항공용 배터리 테스트 탐색

조나단 디블(Jonathan Dyble)의 말

항공 분야의 대체 연료가 탄력을 받기 시작했습니다. 2021년 11월, 롤스로이스 엔지니어들은 Spirit of Innovation으로 전기 속도 기록을 경신했습니다. 최신 배터리 기술과 순수 전동식 파워트레인을 탑재한 개조된 스포츠 키트 비행기는 555.9km/h(345.4mph)의 속도에 도달했습니다. 이 기록을 달성한 지 이제 1년이 훨씬 넘었으며, 전기 자동차의 기술은 하이브리드 항공기는 계속해서 성숙해지고 있습니다. 예를 들어, 리튬 배터리를 사용하여 14개의 프로펠러용 전기 모터를 구동하고 분산 전기 추진 효과를 조사하는 데 초점을 맞춘 NASA의 실험용 X-57 완전 전기 항공기가 곧 비행할 것으로 예상됩니다.

전기화 관련 문제에도 불구하고 업계 관계자들은 전기 비행기가 중기적으로 상업용 단거리 비행에 적합하다고 믿고 있습니다.

그러나 하이브리드와 전기 모두 전기 추진 시스템을 개발하는 기체 제작자가 계속해서 직면하고 있는 과제는 여전히 많습니다. 사용할 배터리 셀 결정부터 셀 구성, 크기, 무게 및 전력 최적화, 실제 사용 사례에서 배터리의 성능 평가에 이르기까지 엔지니어는 테스트 전략을 개발하고 탐색할 때 탐색할 수 있는 새로운 기술과 접근 방식이 여전히 많이 있습니다. 최종 제품.

풍동 테스트를 통해 Airbus EcoPulse용 전기 엔진의 프로펠러 및 냉각 프로세스 성능을 검증했습니다(이미지: Airbus).

다행스럽게도 전기차(EV) 부문은 더 빠른 발전을 위한 길을 닦고 있습니다. 주로 EV용 리튬 이온 배터리 기술은 지난 15년 동안 극적인 발전을 이루었습니다. 미국 에너지부(DOE)는 2022년 전기차용 리튬이온 배터리 가격이 2008년보다 약 89% 낮아진 것으로 추정했다. 블룸버그는 올해 리튬이온 배터리 가격이 kWh당 100달러 이하, 61달러 이하로 떨어질 것으로 전망했다. 2030년까지 /kWh, 아직 도달하지 않았다면 기존 연료 모델과 가격 동등에 도달하게 됩니다.

그러나 이러한 발전을 자동차에서 항공우주 부문으로 옮기는 것은 어렵습니다. 이는 단순히 자동차 부문에서 승인된 배터리를 항공기에 사용하기 위해 크기를 늘리는 경우가 아닙니다.

"셀 수준에서 배터리를 뒷받침하는 기술은 근본적으로 항공우주와 자동차에서 동일합니다. 그러나 항공우주 전자화의 첫 번째 구현에서는 다양한 애플리케이션이 설계, 개발, 제조 및 인증 프로세스의 모든 요소에서 중요한 변화를 주도합니다"라고 Martin Dowson은 설명합니다. 영국 WMG의 수석 엔지니어이자 배터리 시스템 엔지니어링 및 연구 책임자입니다.

WMG는 워릭 대학교(University of Warwick)의 학술 부서로, 도입 이후 자동차 회사를 위한 EV 배터리 팩을 테스트해 왔으며 현재는 점점 더 항공우주 부문에 서비스를 제공하고 있습니다. Dowson은 항공기 배터리 사용과 관련된 기술 및 규제 문제에 대해 잘 알고 있습니다.

"항공우주 기업은 실제로 배터리가 안전하다는 것을 증명해야 하는 반면, 자동차 기업은 개별 안전 테스트를 통과하는 데 더 중점을 둡니다."라고 그는 말합니다.

"자동차에는 차량당 하나의 배터리 팩만 있는 반면, 비행기에는 개별 요소의 고장에 견고한 방식으로 구성된 여러 팩으로 구성된 에너지 저장 시스템이 필요합니다. 또한 시스템과 팩 수준 모두에서 자동차 팩은 항공우주 응용 분야에서 안전이 매우 중요해질 것입니다."

여기에서 Dowson은 충전 상태(SOC), 에너지 상태(SOE), 전력 상태(SOP) 및 건강 상태와 같은 다양한 배터리 상태에 대한 모델 기반 추정인 SOX(State Of X)의 중요성을 지적합니다. (소). SOX는 최신 배터리 관리 시스템의 셀 상태와 성능에 대한 통찰력을 제공합니다.

"자동차 분야에서 SOX에는 실패 모드가 있습니다"라고 Dowson은 말합니다. "예를 들어, 이는 낮은 충전 상태에서 차량 성능이 약간 저하될 수 있는 등 고객 불만으로 이어질 수 있습니다.

"그러나 항공우주 애플리케이션에서 이 데이터는 항공기가 안전하게 착륙하거나 착륙 중단 시나리오(에너지 및 전력이 부족한 작업)를 수행하는 능력에 매우 중요합니다. 자동차 애플리케이션에서 운전자는 속도를 늦추고 집으로 절뚝거릴 수 있습니다. 항공기는 여유가 없습니다. 이 럭셔리함."