AM 05: Energieversorgung

Dieser Wiki-Beitrag ist Teil eines Projektes, welches im Rahmen vom Fachpraktikum Elektrotechnik im 5. Semester Mechatronik absolviert wurde. Ziel des Beitrags ist es, eine nachhaltige Dokumentation zu schaffen, welche die Ergebnisse festhält und das weitere Arbeiten am Projekt ermöglicht.

Autoren: Daniel Freitag, Tim Thiele

Betreuer: Prof. Schneider

Aufgabe

Mechanischer Aufbau eines Ardumowers

Erwartungen an die Projektlösung

• Einarbeitung in die bestehenden Ardumowers-Unterlagen
• Konzept für den Notaus-Schalter
• Verwenden Sie als Akku ein 'Sony Konion 7S2P' Lithium Ion Akkupack.
• Beschaffen Sie die Bauteile
• Aufbau und der Platine für den Unterspannungsschutz
• Überwachung des Ladevorgangs via App (pfodApp für Android)
• Überwachung des Akkufüllstandes
• Fahrt zu Ladestation bei schwachem Akkustand
• Mitwirkung bei der Inbetriebnahme und an der Schnittstelle zur Ladestation
• Erstellen Sie ein faszinierendes Video, welches die Funktion visualisiert.
• Test und wiss. Dokumentation

Schwierigkeitsgrad

• Mechanik: *
• Elektrotechnik: **
• Informatik: *

Einleitung

Bei dem Projekt ArduMower welches von den Studenten im 5. Semester in Mechatronik behandelt wird, sollte das theoretisch erlangte Wissen im Rahmen des Elektrotechnik Fachpraktikums mit der Praxis verknüpft werden. Unsere Aufgabe in dem Projekt ArduMower bestand darin, für den ArduMower die Energieversorgung bereit zu stellen. Zuerst mussten wir uns über das Projekt ArduMower informieren und haben uns dazu auf der Homepage vom ArduMower-Team umgeschaut. Daraus konnten wir die für dieses Projekt benötigten Bauteile entnehmen und fanden darüber hinaus auch Schaltungspläne und derartigen. Wie die Bauteile verwendet wurden ist im nachfolgenden Kapitel ersichtlich.

Projektdurchführung

In diesem Kapitel wird näher erläutert, wie der Projektplan aufgebaut war, welche Bauteile verwendet wurden und wie die Durchführung im Detail stattgefunden hat.

Projektplan

Der Projektplan gestaltete sich in drei Phasen:

Phase 1: Einarbeitung in das Projekt und der Anfertigung einer Bestellliste(BOM).

Phase 2: Funktionstest mit anschließendem Integrationstest

Phase 3: Inbetriebnahme des Gesamtprojektes am 14.01.2017

Verwendete Bauteile

Ladetechnik:

Sony Lithium Akku-Pack

Ladegerät für den Akku-Pack

Unterspannungsschutzplatine

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Sicherheit:

NOT-Aus Schalter

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Leitungen und Verbindungsklemmen:

Verdrahtungslitze 1,5mm² Hellblau

Verdrahtungslitze 1,5mm² Schwarz

Aderendhülsen für 1,5mm² Verdrahtungslitzen

2x 3-Polige Verbindungsklemmen von Wago

2x 5-Polige Verbindungsklemmen von Wago

Durchführung im Detail

Unterspannungschutz:

Fertige Unterspannungschutzplatine

Nach Eintreffen der Bauteile, haben wir die Unterspannungsschutzplatine mit allen Bauteilen wie z.B. Widerstand, Transistor, Kondensator, Anschlussklemmen, usw. zu einer einsatzfähigen Platine gelötet. Diese Platine dient zum Schutz des Akkus damit dieser während des Betriebes nicht tiefenentladen wird, da durch eine Tiefenentladung der Akku erheblichen Schaden nimmt. Dieser wird allerdings in den meisten Fällen nicht sofort bemerkbar, da Akkus bestimmte Ladezyklen haben. Durch den Unterspannungsschutz bewirkt man, dass die Zyklenfestigkeit annähernd der Herstellerangaben entspricht.

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Ladegerät:

Ladegerät

Anschließend wurde das Ladegerät für die Verwendung vorbereitet, da der Anschluss vom Ladegerät an der Hauptplatine erfolgt. Das Ladegerät hat Technische-Daten:

Spannung: 24V

Ladestrom: 1,5A

Max. Leistung: 45W

Ladeschlussspannung: 29,4V

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Akku:

Akku von Sony

Auf dem folgenden Bild ist der Lithium Akku von Sony zu erkennen, die Leistungsangaben sind wie folgt:

Spannung: 25,9V

Kapazität: 4500mAh

Leistung: ca. 120Wh

Ladeschlussspannung: 29,4V

Abmaße: 16,5/6,5/4 Angaben in cm.

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NOT-Aus:

NOT-Aus

Der NOT-Aus wird in das Gehäuse des ArduMowers eingesetzt, dieser wird für die sofortige Abschaltung der Energieversorgung verwendet. Der Anschluss der Verdrahtungslitze erfolgte an dem Öffner-Kontakt des NOT-AUS, da der NOT-Aus nur bei Betätigung die Energieversorgung unterbricht.

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DC/DC Wandler:

DC/DC-Wandler

Der DC/DC Wandler welcher auf dem Bild zu erkennen ist, nutzt die Gruppe AM06: Kollisionserkennung für die Energieversorgung ihrer Hautplatine. Da vom Netzteil 24V geliefert werden, aber die Platine nur 12V benötigt wird ein DC/DC Wandler eingesetzt.

Schnittstellen zu anderen Projektteams

Mit folgenden Projektteams haben wir hauptsächlich kooperiert:

AM03 Elektrischer Aufbau einer Ladestation: Energie für die Perimeter-Schleife

AM06 Kollisionserkennung: 12V für die Kollisionserkennungsplatine

AM12 Hautplatine Hardware: Energieversorgung für die Hauptplatine

Ergebnis

Unser Ergebnis derzeit sieht wie folgt aus:

Alle Bauteile

Zusammenfasung

Durch die Energieversorgung ist sichergestellt, dass der ArduMower immer mit Energie versorgt werden kann. Der NOT-Aus Schalter stellt sicher, dass im Fall einer Störung der Roboter sofort abgeschaltet wird. Die Unterspannungsschutzplatine schützt den Akku vor einer Tiefenentladung, diese würde dem Akku sonst schaden.

Ausblick

Für die Zukunft bestünde die Möglichkeit ein intelligentes Lademanagement zu entwickeln und dann in den ArduMower einzubauen. Dies wäre z.B. nützlich, wenn man neben der Ladestation zusätzlich noch mit einer kleinen Photovoltaik-Anlage arbeitet, dadurch könnte der ArduMower sehr kostengünstig beladen werden.

Weiterführende Links

• Ardumower Wiki
• Artikel: Laden
• Unterspannungsschutz
• Ardumower Power Pack

Unterlagen

Mit der folgenden Internetseite haben wir gearbeitet:

Verbindung Netzteil und NOT-Aus

Unterspannungschutztplatine

YouTube-Video

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