Hava Aracı Batarya Hücresinin Modellenmesi

Öz

Enerji depolama aracı olarak kullanılan bataryalar, günümüzde çok yaygın bir şekilde kullanılmakta olup, büyük bir öneme sahiptir. Birçok farklı teknolojide bataryalar kullanılmakta ve geliştirilmektedir. Bataryalar, günümüzde bilgisayarlar, elektrikli araçlar, elektronik cihazlar ve hava araçları gibi pek çok alanda karşımıza çıkmaktadır. Çok farklı ve çeşitli alanlarda kullanılmalarından dolayı batarya tercihleri, kullanım amaçlarına göre olmaktadır. Bu çalışmada uçaklarda kullanılan nikel-kadmiyum (Nickel-Cadmium, Ni-Cad) tipi bataryaların özellikleri ve kullanım amaçları üzerinde durulmuştur. Ni-Cad batarya hücresinin şarj ve deşarj anındaki modellemesi, MATLAB/Simulink kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Modelleme gerçekleştirilirken Thevenin eşdeğer devre modelinden yararlanılmıştır. Bu çalışma kapsamında Ni-Cad batarya hücresinin şarj ve deşarj testlerinin yapıldığı atölyeden deneysel test verileri alınmıştır. Bu deneysel test verilerinden elde edilen grafikler ile gerçekleştirilen modellemeden elde edilen grafikler karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma neticesinde birbirine yakın başarılı sonuçlara ulaşıldığı görülmüştür. Bu çalışmada yapılan modelleme ile daha hızlı, güvenilir bir sistem yapılmış olup, üretici firmaların test amaçlı verilere kolayca ulaşabileceği düşünülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• Batarya
• Ni-Cad
• Hava Aracı
• Simulink
• Modelleme

Modeling of Aircraft Battery Cell

Abstract

Batteries, which are used as energy storage tools, are widely used today and are of great importance. Batteries are used and developed in many different technologies. Today, batteries appear in many areas such as computers, electrical vehicles, electronic devices and aircraft. Since they are used in many different and various fields, battery preferences can be determined according to the purpose of use. In this study, the properties and usage purposes of nickel-cadmium (Nickel-Cadmium, Ni-Cad) type batteries used in aircraft are emphasized. The modeling of the Ni-Cad battery cell at the time of charge and discharge was carried out using MATLAB/Simulink. While modeling, Thevenin equivalent circuit model was used. Within the scope of this study, experimental test data were obtained from the workshop where charge and discharge tests of Ni-Cad battery cells were carried out. The graphs obtained from those experimental test data the modeling performed were compared. As a result of the comparison, it was seen that successful results were obtained close to each other. With the modeling made in this study, a faster and more reliable system was created and it was thought that manufacturers could easily access data for testing purposes.

Keywords

• Battery
• Ni-Cad
• Aircraft
• Simulink
• Modeling

Kaynakça

1. Avgın, M.S., Yılmaz, A.S., & Ünsal, M. (2014). Lityum ion bataryaların deşarj durumu davranışlarının genetik ifade programlama ile kestirimi. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 17(1), 10-15.
2. Ceylan, M., Sarıkurt, T., & Balıkçı, A. (2013). Elektrikli araçlarda kullanılan lityum-iyon bataryalar için model geliştirilmesi, in 5. Enerji Verimliliği ve Kalitesi Kongresi, (23-24. ss).
3. Circuit Digest. (2018). Ni-Cad Battery Charger Circuit. Erişim adresi https://circuitdigest.com/electronic-circuits/ni-cd-battery-charge-circuit
4. Çelik, S. (2022). Benzetim yöntemleri kullanilarak hava araci batarya sistemlerinin modellenmesi, Erciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, Kayseri.
5. Dirani, H.C., Semaan, E., & Moubayed, N. (2013). Impact of the current and the temperature variation on the Ni-Cd battery functioning. In 2013 The International Conference on Technological Advances in Electrical, Electronics and Computer Engineering (TAEECE) (339-343.ss.). Konya, Türkiye.
6. Elektrikce.com (2008). Pillerin çalışma prensibi ve pil çeşitleri. Erişim adresi https://www.elektrikce.com/pillerin-calisma-prensibi-ve-pil-cesitleri/
7. Elektrik Port. (2012). Batarya ve piller. Erişim adresi https://www.elektrikport.com/makale-detay/batarya-ve-piller/4228#ad-image-0
8. ElectronicsTutorials. (2021). Thevenin’s Theorem, Erişim adresi https://www.electronics-tutorials.ws/dccircuits/dcp_7.html#:~:text=Thevenin's%20Theorem%20states%20that%20%E2%80%9CAny,resistance%20connected%20across%20the%20load%E2%80%9C

9. Huria, T., Ceraolo, M., Gazzarri, J., & Jackey, R. (2013). Simplified extended kalman filter observer for soc estimation of commercial power-oriented lfp lithium battery cells. SAE Technical Paper, 01-1544.
10. Industrial Electronics. (2020). Aircraft electronics and electrical system: Batteries. Erişim adresi http://www.industrial-electronics.com/aircraft_5.html
11. Kasim, R., Abdullah, A.R., Selamat, N.A., Basir, M.S.S.M., & Ramli, M.Z. (2016). Nickel-cadmium battery analysis using spectrogram, ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 11(6), 3975-3979.
12. Mak, C. (2015). Modeling and Simulation of Commercial Aircraft Electrical Systems, University of Illinois at Urbana-Champaign, Degree of Master, Urbana Illinois.
13. MathWorks. (2022). MathWorks-Simscape, Erişim adresi https://www.mathworks.com/products/simscape.html
14. Operating and maintenance manual for Ni-Cd aircraft batteries. (2017). Saft, France.
15. Polatöz, H.S. (2019). Havacılıkta Kullanılan Lityum Tabanlı Bataryaların Yapay Sinir Ağları ile Ömür Kestirimine Katkılar, İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, İstanbul.
16. Sperandio, G.S., Junior, C.L.N., & Abado G.J. (2011). Modeling and simulation of nickel-cadmium batteries during discharge. Conference Paper in IEEE Aerospace Conference Proceedings, (1-8. ss.). Big Sky, MT, USA.
17. Şefkat, G., & Özel, M.A. (2020) Elektrikli Araçlarda Kullanılan Pil Hücresinin Elektriksel ve Termal Modeli, Uludağ University Journal of The Faculty of Engineering, 25(1), 51-64.
18. Taşdemir, C. (2021). Simulink dersleri. Erişim adresi http://www.ee.hacettepe.edu.tr/~solen/Matlab/Coskun%20Tasdemir'den/Simulink'e%20Giris.pdf
19. Uzunoğlu, M., Kızıl, A., & Onar, Ö.Ç. (2003). Her Yönü İle Matlab, Türkmen Kitapevi, İstanbul.
20. Wikipedia. (2022). Nickel-cadmium battery. Erişim adresi https://en.wikipedia.org/wiki/Nickel%E2%80%93cadmium_battery