California Üniversitesi’ne bağlı Jacobs Mühendislik Okulu’ndaki araştırmacılar, hükümetin sağladığı 9.6 milyon dolarlık bağışla yürütülen araştırmalarda, teknoloji dünyasına çok büyük katkısı olabilecek bir atılım gerçekleştirdi.
ABD Enerji Bakanlığı’na bağlı ARPA-E araştırma kurumu, otomotiv parçaları tedarik eden Bosch ve batarya üreticisi Cobasys’in destek verdiği projede, bataryaların etkinliğini artıracak algoritma geliştirilmesi amaçlandı.
Jacobs Mühendislik Okulu’nun Mekanik ve Uzay-Havacılık Mühendisliği Bölümü’nde görevli olan profesör Miroslav Krstic ve Dr. Scott Moura, proje kapsamındaki paranın 460 bin dolarıyla yürüttükleri projede önemli bir başarı elde etti.
Krstic, “Matematik modellerine dayanan, geliştirilmiş tahmin algoritmaları sayeasinde, bataryalar çok daha hızlı şarj olacak ve elektrik motorlarda çok daha güçlü çalışacak... Bu teknoloji, insanların fiziksel olarak karşılarında görecekleri ürünlere dönüşecek” dedi.
Elektrikli motor kullanan otomobillerde de kullanılacak olan teknoji, bu kapsamda lityum-iyon bataryaların çok daha güçlü kılınması adına ilk kez denenen bir yöntem olmasıyla dikkat çekiyor. Krstic ve Moura, kendine has olan yöntemlerinde, voltajı ve akımı denetlemek yerine, lityum-iyon bataryanın içinde fiziksel olarak ne olup bittiğini tahmin edebilen karmaşık algoritmalar geliştirdi. Krstic, “Elektrokimyasal seviyede, bataryanın şarj durumu hakkındaki bilgiyi bize sunabilecek spesifik algoritmaya sahibiz” dedi.
Krstic ve Moura, karmaşık formüllerin içinden çıkmayı başarırsa, elektrikli araçların geliştirilmesinde çok önemli bir başarı elde edilebilir.
MEVCUT TEKNOLOJİ TARİH OLABİLİR
Elektronik üreticileri, bataryalarının durumu ve sağlığını denetleyebilmek için genelde voltaj ve akımı kontrol ediyor. Ancak Krstic, bu yöntemin çok ‘ham’ bir önlem olduğunu savunuyor. Krstic, “Geleneksel denetleme yöntemleri, çözüm olarak gereğinden fazla büyük ve maliyetli bataryalar üretilmesine neden oluyor” ifadesini kullandı.
Gücü ve ömrü daha uzun olması için boyutları büyüyen bataryaların, şarj etmesi de çok daha uzun sürüyor. Toyota, bataryalarının şarj süresinde neden olduğu endişelerden dolayı, tamamen elektrikle çalışan ikinci otomobili eQ’nun kitle üretimini iptal etmişti.
Silindir şeklinde olan ve birbirine sarılmış üç katmandan oluşan lityum-iyon piller ise çok daha yüksek bir performansa sahip. İlk katman anot (+), üçüncü katman katotu (-) temsil ederken, ara katman bu iki kutbu birbirinen ayırıyor. Batarya tamamen şarj olduğunda, lityum iyonlar anot da depolanıyor. Batarya, iyonların anottan katota hareket etme eğilimi göstereceği şekilde tasarlanıyor. Böylece, batarya bağlı olduğu cihaza, çalıştığı esnada enerji sağlıyor.
Bataryanın düzgün bir şekilde çalıştığını kontrol edebilmek için anottaki iyonların nerede bulunduğunu bilmek gerekiyor. Ancak gelişmiş donanımlara rağmen bunu tespit etmesi oldukça zor. Çünkü iyonlar genelde anot içindeki düzensiz parçacıkların içinde yer alıyor.
Moura, “bataryada sadece voltaja bakarak parçacıkların yükünü tespit etmek, sinema salonu girişindeki biletçinin, izleyicilerin teker teker yerlerine oturmalarını kontrol etmesine benzyor” ifadesini kullandı. Bu örnekte, iyonlar koltuklara giden seyirciler olurken, parçacıklar da koltukları temsil ediyor.
Bir deneye ait grafik.
MATEMATİK VE ELEKTROKİMYA
Geleneksel yöntemlere kıyasla, Krstic ve Moura’nın geliştirdiği kontrol algoritmaları çok daha gelişmiş bir denetleme imkanı ortaya koyuyor. Sinema salonu, kapasitesi yettiği noktaya kadar çok daha etkin bir şekilde doluyor.
Geliştirilen model aynı zamanda, zamanla bataryanın ömrünün nasıl değiştiğini, kısaca sinema salonunda değiştirilmesi gereken koltukları da ortaya çıkarıyor.
İki bilim insanı, algoritma alanında elde ettikleri başarının ardından, Bosch ve Cobays’de kendilerine sunulacak gelişmiş deney ortamlarında testler gerçekleştirecek. Testlerde, bataryadaki şarj dağılımını gözlemleyecekler. Buna dayanarak, bataryanın ömrünü tahmin edecekler. İki araştırmacı en son olarak, şarj etme ve şarj bitme süreleri için optimal oranları ayarlamaya çalışacak.
Algoritmalarını elektrikli araçların motorlarında test edecek ve elde edilen performans verilerini geleneksel elektrikli motorlarla kıyaslayacak olan Moura ve Krstic, maksimum performans ile şarj edilecek ve kullanılacak bataryaların formülünü geliştirmeyi umuyor.
Moura, “Bu kritik durumları doğrudan gözlemliyoruz... Bu bize, bataryaya zarar vermeden limitini ölçme şansı verior” ifadesini kullandı.
