Optimierung der Power-Platine: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 7. Februar 2020, 17:42 Uhr

Autor: Anna Blankenstein und Timo Schmidt

Einleitung

Dieser Artikel stellt eine informierende Ergänzung zum Hauptartikel Versorgung dar, um die Problematik der aktuell verbauten Powerplatine darzulegen. Denn während der Analyse der PowerPlatine des AMR2018 im SoS2019 sind mehrere "Designfehler" aufgefallen, welche im folgenden erläutert werden.
Es werden Lösungsvorschläge erarbeitet. Die vollständigen Ergebnisse sind in Versorgung weiter nachzulesen.

Designfehler

Folgende Designfehler sind uns aufgefallen:

Kein Tiefenentladeschutz
- Ein Akku ist aufgrund dessen zu beginn des Semesters defekt gewesen
Durch die Verwendung von THT-Bauteilen ist der Stromverbrauch sehr hoch
Der Ausbau der Akkus ist umständlich und kompliziert

Weiteres Vorgehen

Zuerst wurde nach der Dokumentation für den Tiefenentladeschutz gesucht.
Hierbei stellte sich heraus, dass es sich um ein Missverständnis, bzw. um eine Vertauschung der Begriffe Tiefenentladeschutz und Unterspannungsschutz handelte.
Nach einer Internetrecherche sind wir auf das Projekt 80, den Advanced Discharge Protection Circuit gestoßen. Dieser sollte auf den neusten Schaltplänen des PowerPanels basieren und somit klang dies nach einer schnellen und vielversprechenden Lösung.

Um auch sofort eine SMD-Lösung beim Umbau der Platine zu ermöglichen, sollten in dem Layout die Footprints angepasst werden. Allerdings war die Lösung mit dem Unterspannungsschutz nur in einer Eagle-Version vorhanden. Da der Hochschulstandard sich aber auf Multisim bzw. Ultibord bezieht wurde beschlossen alle Pläne zu übertragen.
Des Weiteren waren einige Bauteile, die in dem Projekt 80 verwendet wurden nicht für die Spannungsbereiche der Akkumulatoren geeignet. Somit musste diese durch passende Bauteile ersetzt werden. Nach der ersten Anpassung wurde erneut eine Verbesserung der Schaltung durchgeführt, um die Platine im aufgebauten Zustand funktionsfähig zu machen.

Umsetzung der PowerPlatine

Zuerst wurde geschaut, welche Teile der Power-Platine schon in Multisim verfügbar sind. Anschließend wurde ein neues Multisim Projekt in diesem Ordner angelegt, wo die Multisim-Datei zu finden ist. Nach der Erstellung der Schaltpläne wurde der jetzt neu eingebaute Unterspannungsschutz implementiert. Nach der Implementierung und dem Aufbau wurden Tests an dem PowerPanel bzw. danach an der angepassten Schaltung auf dem Steckbrett durchgeführt. Die Testberichte sind ihren IDs aus dem Pflichtenheft entsprechend folgendem Ordner zu entnehmen: Testberichte
Des Weiteren wurde der Ansatz des Vorsemesters, den PC-Akku über einen Schalter zu trennen, beibehalten.

Aufbau der Powerplatine

Bearbeiten des Modells

Die hier dargestellten Abbildungen beziehen sich auf die im WS19/20 angepasste PowerPlatine. Nach einer Reihe von Tests wurden Verbesserungen vorgenommen, die in dem Artikel Versorgung (Links weiter unten) eingesehen werden können.

Der Unterspannungsschutz ist nun folgendermaßen implementiert worden:
Der Spannungsregler U6 liefert eine Referenzspannung für den Operationsverstärker. Dieser schaltet seinen Ausgang durch, wenn die Batteriespannung mindestens 14,9 V beträgt. Das durchschalten des OPVs führt dazu, dass der MosFet Q5 durchgängig wird, was wiederum dazu führt, dass der PC, der in diesem Strang angeschlossen ist, mit der Versorgungsspannung der Batterien gespeist wird und hochfährt.
Die Operationsverstärker-Schaltung mit Hysterese sorgt weiterhin dafür, dass beim Unterschreiten der Batteriespannung von 12,6 V der PC ausgeschaltet wird - der OPV-Ausgang wird auf GND gelegt und der MosFet sperrt.

Weiterführende Links

→ zurück zum Hauptartikel Versorgung: Versorgung
→ Artikel: Wartung und Instandhaltung der Akkus
→ Artikel: Fahrzeughardware
→ zurück zum Hauptartikel: Praktikum SDE

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 Betreuer: [[Benutzer:Ulrich_Schneider| Prof. Schneider]]
-Abgabetermin: 24.06.2019
 == Einleitung ==
-Während der Analyse der PowerPlatine des AMR2012 sind mehrere "Designfehler" aufgefallen, welche im folgenden erläutert werden.<br> Es werden Lösungsvorschlägeerarbeitet
+Dieser Artikel stellt eine informierende Ergänzung zum Hauptartikel Versorgung dar, um die Problematik der aktuell verbauten Powerplatine darzulegen. Denn während der Analyse der PowerPlatine des AMR2018 im SoS2019 sind mehrere "Designfehler" aufgefallen, welche im folgenden erläutert werden.<br> Es werden Lösungsvorschläge erarbeitet. Die vollständigen Ergebnisse sind in [[Versorgung]] weiter nachzulesen.
 == Designfehler ==
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 **Ein Akku ist aufgrund dessen zu beginn des Semesters defekt gewesen
 *Durch die Verwendung von [https://de.wikipedia.org/wiki/Through_Hole_Technology THT-Bauteilen] ist der Stromverbrauch sehr hoch
+*Der Ausbau der Akkus ist umständlich und kompliziert
 == Weiteres Vorgehen ==
-Das weitere Vorgehen kann in zwei Zeitbereiche Aufgeteilt werden. Die Sofortigen Maßnahmen, welche für das nächste Semester benötigt werden und die Maßnahmen, welche erst in zukünfigten Arbeiten benötigt werden.
+Zuerst wurde nach der Dokumentation für den Tiefenentladeschutz gesucht. <br> Hierbei stellte sich heraus, dass es sich um ein Missverständnis, bzw. um eine Vertauschung der Begriffe Tiefenentladeschutz und Unterspannungsschutz handelte. <br>
-=== Sofortige Änderungen ===
+Nach einer Internetrecherche sind wir auf das [http://193.175.248.52/wiki/index.php/Projekt_80:_Advanced_Discharge-Protection-Circuit Projekt 80], den Advanced  Discharge Protection Circuit gestoßen. Dieser sollte auf den neusten Schaltplänen des PowerPanels basieren und somit klang dies nach einer schnellen und vielversprechenden Lösung. <br>
-Werden noch vor Anfang des nächsten Semesters erlädigen.
+<br> Um auch sofort eine [https://de.wikipedia.org/wiki/Surface-mounted_device SMD]-Lösung beim Umbau der Platine zu ermöglichen, sollten in dem Layout die [https://de.wikipedia.org/wiki/Footprint Footprints] angepasst werden. Allerdings war die Lösung mit dem Unterspannungsschutz nur in einer Eagle-Version vorhanden. Da der Hochschulstandard sich aber auf Multisim bzw. Ultibord bezieht wurde beschlossen alle Pläne zu übertragen. <br>Des Weiteren waren einige Bauteile, die in dem [http://193.175.248.52/wiki/index.php/Projekt_80:_Advanced_Discharge-Protection-Circuit Projekt 80] verwendet wurden nicht für die Spannungsbereiche der Akkumulatoren geeignet. Somit musste diese durch passende Bauteile ersetzt werden. Nach der ersten Anpassung wurde erneut eine Verbesserung der Schaltung durchgeführt, um die Platine im aufgebauten Zustand funktionsfähig zu machen.
-* Schalter so positionieren, dass bei Ausgeschalteten Zustand der Akku vollständig abgetrennt ist
+<!--=== Recherche Anschlüsse ===
-** Keine Tiefenentladung mehr möglich
-* Neue geeignete Verbindungen recherchieren um die Querschnittsprünge zu vermeiden
-** Kontaktgröße und Baugröße muss passen
-* Sicherung direkt nach dem Schalter verbauen
-* Sockel für die LED Anzeigen um diese bei einem Defekt einfacher zu Wechseln
-=== Weitere Änderungen für neuere Versionen ===
-Für Meilenstein 4 oder nachfolgende Semester.
-* Doppelte Funktion Entfernen
-** Unterspannungsschutz über die Anzeige Steuerung realisieren
-* Beschriftung ins Layout einarbeiten
-<!-- == Weiteres Vorgehen ==
-Zuerst werden Konzeptdateien der PowerPlatine überarbeitet. Die Steckverbindungen werden ersetzt. Da Der Unterspannungschutz im Betrieb funktioniert, wird dieser nicht verändert. jedoch wird der Hauptschalter vor den Lastteil und den Steuerungsteil geschoben. Um den Zeitrahmen nicht zu sprengen wird die neue Platine durch einen WiMa gefertigt.
-Nach der Fertigung wird die Platine bestückt und verlötet. Die Platine wird getestet und montiert. Zum Schluss wird das Auto mit der neuen Platine in Betrieb genommen. -->
-== Aufbau der Powerplatine ==
-=== Bearbeiten des Modells ===
-Das Multisim Modell ist folgendermaßen bearbeitet worden:
-So sind nun alle Elemente, welche über den Akku versorgt werden durch eine Sicherung abgesichert und hardwareseitig Trennbar durch einen mechanischen Schalter.
-<gallery>
-File:PP_alt.png|Alter Zustand
-File:PP_Neu.png|Neuer Zustand
-</gallery>
-=== Recherche Anschlüsse ===
 Für diese Recherche wurden als erstes die Anforderungen bestimmt und dann eine Internetrecherche Durchgeführt.
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 ** Einfacher Zugang zu den Steckern
 ** Geringerer Platz auf der Platine
-** Mehr aufwand
+** Mehr aufwand-->
 == Umsetzung der PowerPlatine ==
-Das Platinenlayout ist verbessert worden. Die Leitungen zur Platine sind vorher durch Stecker realisiert worden, dessen Querschnitt zu gering war. Die Stecker wurden durch Lötpads ersetzt. Die Leiterbahnen sind verdickt worden um die Sicherheitsstandards bei Leitungsverlegung zu gewährleisten. Aufgrund der neuen Lötpads und der Änderung anderer Kleinigkeiten hat sich der Aufbau der Platine geändert. Durch geschicktes versetzen konnten die derzeitigen Abmessungen eingehalten werden.
+Zuerst wurde geschaut, welche Teile der Power-Platine schon in Multisim verfügbar sind. Anschließend wurde ein neues Multisim Projekt in [https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum/trunk/Teams/AuF/PowerPanel/Schaltpl%c3%a4ne/PowerPanel_Multisim_SS19/ diesem] Ordner angelegt, wo die Multisim-Datei zu finden ist.
+Nach der Erstellung der Schaltpläne wurde der jetzt neu eingebaute Unterspannungsschutz implementiert. Nach der Implementierung und dem Aufbau wurden Tests an dem PowerPanel bzw. danach an der angepassten Schaltung auf dem Steckbrett durchgeführt. Die Testberichte sind ihren IDs aus dem Pflichtenheft entsprechend folgendem Ordner zu entnehmen: [https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum/trunk/Testdokumente/Unittests/ Testberichte]<br>
+Des Weiteren wurde der Ansatz des Vorsemesters, den PC-Akku über einen Schalter zu trennen, beibehalten.
+== Aufbau der Powerplatine ==
+=== Bearbeiten des Modells ===
+Die hier dargestellten Abbildungen beziehen sich auf die im WS19/20 angepasste PowerPlatine. Nach einer Reihe von Tests wurden Verbesserungen vorgenommen, die in dem Artikel Versorgung (Links weiter unten) eingesehen werden können.
+<!-- <gallery>
+File:PP_alt.png|Alter Zustand
+File:PP_Neu.png|Neuer Zustand
+</gallery> -->
-<!--Hier müssen Bilder vond er fertigen Platine eingefügt werden-->
+Der Unterspannungsschutz ist nun folgendermaßen implementiert worden:
+[[Datei:Tiefenentladeschutz WS1920.pdf|1000px|normal|Absatz|Abb. 1: Unterspannungsschutz-Schaltung WS19/20]] <br>
+Der Spannungsregler U6 liefert eine Referenzspannung für den Operationsverstärker. Dieser schaltet seinen Ausgang durch, wenn die Batteriespannung mindestens 14,9 V beträgt. Das durchschalten des OPVs führt dazu, dass der MosFet Q5 durchgängig wird, was wiederum dazu führt, dass der PC, der in diesem Strang angeschlossen ist, mit der Versorgungsspannung der Batterien gespeist wird und hochfährt. <br>
+Die Operationsverstärker-Schaltung mit Hysterese sorgt weiterhin dafür, dass beim Unterschreiten der Batteriespannung von 12,6 V der PC ausgeschaltet wird - der OPV-Ausgang wird auf GND gelegt und der MosFet sperrt.
-=== Links zu den Testprotokollen ===
+=== Weiterführende Links ===
-[http://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum/trunk/Dokumentation/Systemarchitektur/Unterspannungsschutz/PlatineWS1819/Testprotokoll_der_neuen_Powerplatine_V1.docx Testprotokoll der Platine (Version: 11102018)]<br>
-[http://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum/trunk/Dokumentation/Systemarchitektur/Unterspannungsschutz/PlatineWS1819/Testprotokoll_der_neuen_Powerplatine_V2.docx Testprotokoll der Platine (Version: 18102018)]
+----
+→ zurück zum Hauptartikel Versorgung: [[Versorgung|Versorgung]] <br>
+→ Artikel: [[Wartung_und_Instandhaltung_der_Akkus|Wartung und Instandhaltung der Akkus]] <br>
+→ Artikel: [[Fahrzeughardware|Fahrzeughardware]] <br>
+→ zurück zum Hauptartikel: [[Praktikum SDE|Praktikum SDE]]
 <!--== Anforderungen ==
 * Konzept für die Optimierung
@@ Zeile 105: / Zeile 88: @@
 *[[ArduMower:_Simulation_der_Kinematik_eines_Fahrzeugs_mit_drei_R%C3%A4dern|Beispiel-Artikel von Prof. Göbel]]
 *[[ArduMower:_Kartierung_in_Matlab/Simulink|Beispiel-Artikel von Prof. Schneider]]-->
-----
-→ zurück zum Hauptartikel: [[Wartung_und_Instandhaltung_der_Akkus|Wartung und Instandhaltung der Akkus]]