Energiasalvesti mudel elektrilisele õhusõidukile

Lõputöö raames osaleti Tallinna Tehnikakõrgkooli mehaanikateaduskonna elektrilise motoparaplaani projektis. Motoparaplaan vajas energiaallikat. Energiaallikaks planeeriti silindrilistest liitium-ioonelementidest koosnev energiasalvesti, mille peamine eesmärk on varustada elektriga õhusõiduki välisrootoriga püsimagnet-sünkroonmootorit. Lõputöö teemaks valiti „Energiasalvesti mudel elektrilisele õhusõidukile“. Modelleerimisega on energiasalvesti projekteerimine korratav tegevus ning kohaldatav teistele elektrisõidukitele ja akuelementidele. Tulemus: motoparaplaanile projekteeriti energiasalvesti, mis tagab õhusõiduki välisrootoriga püsimagnet-sünkroonmootorile pideva mehaanilise võimsuse 4000 W, kestusega 23 minutit. Selle kestusaja jooksul saab motoparaplaaniga teha kaks lendu ning tõusta mõlemal korral vähemalt 600 meetri kõrgusele maapinnast. Hüpotees: Mootori andmete, akuelemendi andmete ja süsteemi töökestuse põhjal on võimalik modelleerida optimaalse elementide koguse ja -asetusega energiasalvesti. Koostati energiasalvesti põhimõtteskeem ning uuriti ICR18650-26F liitium-ioonelementide andmelehti. Mootori andmete, elemendi andmete, süsteemi kasuteguri ja -töökestuse põhjal koostati mudel. Modelleerimiseks kasutati elementide põhiparameetrite valemeid. Mudel sisestati programmi PTC MathCad 15.0. Püsitatud hüpotees leidis osaliselt tõestust. Lisaks mootori ja elemendi andmetele peab arvestama kasuteguritega. Mudel on praktiliselt kasutatav, kohaldatav teistele elektrisõidukitele ja elementidele. Mudelit on võimalik laiendada mitme mootoriga süsteemidele ja pikemale tühjendamisajale. Töö tulemusena valmisid: • energiasalvesti mudel elektrilisele õhusõidukile; • motoparaplaani elektriskeem; • korpusesse integreeritud energiasalvesti 3D-joonis. Lõputöö tulemustele toetudes tehakse järgnevad ettepanekud: • tutvustada projekti meeskonnale ja teistele asjast huvitatud osapooltele töö tulemusi; • rakendada mudelit LiPo elementidel; • keskenduda tulevastes uuringutes energiasalvestite haldus- ja tugisüsteemidele; • uurida energiasalvestite ning korpuste tööstusdisaine ja patente.

The topic of this thesis is derived from Tallinn University of Applied Sciences electrical paraglider project. An electrical paraglider needed a power source. A battery pack of cylindrical Lithium-ion cells was chosen. The main purpose of the battery pack is to supply power to the exterior-rotor permanent magnet synchronous motor. Topic of the thesis is “Electrical Energy-Storing Device Model for an Electric Aircraft”. By modelling a battery, its design-process is reproducible and applicable to other electrical vehicles and battery cells. Result: a battery was designed, that provides 4000 W of mechanical power to the exterior-rotor permanent magnet synchronous machine for 23 minutes – enough time to make two flights that each reach at least an altitude of 600 meters. Hypothesis: a battery pack with an optimal layout and the number of cells can be modelled based on the motor- and cell data. A block diagram of the battery was created and datasheets of ICR18650-26F cells were examined. A model was created based on the motor- and cell data; efficiency and runtime of the system. PTC MathCad 15.0 was used for modelling. The hypothesis of the thesis was partially proven. In addition to motor- and cell data, efficiency of the system is needed. The model is usable in practice and applicable to other electrical vehicles and battery cells. The model is adaptable to multi-motor systems and longer runtimes. With this thesis, following work resulted: • electrical energy-storing device model for an electric aircraft; • electrical schematic for the paraglider; • 3D-CAD drawing of the battery pack integrated into a housing. Based on the results of the thesis, following suggestions are made: • present the results of the thesis to electrical paraglider project-team and other interested parties; • apply the model to LiPo cells; • focus future research on battery management- and support systems; • research industrial designs and patents of battery packs and housings.