Elektrikli uçaklar için lityum tabanlı batarya yönetim sistemi modellemesi ve tasarımı
Modeling and design of lithium-based battery management system for electric aircraft
Yazar: BURAK TARHAN
Danışman: PROF. DR. TAHİR HİKMET KARAKOÇ ; DR. ÖZGE YETİK
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Havacılık Elektrik ve Elektroniği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Havacılık Mühendisliği = Aeronautical Engineering
Dizin: Altium simülasyonu = Altium simulation ; Batarya = Battery ; Elektrikli ulaşım sistemleri = Electric transport systems ; Lityum iyon pil = Lithium ion battery ; Yönetim sistemleri = Management systems

Özet:
Havacılık endüstrisinin mevcut zorlukları arasında enerji ihtiyaçları ve çevre kirliliği konuları önemli bir yer almaktadır. Dünyada enerji ve çevre sorunlarının çözümü için son yıllarda atılan adımlardan biri lityum türevli bataryaların kullanılmasıdır. Bu çözüm doğrultusunda, otomotiv ve havacılık sektörlerinde kullanılmaya başlanan bataryaların tek başına yeterli olmadığı gözlenmiştir. Bunun nedeni bataryaların hatalı kullanımı veya zorlu koşullarda çalışmaktan kaynaklanan hasarlar alması olarak verilmiştir. Bu sorunların kontrol altına alınması için batarya yönetim sistemine (BYS) ihtiyaç duyulduğu anlaşılmıştır. Bir BYS'nin görevi lityum batarya paketinin ve batarya hücrelerinin gerilimini, sıcaklığını, akımını, şarj durumunu (SoC), sağlık durumunu (SoH) ölçmesi ve kontrol etmesi olarak tanımlanmaktadır. Bu değerlerin haberleşme yöntemi ile kullanıcı ara yüzüne iletilmesi ve kayıtların tutulması gerekmektedir. Bu amaçlar doğrultusunda, elektrikli uçaklar için iki farklı özelliğe sahip Lityum İyon (Li-Ion) ve Lityum Demir Fosfat (LFP) bataryaları kullanarak ayrı portlar üzerinden çalıştırabilen ve kontrol edebilen hibrid BYS modellenmiştir. Yeni yaklaşımla BYS tasarımı için Altium programı kullanılmış ve hücre ölçümleri için LTC6804 mikroişlemci seçilmiştir.

Abstract:
Among the current challenges of the aviation industry, energy needs and environmental pollution issues take an important place. One of the steps taken in recent years for the solution of energy and environmental problems in the world is the use of lithium-derived batteries. In line with this solution, it has been observed that the batteries, which have started to be used in the automotive and aviation sectors, are not sufficient on their own. This is due to the batteries being damaged by misuse (over-discharging or over charging) or operating in harsh conditions (low or high temperature). It has been understood that a battery management system (BMS) is needed to control these problems. BMS ensures that the operating conditions of the battery are in the ideal range. The task of a BMS is defined as measuring and controlling the voltage, temperature, current, state of charge (SoC), state of health (SoH) of the lithium battery pack and battery cells. These values should be transmitted to the user interface by a communication method and records of the information should be kept. For these purposes, a hybrid BMS that can operate and control two different Lithium Ion (Li-Ion) and Lithium Iron Phosphate (LFP) batteries through separate ports has been designed for electric aircraft. With the new approach, Altium program was used for BMS design and LTC6804 microprocessor was chosen for cell measurements.