Uçaklarda kullanıma yönelik batarya ısıl yönetim sistemlerinin araştırılması

Abstract

Sürdürülebilir havacılık yenilenebilir enerji kullanımını gerektirmektedir. Havacılıkta elektrik ve dolayısı ile batarya kullanımı, çevresel hassasiyetleri de dikkate alan bir çözüm olarak öne çıkmaktadır. Bataryaların ısıl yönetimlerinin önemini ve gerekliliği yaşanan pratiklerle ortaya konulmuştur. Bataryalarda hücreler arası dengenin sağlanması, ısıl kaçışın engellenmesi ve ekonomik ömrün geliştirilmesi amacı ile ısıl yönetim gereklidir. Ancak batarya ısıl yönetiminin getirdiği ek ağırlık ve enerji tüketimi, zaten özgül enerji seviyeleri istenenin altında olan bataryaların etkinliğini daha da azaltmaktadır. Elektrikli uçak kavramı ve uçaklarda elektrik kullanımının gelişimi incelenmiştir. Ardından batarya yönetimine yönelik gereksinimler doğrultusunda batarya yönetim sisteminin ve ısıl yönetim sisteminin temel işlevleri ve özellikleri açıklanmıştır. Batarya türleri ve parametreleri incelenerek, bataryaların termodinamik, ısı transferi ve elektrokimyasal açıdan analizleri yapılmıştır. Batarya sıcaklığının belirlenmesine yönelik analiz sonuçları ortaya konmuştur. Deney düzenekleri geliştirilmiş ve yapılan deneylerde farklı batarya konfigürasyonlarının, ısıl davranışı, ısıl kaçış, verim ifadeleri, sıcaklık değişimleri ve değişim hızları ölçülmüştür. Bataryaların endotermik ve ekzotermik davranışları incelenmiş, analiz sonuçları ile deney ölçümlerinin uyuştuğu tespit edilmiştir. Batarya boyutlandırılma ve hücre seçimine yönelik analizler sunulmuştur. Bir genel havacılık uçağında kullanılan kurşun asit batarya yerine lityum alternatifleri geliştirilmiştir. Isı üretiminin akım değeri ile anlık batarya kapasitesine bağlı olduğu görülmüştür. Üretilen ısının büyük kısmının kayıp enerji olarak atıldığı değerlendirilmiştir. Batarya yönetim sistemleri ve bağlantı elemanlarının ısı üretimine katkılarının ısıl yönetim açısından önemli olduğu görülmüştür. Isıl kaçış deneysel olarak gözlenmiş, batarya hücrelerinin etkileşimleri incelenmiştir. Yüksek batarya kapasitesi kullanımının, ısıl yönetime duyulan ihtiyacı azalttığı görülmüştür. Enerji verimi %90 üzerinde olan bataryalarda ekserji veriminin %54 olduğu hesaplanmıştır.