MEMS termoelektrický generátor v letecké aplikaci

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá vývojem autonomního zdroje elektrické energie založeného na MEMS termoelektrickém generátoru. Uvažovaný generátor bude následně použit pro napájení autonomní senzorické jednotky pro letecké aplikace. Systémový pohled na autonomní senzorickou jednotku zahrnuje senzor se zpracováním a přenosem dat, energy harvester (termoelektrický generátor), power management, akumulační prvek a autodiagnostiku. Všechny výše uvedené komponenty jsou v práci podrobně popsány. V úvodu práce je provedena široká rešerše existujících termoelektrických generátorů pro letecké aplikace. Následně jsou popsány základní teoretické poznatky z oblasti DC/DC měničů pro energy harvesting. Zvláštní pozornost je věnována metodám MPPT (Maximum Power Point Tracking). Jako základ pro vývoj napájení autonomní senzorické jednotky bylo provedeno množství simulací za pomoci nástroje MATLAB/Simulink Simscape. Pro identifikaci prametrů modelu posloužilo měření na speciálním přípravku. Praktická implementace teoreticky popsaných problémů je provedena na k tomuto účelu navrženém technologickém demonstrátoru. Závěrem je zhodnocena reálná využitelnost navržené technologie pro finální aplikaci v leteckém průmyslu.

This master’s thesis deals with the development of a power source based on the MEMS thermoelectric generator. The proposed power source should be used for supplying of an aircraft-specific autonomous sensor unit. System-level point of view on the autonomous sensor includes the sensor with data acquisition and transmission, energy harvester (thermoelectric generator), power management, energy storage element and self-diagnostics. All the above-mentioned components are described in detail. In the introductory part is provided the broad state-of-art review of aircraft-specific thermoelectric generators. Subsequently are explained the theoretical aspects of DC/DC converters for energy harvesting. The special emphasis is put on the Maximum Power Point Tracking (MPPT). As a basis for the autonomous sensor supply sensor unit design were performed various simulations using MATLAB/Simulink Simscape. The identification of model parameters is based on a measurement with special test bench. The practical implementation of theoretically outlined principles is illustrated on the purpose-designed technology demonstrator. The conclusion deals with an application of the presented technology in an aircraft-specific field and the associated issues.