,52 3,33 419 23,84 3,35 24,44 2,91 23,51 3,40 21,78 2,93 597 23,01 2,90 23,71 2,49 22,67 2,97 21,01 2,54 851 22,31 2,41 23,01 1,97 21,95 2,51 20,35 2,07
1210 21,70 1,88 22,45 1,40 21,32 2,03 19,84 1,49 1730 21,08 1,22 21,93 0,67 20,71 1,44 19,21 0,84 2460 20,62 0,42 21,53 -0,21 20,22 0,69 19,02 0,12 3510 20,34 -0,52 21,38 -1,31 19,97 -0,17 18,97 -0,97 5000 18,77 -1,85 20,25 -2,57 19,00 -1,52 16,65 -2,25
189.0AD 189.6AD 190.0AD 190.6AD f Zre Zim Zre Zim Zre Zim Zre Zim
[Hz] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] 0,005 49,60 13,82 40,42 13,26 39,13 13,10 46,46 13,40
0,00713 47,83 10,23 39,05 10,72 37,71 10,91 44,96 10,30 0,0102 46,00 7,81 37,12 7,81 36,32 7,90 42,91 7,75 0,0145 44,60 6,29 35,56 5,99 35,08 6,04 41,43 6,06
76
0,0206 44,41 5,09 34,66 5,07 34,14 4,93 40,97 5,10 0,0294 43,75 3,49 34,53 3,77 34,11 3,87 40,59 3,58 0,0419 42,94 2,65 33,83 2,67 33,61 2,70 39,88 2,67 0,0597 42,60 2,44 33,22 2,24 33,03 2,14 39,36 2,35 0,0851 42,64 1,74 33,25 1,94 32,97 1,94 39,43 1,84 0,121 42,04 1,19 32,96 1,25 32,84 1,29 39,01 1,23 0,173 41,84 1,22 32,55 1,10 32,44 1,04 38,70 1,18 0,246 41,84 0,80 32,68 0,96 32,50 0,98 38,75 0,86 0,351 41,49 0,75 32,36 0,66 32,28 0,69 38,41 0,72
0,5 41,53 0,55 32,43 0,63 32,31 0,71 38,47 0,56 0,713 41,48 0,58 32,16 0,70 32,05 0,66 38,34 0,66 1,02 41,28 0,67 32,09 0,61 32,00 0,68 38,20 0,63 1,45 41,19 0,74 32,02 0,64 31,93 0,75 38,12 0,66 2,06 41,12 0,76 31,94 0,74 31,88 0,86 38,03 0,69 2,94 40,98 0,93 31,83 0,86 31,73 1,02 37,89 0,82 4,19 40,76 1,20 31,65 1,05 31,50 1,30 37,73 1,06 5,97 40,57 1,50 31,44 1,23 31,32 1,62 37,58 1,26 8,51 40,22 1,88 31,16 1,64 30,95 2,02 37,23 1,66 12,1 39,72 2,59 30,80 2,19 30,39 2,62 36,88 2,14 17,3 39,27 3,06 30,24 2,53 29,73 3,20 36,28 2,78 24,6 38,23 3,44 29,59 3,05 28,94 3,61 35,59 3,00 35,1 37,54 3,71 28,70 3,26 27,93 4,15 34,90 3,62 71,3 35,56 4,24 26,98 3,86 25,70 4,61 32,97 4,01 102 33,90 3,85 25,74 3,66 24,32 4,52 31,72 3,89 145 32,92 3,92 24,50 3,56 23,28 4,04 30,74 3,73 206 31,83 3,70 23,72 3,45 22,27 3,88 29,76 3,45 294 30,91 3,46 22,90 3,26 21,39 3,55 28,97 3,21 419 30,24 3,17 22,07 2,92 20,58 3,16 28,09 2,98 597 29,43 2,76 21,33 2,51 19,78 2,72 27,33 2,61 851 28,70 2,30 20,65 2,06 19,08 2,20 26,64 2,15
1210 28,12 1,83 20,09 1,58 18,49 1,65 26,11 1,71 1730 27,52 1,22 19,51 0,98 17,92 0,94 25,49 1,04 2460 27,03 0,45 19,15 0,10 17,50 0,05 25,00 0,15 3510 26,63 -0,35 18,99 -0,44 17,21 -0,89 24,80 -0,76 5000 25,48 -1,86 18,05 -1,89 16,75 -1,98 23,43 -2,08
77
Çizelge A.3 : 74, 76, 77 ve 78 numaralı hücreler için 12 Aırı Dearj Testi öncesi ve sonrası test sonuçları.
74.0AD 74.12AD 76.0AD 76.12AD f Zre Zim Zre Zim Zre Zim Zre Zim
[Hz] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] 0,005 47,93 14,13 44,64 12,71 42,89 14,05 42,09 12,68
0,00713 45,92 10,39 42,10 10,05 40,77 10,36 39,60 10,35 0,0102 44,21 7,98 40,42 8,45 37,71 7,99 38,94 8,46 0,0145 42,94 6,54 39,96 6,27 36,53 6,59 37,86 5,98 0,0206 42,93 5,05 38,85 4,54 36,51 4,98 36,83 4,53 0,0294 42,25 3,50 37,97 3,60 35,84 3,53 36,21 3,89 0,0419 41,56 2,71 37,87 3,14 35,19 2,75 36,28 2,95 0,0597 41,44 2,48 37,70 2,14 35,14 2,48 35,77 2,04 0,0851 41,47 1,69 37,15 1,59 35,11 1,65 35,26 1,74 0,121 40,91 1,23 36,95 1,56 34,59 1,25 35,31 1,51 0,173 40,84 1,25 37,02 1,00 34,57 1,27 35,09 0,96 0,246 40,82 0,82 36,63 0,83 34,52 0,81 34,82 0,94 0,351 40,57 0,83 36,73 0,73 34,28 0,85 34,91 0,66
0,5 40,59 0,62 36,45 0,58 34,29 0,61 34,67 0,68 0,713 40,55 0,73 36,48 0,42 34,29 0,72 34,57 0,41 1,02 40,36 0,77 36,39 0,59 34,09 0,78 34,59 0,55 1,45 40,26 0,85 36,30 0,61 34,02 0,86 34,48 0,57 2,06 40,17 0,96 36,19 0,63 33,91 0,97 34,39 0,64 2,94 40,01 1,22 36,09 0,76 33,75 1,20 34,29 0,75 4,19 39,73 1,60 35,91 0,98 33,48 1,57 34,12 0,97 5,97 39,48 1,96 35,75 1,15 33,21 2,00 33,90 1,17 8,51 39,01 2,47 35,51 1,45 32,80 2,50 33,73 1,43 12,1 38,25 3,27 35,11 1,98 32,08 3,19 33,33 1,94 17,3 37,55 3,95 34,58 2,42 31,33 3,78 32,80 2,25 24,6 36,37 4,25 34,14 2,67 30,26 4,18 32,33 2,78 35,1 35,34 4,39 33,18 3,30 29,27 4,58 31,44 3,28 71,3 32,54 4,48 31,58 3,79 26,77 4,54 30,03 3,57 102 31,43 4,37 30,83 3,13 25,18 4,46 28,59 3,56 145 30,11 4,22 29,73 3,42 24,17 4,28 27,77 3,78 206 29,26 3,92 28,76 3,41 23,15 3,86 26,82 3,30 294 28,33 3,68 28,01 3,17 22,31 3,54 26,17 3,17 419 27,51 3,28 27,16 2,92 21,46 3,18 25,33 2,91 597 26,73 2,87 26,43 2,59 20,69 2,73 24,61 2,58 851 26,02 2,39 25,74 2,16 19,99 2,25 23,93 2,19
1210 25,47 1,89 25,23 1,70 19,45 1,72 23,39 1,80 1730 24,87 1,30 24,65 1,20 18,91 1,08 22,84 1,23 2460 24,42 0,52 24,25 0,59 18,45 0,16 22,41 0,58 3510 24,15 -0,27 23,78 -0,34 18,26 -0,49 22,13 -0,01 5000 23,08 -1,79 23,30 -1,07 17,93 -1,67 22,34 -1,58
77.0AD 77.12AD 78.0AD 78.12AD f Zre Zim Zre Zim Zre Zim Zre Zim
[Hz] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] 0,005 48,18 13,88 53,36 12,72 46,98 13,41 56,38 13,41
0,00713 45,89 10,26 52,52 11,03 45,92 11,11 53,89 9,86 0,0102 44,13 7,88 49,21 7,74 44,50 7,91 51,76 7,63 0,0145 43,02 6,60 47,72 5,80 43,23 6,02 50,63 6,56
78
0,0206 42,94 4,90 46,69 4,81 42,41 5,04 50,43 4,79 0,0294 42,15 3,46 46,79 3,90 42,56 3,85 49,56 3,36 0,0419 41,41 2,77 46,36 2,63 42,07 2,62 48,60 2,76 0,0597 41,37 2,48 45,63 2,06 41,47 2,15 48,45 2,45 0,0851 41,32 1,64 45,55 1,98 41,56 1,98 48,12 1,61 0,121 40,74 1,26 45,51 1,27 41,42 1,23 47,38 1,23 0,173 40,74 1,26 45,06 0,99 41,01 1,06 47,31 1,22 0,246 40,68 0,79 45,13 0,97 41,16 1,00 47,12 0,69 0,351 40,43 0,83 44,94 0,56 40,91 0,66 46,80 0,76
0,5 40,45 0,57 45,00 0,63 40,95 0,72 46,75 0,44 0,713 40,48 0,67 44,67 0,54 40,64 0,68 46,79 0,52 1,02 40,25 0,73 44,72 0,48 40,68 0,66 46,49 0,56 1,45 40,15 0,79 44,64 0,53 40,57 0,75 46,35 0,56 2,06 40,07 0,92 44,61 0,61 40,50 0,92 46,27 0,54 2,94 39,90 1,10 44,55 0,69 40,37 1,11 46,16 0,63 4,19 39,66 1,43 44,32 0,86 40,14 1,43 45,96 0,86 5,97 39,45 1,87 44,19 1,01 39,95 1,73 45,87 0,96 8,51 39,02 2,25 44,03 1,31 39,50 2,22 45,60 1,27 12,1 38,36 2,98 43,67 1,90 38,88 2,91 45,18 1,74 17,3 37,61 3,56 43,16 2,35 38,23 3,48 44,86 2,09 24,6 36,69 3,93 42,66 2,55 37,19 3,96 44,14 2,68 35,1 35,37 4,47 41,84 3,25 35,97 4,38 43,76 2,86 71,3 32,70 4,57 40,02 3,65 33,38 4,46 41,94 3,73 102 31,78 4,73 39,41 3,96 32,70 4,11 41,37 3,26 145 30,92 4,25 38,55 3,53 31,38 4,07 39,36 2,97 206 29,76 3,90 37,46 3,21 30,27 3,92 38,94 3,34 294 28,81 3,58 36,75 3,27 29,41 3,59 38,16 3,05 419 28,05 3,28 35,94 2,90 28,66 3,19 37,43 2,94 597 27,25 2,84 35,20 2,59 27,88 2,77 36,64 2,64 851 26,53 2,41 34,55 2,20 27,15 2,24 35,70 2,29
1210 25,95 1,92 34,01 1,78 26,63 1,70 35,13 1,93 1730 25,32 1,32 33,44 1,34 25,96 1,05 34,42 1,51 2460 24,98 0,61 33,18 0,58 25,46 0,20 34,03 1,04 3510 24,56 -0,08 32,79 -0,08 25,02 -0,39 33,53 0,57 5000 23,63 -1,28 31,73 -0,89 24,04 -2,03 32,00 0,08
79
Çizelge A.4 : 179, 469, 209 ve 210 numaralı hücreler için 1 saat Aırı arj Testi öncesi ve sonrası test sonuçları.
179.0A 179.1hA 469.0A 469.1hA f Zre Zim Zre Zim Zre Zim Zre Zim
[Hz] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] 0,005 40,96 12,85 79,56 28,50 40,96 12,85 70,03 26,87
0,00713 38,77 10,15 76,65 21,61 38,77 10,15 67,56 21,07 0,0102 37,64 8,20 72,87 16,26 37,64 8,20 64,14 15,55 0,0145 36,70 5,97 70,13 12,46 36,70 5,97 61,87 11,77 0,0206 35,90 4,61 69,24 10,41 35,90 4,61 60,65 9,90 0,0294 35,33 3,66 68,49 7,41 35,33 3,66 60,40 7,22 0,0419 35,21 2,85 67,12 5,58 35,21 2,85 59,24 5,35 0,0597 34,82 2,07 66,19 5,03 34,82 2,07 58,20 4,64 0,0851 34,48 1,67 66,33 4,08 34,48 1,67 58,40 4,04 0,121 34,38 1,40 65,41 3,03 34,38 1,40 57,81 2,91 0,173 34,22 0,99 64,78 3,18 34,22 0,99 57,02 2,93 0,246 34,03 0,86 64,83 2,85 34,03 0,86 57,19 2,81 0,351 34,02 0,66 64,02 2,92 34,02 0,66 56,40 2,74
0,5 33,88 0,62 63,86 3,16 33,88 0,62 56,31 3,04 0,713 33,78 0,46 63,11 3,79 33,78 0,46 55,50 3,62 1,02 33,77 0,56 62,24 4,38 33,77 0,56 54,76 4,06 1,45 33,70 0,58 61,25 5,01 33,70 0,58 53,81 4,74 2,06 33,59 0,68 59,96 5,54 33,59 0,68 52,62 5,37 2,94 33,49 0,80 58,38 6,01 33,49 0,80 51,10 5,79 4,19 33,32 1,04 56,64 6,32 33,32 1,04 49,48 6,12 5,97 33,18 1,31 55,04 6,45 33,18 1,31 47,94 6,19 8,51 32,90 1,64 53,42 6,36 32,90 1,64 46,42 6,23 12,1 32,49 2,17 51,91 6,54 32,49 2,17 44,87 6,47 17,3 32,04 2,69 50,50 6,65 32,04 2,69 43,62 6,49 24,6 31,26 3,12 48,98 6,69 31,26 3,12 42,03 6,58 35,1 30,43 3,52 47,26 6,57 30,43 3,52 40,39 6,85 71,3 28,49 4,05 44,53 7,15 28,49 4,05 36,95 7,04 102 27,35 3,87 42,92 6,76 27,35 3,87 35,82 6,88 145 26,45 3,69 40,78 6,91 26,45 3,69 33,94 6,72 206 25,39 3,52 39,21 6,45 25,39 3,52 32,36 6,19 294 24,53 3,30 37,70 6,00 24,53 3,30 30,92 5,86 419 23,80 2,97 36,28 5,69 23,80 2,97 29,50 5,55 597 23,06 2,60 34,85 5,20 23,06 2,60 28,16 5,06 851 22,41 2,17 33,53 4,57 22,41 2,17 26,88 4,44
1210 21,90 1,73 32,47 3,94 21,90 1,73 25,80 3,80 1730 21,35 1,17 31,32 3,09 21,35 1,17 24,70 2,98 2460 20,94 0,55 30,41 2,03 20,94 0,55 23,82 1,87 3510 20,71 -0,33 29,58 0,81 20,71 -0,33 23,24 0,77 5000 19,86 -1,40 29,30 -0,92 19,86 -1,40 22,48 -0,76
209.0A 209.1hA 210.0A 210.1hA f Zre Zim Zre Zim Zre Zim Zre Zim
[Hz] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] 0,005 40,96 12,85 76,92 23,77 40,96 12,85 74,78 25,65
0,00713 38,77 10,15 72,46 18,43 38,77 10,15 70,29 20,05 0,0102 37,64 8,20 69,94 15,39 37,64 8,20 66,90 16,00 0,0145 36,70 5,97 69,10 11,08 36,70 5,97 66,14 12,25 0,0206 35,90 4,61 67,31 8,24 35,90 4,61 64,43 8,99 0,0294 35,33 3,66 65,87 6,64 35,33 3,66 63,07 6,92
80
0,0419 35,21 2,85 65,72 5,70 35,21 2,85 62,39 6,04 0,0597 34,82 2,07 65,25 4,00 34,82 2,07 62,27 4,42 0,0851 34,48 1,67 64,16 3,21 34,48 1,67 61,27 3,40 0,121 34,38 1,40 63,88 3,25 34,38 1,40 60,69 3,32 0,173 34,22 0,99 63,75 2,40 34,22 0,99 60,80 2,70 0,246 34,03 0,86 63,00 2,30 34,03 0,86 60,05 2,37 0,351 34,02 0,66 63,03 2,30 34,02 0,66 60,03 2,58
0,5 33,88 0,62 62,40 2,43 33,88 0,62 59,36 2,51 0,713 33,78 0,46 62,14 2,48 33,78 0,46 59,20 2,71 1,02 33,77 0,56 61,66 3,09 33,77 0,56 58,60 3,44 1,45 33,70 0,58 60,99 3,62 33,70 0,58 57,90 4,04 2,06 33,59 0,68 60,03 4,25 33,59 0,68 56,89 4,66 2,94 33,49 0,80 58,86 4,84 33,49 0,80 55,67 5,41 4,19 33,32 1,04 57,49 5,38 33,32 1,04 54,22 6,02 5,97 33,18 1,31 56,01 5,66 33,18 1,31 52,66 6,49 8,51 32,90 1,64 54,55 5,85 32,90 1,64 50,94 6,76 12,1 32,49 2,17 53,17 6,11 32,49 2,17 49,15 7,28 17,3 32,04 2,69 51,89 6,20 32,04 2,69 47,52 7,59 24,6 31,26 3,12 50,33 6,45 31,26 3,12 45,62 7,78 35,1 30,43 3,52 48,64 6,79 30,43 3,52 43,85 7,87 71,3 28,49 4,05 45,87 6,96 28,49 4,05 39,99 7,72 102 27,35 3,87 44,23 6,63 27,35 3,87 37,88 7,62 145 26,45 3,69 42,42 6,43 26,45 3,69 35,91 6,97 206 25,39 3,52 40,77 6,00 25,39 3,52 34,26 6,64 294 24,53 3,30 39,28 5,71 24,53 3,30 32,67 6,06 419 23,80 2,97 38,04 5,35 23,80 2,97 31,46 5,66 597 23,06 2,60 36,75 4,91 23,06 2,60 30,13 5,14 851 22,41 2,17 35,52 4,37 22,41 2,17 28,83 4,51
1210 21,90 1,73 34,49 3,87 21,90 1,73 27,73 3,84 1730 21,35 1,17 33,38 3,18 21,35 1,17 26,55 2,92 2460 20,94 0,55 32,49 2,33 20,94 0,55 25,66 1,85 3510 20,71 -0,33 31,80 1,38 20,71 -0,33 25,12 0,57 5000 19,86 -1,40 30,67 0,25 19,86 -1,40 23,99 -0,38
81
Çizelge A.5 : 179, 469, 209 ve 210 numaralı hücreler için 2 saat Aırı arj Testi öncesi ve sonrası test sonuçları.
179.0A 179.2hA 469.0A 469.2hA f Zre Zim Zre Zim Zre Zim Zre Zim
[Hz] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] 0,005 40,96 12,85 96,33 31,70 40,96 12,85 84,68 27,56
0,00713 38,77 10,15 91,66 23,25 38,77 10,15 79,89 22,89 0,0102 37,64 8,20 87,58 17,86 37,64 8,20 78,56 17,15 0,0145 36,70 5,97 84,57 14,49 36,70 5,97 75,91 12,65 0,0206 35,90 4,61 84,26 11,38 35,90 4,61 73,94 9,82 0,0294 35,33 3,66 82,70 8,28 35,33 3,66 73,37 8,48 0,0419 35,21 2,85 80,88 6,62 35,21 2,85 73,07 6,19 0,0597 34,82 2,07 80,56 6,43 34,82 2,07 71,81 4,86 0,0851 34,48 1,67 80,40 5,10 34,48 1,67 71,06 4,83 0,121 34,38 1,40 78,99 4,58 34,38 1,40 71,16 4,23 0,173 34,22 0,99 78,43 5,29 34,22 0,99 70,18 3,78 0,246 34,03 0,86 77,88 5,09 34,03 0,86 69,62 4,52 0,351 34,02 0,66 76,46 6,02 34,02 0,66 69,01 4,50
0,5 33,88 0,62 75,42 6,50 33,88 0,62 67,98 5,48 0,713 33,78 0,46 73,65 7,55 33,78 0,46 66,41 5,97 1,02 33,77 0,56 71,46 8,21 33,77 0,56 65,05 6,63 1,45 33,70 0,58 69,23 8,53 33,70 0,58 63,17 7,11 2,06 33,59 0,68 67,00 8,49 33,59 0,68 61,28 7,37 2,94 33,49 0,80 64,83 8,26 33,49 0,80 59,32 7,30 4,19 33,32 1,04 62,86 8,04 33,32 1,04 57,60 7,24 5,97 33,18 1,31 61,15 7,65 33,18 1,31 56,03 6,97 8,51 32,90 1,64 59,42 7,59 32,90 1,64 54,28 6,90 12,1 32,49 2,17 57,53 7,65 32,49 2,17 52,72 6,92 17,3 32,04 2,69 55,86 7,55 32,04 2,69 51,32 6,87 24,6 31,26 3,12 54,48 7,61 31,26 3,12 49,70 6,99 35,1 30,43 3,52 52,31 7,69 30,43 3,52 47,91 7,18 71,3 28,49 4,05 48,62 7,90 28,49 4,05 45,06 6,95 102 27,35 3,87 46,92 7,81 27,35 3,87 42,64 7,42 145 26,45 3,69 45,13 7,34 26,45 3,69 40,59 7,03 206 25,39 3,52 43,34 6,97 25,39 3,52 39,55 6,42 294 24,53 3,30 41,97 6,60 24,53 3,30 38,08 6,21 419 23,80 2,97 40,34 6,34 23,80 2,97 36,68 5,88 597 23,06 2,60 38,82 5,90 23,06 2,60 35,23 5,46 851 22,41 2,17 37,35 5,35 22,41 2,17 33,92 4,93
1210 21,90 1,73 36,11 4,73 21,90 1,73 32,78 4,36 1730 21,35 1,17 34,75 3,99 21,35 1,17 31,55 3,62 2460 20,94 0,55 33,74 3,05 20,94 0,55 30,68 2,75 3510 20,71 -0,33 32,82 2,04 20,71 -0,33 29,84 1,74 5000 19,86 -1,40 31,18 1,06 19,86 -1,40 28,61 0,13
209.0A 209.2hA 210.0A 210.2hA f Zre Zim Zre Zim Zre Zim Zre Zim
[Hz] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] 0,005 40,96 12,85 84,06 27,33 40,96 12,85 66,02 23,37
0,00713 38,77 10,15 78,48 20,35 38,77 10,15 61,83 18,09 0,0102 37,64 8,20 74,76 15,64 37,64 8,20 59,34 14,92 0,0145 36,70 5,97 72,98 13,08 36,70 5,97 58,32 10,80
82
0,0206 35,90 4,61 71,97 9,39 35,90 4,61 56,74 8,15 0,0294 35,33 3,66 70,14 6,88 35,33 3,66 55,44 6,47 0,0419 35,21 2,85 68,95 5,85 35,21 2,85 55,28 5,50 0,0597 34,82 2,07 68,89 4,96 34,82 2,07 54,74 3,92 0,0851 34,48 1,67 68,26 3,47 34,48 1,67 53,85 3,16 0,121 34,38 1,40 67,13 3,06 34,38 1,40 53,57 3,11 0,173 34,22 0,99 67,23 2,99 34,22 0,99 53,40 2,35 0,246 34,03 0,86 66,71 2,28 34,03 0,86 52,76 2,27 0,351 34,02 0,66 66,32 2,65 34,02 0,66 52,80 2,23
0,5 33,88 0,62 65,94 2,35 33,88 0,62 52,18 2,40 0,713 33,78 0,46 65,75 2,78 33,78 0,46 51,88 2,42 1,02 33,77 0,56 65,01 3,35 33,77 0,56 51,54 3,07 1,45 33,70 0,58 64,39 3,94 33,70 0,58 50,89 3,59 2,06 33,59 0,68 63,44 4,51 33,59 0,68 49,92 4,16 2,94 33,49 0,80 62,22 5,23 33,49 0,80 48,80 4,77 4,19 33,32 1,04 60,73 5,92 33,32 1,04 47,47 5,20 5,97 33,18 1,31 59,31 6,27 33,18 1,31 46,04 5,48 8,51 32,90 1,64 57,57 6,59 32,90 1,64 44,73 5,66 12,1 32,49 2,17 55,85 7,19 32,49 2,17 43,15 5,94 17,3 32,04 2,69 54,27 7,19 32,04 2,69 41,77 5,94 24,6 31,26 3,12 52,56 7,64 31,26 3,12 40,55 6,11 35,1 30,43 3,52 50,23 7,96 30,43 3,52 38,88 6,50 71,3 28,49 4,05 46,65 7,42 28,49 4,05 36,31 6,40 102 27,35 3,87 44,52 7,63 27,35 3,87 34,66 6,09 145 26,45 3,69 43,14 7,32 26,45 3,69 32,91 6,02 206 25,39 3,52 41,18 6,58 25,39 3,52 31,19 5,72 294 24,53 3,30 39,62 6,24 24,53 3,30 29,90 5,55 419 23,80 2,97 38,31 5,74 23,80 2,97 28,76 5,08 597 23,06 2,60 36,91 5,23 23,06 2,60 27,52 4,59 851 22,41 2,17 35,62 4,64 22,41 2,17 26,35 4,01
1210 21,90 1,73 34,48 4,01 21,90 1,73 25,38 3,39 1730 21,35 1,17 33,31 3,17 21,35 1,17 24,36 2,56 2460 20,94 0,55 32,38 2,15 20,94 0,55 23,60 1,55 3510 20,71 -0,33 31,68 1,01 20,71 -0,33 22,93 0,48 5000 19,86 -1,40 30,42 -0,50 19,86 -1,40 22,09 -0,71
83
Çizelge A.6 : 231, 232, 238 ve 239 numaralı hücreler için 3 saat Aırı arj Testi öncesi ve sonrası test sonuçları.
231.0A 231.3hA 232.0A 232.3hA f Zre Zim Zre Zim Zre Zim Zre Zim
[Hz] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] 0,005 43,41 12,64 138,77 54,70 33,16 12,66 111,29 41,47
0,00713 40,96 10,20 131,44 44,68 30,63 9,92 105,22 34,90 0,0102 40,22 8,49 123,00 35,83 29,30 8,33 100,71 26,51 0,0145 39,37 5,94 117,81 29,00 28,85 6,06 96,79 21,41 0,0206 38,36 4,44 113,15 25,45 27,90 4,50 93,38 17,74 0,0294 37,69 3,76 109,68 22,49 27,16 3,57 92,19 15,42 0,0419 37,84 2,94 105,86 21,46 27,14 3,02 89,97 13,04 0,0597 37,40 1,97 101,83 21,08 26,91 2,07 87,78 12,00 0,0851 36,88 1,64 97,67 22,07 26,41 1,59 85,94 12,43 0,121 36,93 1,49 92,13 22,61 26,29 1,52 84,04 12,02 0,173 36,77 0,92 85,77 22,98 26,29 0,99 80,82 12,45 0,246 36,49 0,89 79,52 22,29 25,93 0,85 77,89 13,30 0,351 36,59 0,64 73,31 20,11 26,03 0,72 74,25 12,73
0,5 36,35 0,65 68,54 17,34 25,78 0,65 70,96 12,30 0,713 36,27 0,37 64,81 14,72 25,72 0,44 67,44 10,94 1,02 36,31 0,53 62,29 12,06 25,75 0,59 65,39 9,61 1,45 36,21 0,58 60,55 10,14 25,65 0,59 63,49 8,60 2,06 36,11 0,65 59,21 8,78 25,56 0,74 62,12 7,80 2,94 36,00 0,79 57,82 7,85 25,46 0,84 60,77 7,26 4,19 35,85 1,04 56,43 7,34 25,28 1,09 59,30 6,99 5,97 35,66 1,33 55,03 6,97 25,12 1,33 57,99 6,87 8,51 35,42 1,63 53,71 6,68 24,86 1,72 56,46 6,79 12,1 34,98 2,20 52,25 6,79 24,41 2,23 54,87 6,97 17,3 34,50 2,70 50,90 6,77 23,98 2,68 53,43 7,16 24,6 33,76 3,21 49,55 6,74 23,17 3,15 51,81 7,29 35,1 32,84 3,69 47,85 6,58 22,36 3,68 50,14 7,66 71,3 31,19 3,74 44,98 6,58 20,16 4,15 47,13 7,41 102 29,83 3,80 42,58 7,05 19,13 4,14 44,75 7,84 145 29,22 3,65 41,63 6,78 18,15 3,91 43,14 7,23 206 27,87 3,56 39,39 6,71 17,18 3,47 40,99 6,78 294 26,95 3,28 38,00 6,23 16,30 3,29 39,56 6,65 419 26,32 2,97 36,51 6,04 15,64 2,94 38,03 6,23 597 25,56 2,58 34,99 5,56 14,90 2,52 36,56 5,81 851 24,92 2,13 33,64 5,00 14,24 2,07 35,14 5,28
1210 24,40 1,69 32,46 4,39 13,77 1,56 33,92 4,78 1730 23,91 1,10 31,19 3,59 13,26 0,92 32,60 4,07 2460 23,46 0,39 30,24 2,56 12,92 0,34 31,52 3,25 3510 23,34 -0,25 29,56 1,52 12,79 -0,95 30,82 2,49 5000 22,47 -1,19 28,40 0,17 11,94 -2,36 29,01 1,32
238.0A 238.3hA 239.0A 239.3hA f Zre Zim Zre Zim Zre Zim Zre Zim
[Hz] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] [mohm] 0,005 47,95 13,57 135,29 53,07 39,32 12,52 104,74 40,75
0,00713 46,61 10,18 126,29 45,41 36,87 10,30 98,49 34,46 0,0102 44,71 7,64 122,17 35,24 36,33 8,32 94,19 26,24 0,0145 43,33 6,02 115,33 29,50 35,23 5,86 90,33 21,26
84
0,0206 43,12 5,07 110,93 24,78 34,24 4,45 86,94 17,50 0,0294 42,76 3,47 107,67 22,47 33,71 3,83 85,55 15,38 0,0419 42,07 2,55 104,09 20,72 33,80 2,86 83,52 12,99 0,0597 41,69 2,32 100,78 20,51 33,27 1,94 81,22 12,11 0,0851 41,85 1,74 96,45 20,92 32,80 1,73 79,20 12,57 0,121 41,41 1,14 91,52 21,55 32,91 1,46 77,25 12,35 0,173 41,17 1,13 85,75 21,94 32,65 0,90 73,87 12,66 0,246 41,28 0,79 79,55 21,38 32,42 0,93 70,70 13,38 0,351 40,97 0,67 73,90 19,43 32,50 0,61 67,04 12,60
0,5 41,08 0,48 69,32 16,97 32,30 0,68 63,87 11,87 0,713 40,99 0,63 65,49 13,98 32,13 0,41 60,64 10,54 1,02 40,82 0,57 63,26 11,78 32,20 0,54 58,72 9,15 1,45 40,82 0,56 61,42 10,12 32,11 0,59 57,15 8,14 2,06 40,69 0,62 60,08 8,95 31,99 0,70 55,94 7,38 2,94 40,61 0,76 58,64 8,16 31,91 0,82 54,62 6,92 4,19 40,40 1,00 57,04 7,75 31,76 1,04 53,19 6,74 5,97 40,37 1,22 55,51 7,52 31,56 1,36 51,86 6,65 8,51 40,03 1,57 54,01 7,29 31,29 1,65 50,46 6,62 12,1 39,62 2,07 52,40 7,41 30,97 2,17 48,78 6,89 17,3 39,17 2,66 50,87 7,49 30,53 2,70 47,50 7,12 24,6 38,53 2,98 49,28 7,44 29,59 3,14 45,77 7,09 35,1 37,56 3,16 47,91 7,77 28,98 3,56 43,94 7,34 71,3 35,70 4,12 44,47 7,94 26,92 4,20 40,29 7,40 102 34,49 3,63 42,00 7,66 25,94 3,92 38,61 7,25 145 33,67 3,65 39,96 7,88 24,75 3,56 36,78 6,96 206 32,78 3,46 38,10 7,49 23,76 3,58 35,37 6,72 294 31,97 3,31 36,55 7,12 22,89 3,30 33,77 6,17 419 31,11 3,02 34,87 6,69 22,11 2,95 32,43 5,92 597 30,37 2,70 33,26 6,24 21,41 2,59 31,04 5,45 851 29,73 2,31 31,73 5,72 20,74 2,16 29,68 4,94
1210 29,16 1,93 30,43 5,14 20,25 1,73 28,58 4,37 1730 28,60 1,47 28,99 4,42 19,65 1,19 27,28 3,68 2460 28,00 0,93 27,96 3,54 19,40 0,52 26,49 2,85 3510 27,72 0,13 26,97 2,56 19,00 -0,24 25,77 1,86 5000 26,77 -0,95 26,01 1,35 18,27 -1,08 24,42 0,35
85
EK B: Nyquist Diyagramları
222.0Ç
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
Zre [mohm]
Zim
[moh
m]
ekil A.1 : 222 nolu hücre çevrim öncesi Nyquist diyagramı.
222.20Ç
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
Zre [mohm]
Zim
[m
oh
m]
ekil A.2 : 222 nolu hücre 20 çevrim sonrası Nyquist diyagramı.
86
222.40Ç
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
Zre [mohm]
Zim
[moh
m]
ekil A.3 : 222 nolu hücre 40 çevrim sonrası Nyquist diyagramı.
222.60Ç
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
Zre [mohm]
Zim
[moh
m]
ekil A.4 : 222 nolu hücre 60 çevrim sonrası Nyquist diyagramı.
87
222.80Ç
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
Zre [mohm]
Zim
[m
ohm
]
ekil A.5 : 222 nolu hücre 80 çevrim sonrası Nyquist diyagramı.
295.0Ç
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
Zre [mohm]
Zim
[m
ohm
]
ekil A.6 : 295 nolu hücre çevrim öncesi Nyquist diyagramı.
88
295.20Ç
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
Zre [mohm]
Zim
[m
ohm
]
ekil A.7 : 295 nolu hücre 20 çevrim sonrası Nyquist diyagramı.
295.40Ç
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
Zre [mohm]
Zim
[m
oh
m]
ekil A.8 : 295 nolu hücre 40 çevrim sonrası Nyquist diyagramı.
89
295.60Ç
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
Zre [mohm]
Zim
[m
oh
m]
ekil A.9 : 295 nolu hücre 60 çevrim sonrası Nyquist diyagramı.
295.80Ç
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
Zre [mohm]
Zim
[mo
hm]
ekil A.10 : 295 nolu hücre 80 çevrim sonrası Nyquist diyagramı.
90
185.0AD
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
Zre [mohm]
Zim
[m
oh
m]
ekil A.11 : 185 nolu hücre Aırı Dearj öncesi Nyquist diyagramı.
185.6AD
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
Zre [mohm]
Zim
[mo
hm]
ekil A.12 : 185 nolu hücre 6 Aırı Dearj sonrası Nyquist diyagramı.
91
186.0AD
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
Zre [mohm]
Zim
[mo
hm]
ekil A.13 : 186 nolu hücre Aırı Dearj öncesi Nyquist diyagramı.
186.6AD
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
Zre [mohm]
Zim
[m
oh
m]
ekil A.14 : 186 nolu hücre 6 Aırı Dearj sonrası Nyquist diyagramı.
92
189.0AD
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
Zre [mohm]
Zim
[mo
hm]
ekil A.15 : 189 nolu hücre Aırı Dearj öncesi Nyquist diyagramı.
189.6AD
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
Zre [mohm]
Zim
[m
ohm
]
ekil A.16 : 189 nolu hücre 6 Aırı Dearj sonrası Nyquist diyagramı.
93
190.0AD
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
Zre [mohm]
Zim
[m
oh
m]
ekil A.17 : 190 nolu hücre Aırı Dearj öncesi Nyquist diyagramı.
190.6AD
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
Zre [mohm]
Zim
[m
oh
m]
ekil A.18 : 190 nolu hücre 6 Aırı Dearj sonrası Nyquist diyagramı.
94
74.0AD
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
Zre [mohm]
Zim
[mo
hm
]
ekil A.19 : 74 nolu hücre Aırı Dearj öncesi Nyquist diyagramı.
74.12AD
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
Zre [mohm]
Zim
[m
ohm
]
ekil A.20 : 74 nolu hücre 12 Aırı Dearj sonrası Nyquist diyagramı.
95
76.0AD
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
Zre [mohm]
Zim
[m
oh
m]
ekil A.21 : 76 nolu hücre Aırı Dearj öncesi Nyquist diyagramı.
76.12AD
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
Zre [mohm]
Zim
[m
oh
m]
ekil A.22 : 76 nolu hücre 12 Aırı Dearj sonrası Nyquist diyagramı.
96
77.0AD
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
Zre [mohm]
Zim
[mo
hm]
ekil A.23 : 77 nolu hücre Aırı Dearj öncesi Nyquist diyagramı.
77.12AD
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
Zre [mohm]
Zre
[mo
hm
]
ekil A.24 : 77 nolu hücre 12 Aırı Dearj sonrası Nyquist diyagramı.
97
78.0AD
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
Zre [mohm]
Zim
[m
ohm
]
ekil A.25 : 78 nolu hücre Aırı Dearj öncesi Nyquist diyagramı.
78.12AD
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00
Zre [mohm]
Zim
[m
ohm
]
ekil A.26 : 78 nolu hücre 12 Aırı Dearj sonrası Nyquist diyagramı.
98
179.0A
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00
Zre [mohm]
Zim
[m
oh
m]
ekil A.27 : 179 nolu hücre Aırı arj öncesi Nyquist diyagramı.
179.1hA
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00
Zre [mohm]
Zim
[m
ohm
]
ekil A.28 : 179 nolu hücre 1 saat Aırı arj sonrası Nyquist diyagramı.
99
179.2hA
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00
Zre [mohm]
Zim
[m
oh
m]
ekil A.29 : 179 nolu hücre 2 saat Aırı arj sonrası Nyquist diyagramı.
469.0A
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00
Zre [mohm]
Zim
[m
oh
m]
ekil A.30 : 469 nolu hücre Aırı arj öncesi Nyquist diyagramı.
100
469.1hA
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00
Zre [mohm]
Zim
[m
ohm
]
ekil A.31 : 469 nolu hücre 1 saat Aırı arj sonrası Nyquist diyagramı.
469.2hA
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00
Zre [mohm]
Zim
[m
oh
m]
ekil A.32 : 469 nolu hücre 2 saat Aırı arj sonrası Nyquist diyagramı.
101
209.0A
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00
Zre [mohm]
Zim
[m
oh
m]
ekil A.33 : 209 nolu hücre Aırı arj öncesi Nyquist diyagramı.
209.1hA
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00
Zre [mohm]
Zim
[m
ohm
]
ekil A.34 : 209 nolu hücre 1 saat Aırı arj sonrası Nyquist diyagramı.
102
209.2hA
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00
Zre [mohm]
Zim
[m
oh
m]
ekil A.35 : 209 nolu hücre 1 saat Aırı arj sonrası Nyquist diyagramı.
210.0A
-10,00
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00
Zre [mohm]
Zim
[m
oh
m]
ekil A.36 : 210 nolu hücre Aırı arj öncesi Nyquist diyagramı.
103
ekil A.37 : 210 nolu hücre 1 saat Aırı arj sonrası Nyquist diyagramı.
ekil A.38 : 210 nolu hücre 2 saat Aırı arj sonrası Nyquist diyagramı.
210.1hA
-10,00 -5,00 0,00 5,00
10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00 90,00 100,00
Zre [mohm]
Zim [mohm]
210.2hA
-5,00
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00
Zre [mohm]
Zim [mohm]
104
231.0A
-10,00
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00
Zre [mohm]
Zim
[m
oh
m]
ekil A.39 : 231 nolu hücre Aırı arj öncesi Nyquist diyagramı.
231.3hA
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00
Zre [mohm]
Zim
[m
oh
m]
ekil A.40 : 231 nolu hücre 3 saat Aırı arj sonrası Nyquist diyagramı.
105
232.0A
-10,00
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00
Zre [mohm]
Zim
[m
oh
m]
ekil A.41 : 232 nolu hücre Aırı arj öncesi Nyquist diyagramı.
232.3hA
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00
Zre [mohm]
Zim
[m
oh
m]
ekil A.42 : 232 nolu hücre 3 saat Aırı arj sonrası Nyquist diyagramı.
106
238.0A
-10,00
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00
Zre [mohm]
Zim
[m
oh
m]
ekil A.43 : 238 nolu hücre Aırı arj öncesi Nyquist diyagramı.
238.3hA
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00
Zre [mohm]
Zim
[m
oh
m]
ekil A.44 : 238 nolu hücre 3 saat Aırı arj sonrası Nyquist diyagramı.
107
239.0A
-10,00
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00
Zre [mohm]
Zim
[m
oh
m]
ekil A.45 : 239 nolu hücre Aırı arj öncesi Nyquist diyagramı.
239.3hA
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00
Zre [mohm]
Zim
[m
oh
m]
ekil A.46 : 239 nolu hücre 3 saat Aırı arj sonrası Nyquist diyagramı.
108
109
ÖZGEÇM
Ad Soyad: Tevhit Cem KAYPMAZ
Doum Yeri ve Tarihi: stanbul 1974
Adres: Soyak Yeniehir Manolya Evleri A3 / 49 34770 Ümraniye stanbul
Lisans Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi (1992-1996)
Elektrik Elektronik Fakültesi
Elektrik Mühendislii Bölümü
Yüksek Lisans Üniversite: stanbul Teknik Üniversitesi (1996-1999)
Fen Bilimleri Enstitüsü
Elektrik Mühendislii Programı
Yayın Listesi:
Kaypmaz T.C., Uzun D. and Tuncay R.N., 2008. Analysis of Overcharge & Overdischarge Characteristics and Failure Detection of Li-ion Polymer Batteries. International Conference on Automotive Technologies – ICAT 08, November 13-14, 2008 Istanbul, Turkey.
Kaypmaz T.C., Mazman M., Uzun D., Paker G, Yıldırım M. and Tırıs M., 2008. NiMH Battery Pack for HEV. International Conference on Automotive Technologies – ICAT 08, November 13-14, 2008 Istanbul, Turkey.
Kaypmaz T.C, Tokgöz Köylü S, Uzun D., 2007. Primer Bataryaların Performans Deerlendirmesi, TÜBTAK Dı Destekli Proje Sonuç Raporu, Kocaeli, Türkiye.
Uzun D, Tokgöz Köylü S., Kaypmaz T.C., Mazman M., 2007. leri Batarya Üretim Teknolojilerinin Gelitirilmesi. TÜBTAK Devlet Planlama Tekilatı Destekli Proje Sonuç Raporu, Kocaeli, Türkiye.
Kaypmaz T.C, Uzun D., Mazman M, Tokgöz Köylü S., 2006. Hibrid Elektrikli Araç için Batarya Modülü Gelitirilmesi, TÜBTAK Dı Destekli Proje Raporu, Kocaeli, Türkiye.
Kaypmaz T.C., Türkay B., 1999. Bir Çimento Fabrikasında Harmonik Ölçümleri ve Güç Katsayısı Düzeltilmesi. Elektrik-Elektronik Bilgisayar Mühendislii 8. Ulusal Kongresi, 6-12 Eylül 1999, Gaziantep, Türkiye.
Türkay B., Kaypmaz T.C., 1999. Harmonic Measurement and Power Factor Correction in a Cement Factory. International Conference on Electrical and Electronics Engineering-ELECO 99, December 1-5, 1999 Bursa, Turkey.