Hallo!
Ich habe mir vor etwa einem Jahr ein einfaches, kleines und
ungepuffertes Solarmodellflugzeug gebaut.
Dieses besitzt 13 Zellen. Nennspannung ca. 0.5 V * 13 = ~6.5V, 1640 mA
Das Flugzeug flog relativ gut. Nun möchte ich dieses überarbeiten.
Dazu will ich es noch um einen MPP-Regler und einen Pufferakku (oder
Kondensator) erweitern.
Nun bräuchte ich aber ein paar Tipps zum Bau eines MPP-Reglers. Ich
weiss, dass ich mit einem uC (wahrscheinlich Mega8) die Spannung vor und
nach einem Widerstand messen muss, um so die Leistung ausrechnen zu
können. Dann brauche ich einen Transistor, der den Stromfluss regelt. So
messe ich die Leistung, ändere den Stromfluss durch den Transistor,
messe erneut und vergleiche, welches Mal mehr Leistung vorhanden war und
passe den Stromfluss dann so dauernd an.
Natürlich muss das ganze möglichst verlustarm sein.
1. Wie gross sollte der Widerstand etwa sein, um wenig Verlust zu haben,
aber dennoch genug genau messen zu können?
2. Wie sollte ich die Spannung beim Messen auf unter 5 Volt bringen? Ist
da ein Widerstand geeignet?
3. Welcher Transistor eignet sich für diese Anwendung?
Sind meine Überlegungen soweit richtig?
Gruss Alex
PS: Ein 2 Zellen Lipo kann man mit 6.5 Volt nicht überladen, oder? Oder,
was passiert, wenn der Lipo voll (auf 6.5 Volt) und der Motor
abgeschaltet ist?
Ein Goldcap, bei dem 2.5 Volt höchstspannung angegeben ist, kann man den
auch mit z.B. nur 1 Volt vollfüllen?
Ein 2 Zellen LiPo geht auf 7.2V
Ein MPP Regler ist ein Schaltregler, der die Impedanz der Last an die
Impedanz dert Quelle anpasst. Ja, Dazu muss man zweimal die Spannung und
zweimal den Strom messen.
>Sorry, Ein Zweizellen LiPo geht sogar auf 8.4V
Ich dachte 7.4 V (2*3.7V). Da ich aber nur mit 6.5 Volt lade kann er
sich ja somit auch nicht vollladen?!?
Kurze Frage, damit ich die Thematik richtig verstehe:
Du will ein Akku in das Flugzeug einbauen, der im "Schattenfall" die
fehlende Energie Kompensiert, oder?
>Kurze Frage, damit ich die Thematik richtig verstehe:>Du will ein Akku in das Flugzeug einbauen, der im "Schattenfall" die>fehlende Energie Kompensiert, oder?
Ja! Einerseits soll er kurze Abschattung überbrücken (zu viel Querlage
und dann abdeckung durch den Flügel) und andererseits wäre er auch gut
um die Energie zu speichern, die verloren geht, wenn man am segeln ist
oder nicht die volle Leistung braucht.
okay...
In der Zwischenzeit habe ich mal was über die MPP erkundigt...
Die sehen was "schwer" aus... und da in ein Flugzeug ja jedes Gramm
zählt hätte ich eine anderen Lösungvorschlag:
Regelung über ein OPV als Differenzierer und ein J-FET zu
Stromregelung...
Kostet dich wahrscheinlich weniger an Gewicht und Euros... nur muss du
was Selberlöten...
>In der Zwischenzeit habe ich mal was über die MPP erkundigt...>>Die sehen was "schwer" aus... und da in ein Flugzeug ja jedes Gramm>zählt hätte ich eine anderen Lösungvorschlag:>>Regelung über ein OPV als Differenzierer und ein J-FET zu>Stromregelung...>>Kostet dich wahrscheinlich weniger an Gewicht und Euros... nur muss du>was Selberlöten...
Könntest du das etwas genauer erklähren? Ich bin mit den OPVs noch nicht
sehr vertraut...
Kannst du mal Bild vom Flugzeug posten. Ich finde das Thema interessant.
Hast du ein Standard-(EPP)-Modell verwendet oder eine
Eigen-Depron/Selitron-Konstruktion. Ich vermute mal es sieht von der
Form her aus wie ein Elektrosegler...
Evtl. kann ich dir auch beim Thema MPP helfen. Letztenendes besteht der
Witz in einer intelligenten Laderegelung für den Lipo. Da du die
Zellenspannung der Solarpanels gar nicht und die Last nur bedingt
verändern kannst. Du mußt dafür sorgen, das
- wenn der Motor zuviel Strom zieht, er zusätzlich vom Puffer gespeist
wird
- wenn der Motor zuwenig Strom zeigt, der Pufferakku geladen wird (mit
dem Differenzstrom zum MPP)
- wenn der Motor zuviel Strom zieht und der Puffer leer ist, der Motor
runtergeregelt wird (kritisch)
- wenn der Motor zuwenig Strom zieht und der Puffer voll ist, dann ist
es egal, die zusätzliche Energie verpufft...
Evtl. ist eine Analogschaltung auf Basis von OPV und ein paar Mosfets
die beste Lösung, da es ja eine Art Regelkreis wird. Der MPP müsste sich
gut über die Spannung detektieren lassen. Wenn der Strom steigt und die
Spannung sinkt, ist das Maximum überschritten. Wenn der Strom sinkt und
die Spannung steigt, näherst du dich dem Leerlauf. Ich glaub mit einer
Referenzspannung von 0,5 V zu Detektion der Spannung im MPP liegst du
ganz gut...
Okay... ist geschmacks Sache, ob man ein fertigen Regler kauft, oder
selber baut. Ich würde selber bauen, um Gewicht und Kosten zu sparen.
OPV (Operationverstärker) kann zB zwei Spannungen vergleichen und ein
entsprechendes analoges Ausgangssignal geben. Ist ein IC-baustein und
wiegt ca. 1-2g.
Wenn du zB jetzt die Spannung an der Batterie und der Zellen vergleichs,
kannst du somit ohne MC regeln wieviel Strom von der Batterie genommen
wird, um die gewünschte Motorleistung zu erzielen.
Dazu leites du das Ausgangssignal an den J-FET weiter der quasi wie ein
"Ventil" wirkt und somit die Stromzufuhr von der Batt. steuert.
Zitat Mario:
"Evtl. ist eine Analogschaltung auf Basis von OPV und ein paar Mosfets
die beste Lösung, da es ja eine Art Regelkreis wird. Der MPP müsste sich
gut über die Spannung detektieren lassen. Wenn der Strom steigt und die
Spannung sinkt, ist das Maximum überschritten. Wenn der Strom sinkt und
die Spannung steigt, näherst du dich dem Leerlauf. Ich glaub mit einer
Referenzspannung von 0,5 V zu Detektion der Spannung im MPP liegst du
ganz gut..."
^^
Genau mein Gedankengang, nur sind meine noch nicht soweit aus gereift
:-P
Hier habe ich einen Link zu einem Video auf dem man den Solarflieger
fliegen sehen kann:
www.alex.mirolit.ch/Filme/Solarflieger.wmv
Der Flieger ist eine komplette Eigenkonstruktion. Der Flügel ist aus
Holz und der Rumpf in Kreuzbauweise aus Depron.
Doch für das überarbeitete Modell werde ich einen neuen Rumpf in
Kastenbauweise bauen.
Übrigens: Ich verwende einen Brushless Motor. D.H., ich habe da schon
einen Regler dran, den man auf eine Mindestspannung stellen kann. Somit
wäre das Unterladen des Lipos kein Problem.
Um also meinen Motor von der Schaltung aus ansteuern zu können, brauche
ich einen Mikrocontroller (steuert man genau gleich wie ein Servo an).
Ich will sowieso noch bestimmte "Reglererweiterungen" machen, um den
Motor optimal ansteuern und gebrauchen zu können. D.H. ein Mega 8 wäre
wahrscheinlich im Modell zur Verfügung...
Doch weiss jemand, wieviel so ein MPP-Regler überhaupt bringt? Wie viel
mehr Leistung gibt ein MPP-Regler im Vergleich zu einem Regler, der
einfach die Solarzellen z.B. immer über 6 Volt hält (mit der Regulierung
der Motorleistung)? Kennt sich da jemand aus?
Gruss Alex
Wie viel der MPP Laderegler bingt, hängt davon den Akkus und Solarzellen
ab. Ohne Schaltregler muss die Spannung der Solarzelle höher sein damit
man sie nutzen kann. Das was die Spannung der Solarzelle höher ist, kann
man aber so einfach nicht nutzen.
Bei den benannten Solarzellen hat man allerdings ein prinzipielles
Problem, denn mit 6,5 V von den Solarzelle kann man direkt keine 2 LiPO
Akkus (5.6... 8,2 V) laden, oder nur einen ganz kleinen Teil der
Kapazität ausnutzen.
Für die 2 LipoZellen müßten die Solarzellen dann schon etwa 10 V an
Leerlaufspannung liefern damit es ohne Schaltrgler richtig geht. Die
Spannung für optimale Leistung sollte dann bei etwa 8 V liegen.
Ohne MPP regler kann man so rund 70% der Spannung und damit Leistung
nutzen. Außerdem gibt es eine Helligkeitesschwelle unter der man ohne
MPP Regler nicht mehr genug Spannung hat und so bei wenig Licht gar
keine Leistung bekommt. Wenn die Solarzelle und Akkus weniger gut
zueinander passen sinkt der Nutzungsgrad noch.
Mit MPP kann man vielleicht 90%-95% der möglichen Leistung nutzen
(Wirkungsgrad des Schaltreglers). Die Anpassung von Akku- und
Solarzellenspannung erledigt der MPP Regler.
Wenn es nur um den Motor geht, hat man ohne MPP noch etwas weniger
Verluste. Denn die Spannung des Motors bleibt ja konstant. Da sollte ein
MPP regler nicht so viel bringen (vielleicht 10-20%). Andererseits
sollte es möglich sein den Brushless-regler gleich so zu Programmieren,
das er die MPP-regelung mit macht. Man bräuchte also fast keine extra
Hardware mehr (nur Strom / Spannungsmessung), sondern nur eine
erweiterte Software und ggf. eine paar extra Elkos für die Pufferung
über ein paar ms.
Liege ich richtig bei der Annahme, dass die Solarzellen Strom vom Lipo
nehmen, wenn ihre Spannung tiefer als die Lipospannung liegt? Das wäre
natürlich nicht akzeptabel und die 0.7 Volt Verlust unter Verwendung
einer Diode ist auch zu viel. Daher braucht es sicher einen MPP-Regler.
Bei der Analogmethode mit den OPVs verstehe ich nicht genau, wie man
durch den Vergleich der Spannungen den MPP messen kann. Daher kann ich
dazu noch nicht viel sagen, bevor mir jemand das noch genauer erklären
kann...
Doch zu einer Lösung mit dem Mikrocontroller:
Um den Strom zu messen braucht man ja einen Widerstand, dessen
Spannungsabfall gemessen wird. Um den Verlust klein zu halten, sollte
man einen möglichst kleinen Widerstand nehmen. Aber ich denke mal, dass
dann ein mega8 sicher nicht mehr genug genau messen kann, also müsste
man das ganze verstärken. Ebenfalls müsste man alles auf ein kleineres
Potential bringen (<5V). Wie würdet ihr sowas machen?
Grüsse Alex
PS: Habe mir mal etwas durchrechnen wollen. Wenn die Solarzellen 6.5 V
und 1.64 A liefern, dann ist der Gesamtwiderstand bei (R = U/I = 6.5 /
1.64) 3.96 Ohm. Kann das sein? Ist der nicht viel höher, oder...???
Ob MPP was bringt oder nicht, kannst Du ganz leicht selbst ermitteln:
An einen wolkenlosen Sommertag legts Du Deine Solarzellen in die Sonne
und machst ein paar Strom+Spannungs-Messungen mit verschiedenen
Belastungswiderständen. Anschließend in ein Diagramm die Solar-Leistung
in Abhängigkeit vom Laststrom eintragen.
Wenn da ein deutlicher Peak zu sehen ist, dann lohnt sich MPP, sonst
nicht.
Wenn die Entscheidung zu Gunsten MPP fällt, so würde ich einen Regler
auf µC-Basis (z.B. MSP430) machen, der den Solarstrom immer im besten
Leistungsmaximum hält. Das kann man damit erreichen, dass man die (per
Schaltregler erzeugte) Ausgangsspannung geringfügig variiert, die ja
einen Akku + andere Verbraucher zu versorgen hat. Der
Schaltregler-Steuerteil kann gleich mit im µC enthalten sein.
Blackbird
Bevor hier eine Abhandlung über MPP stattfindet:
Der Maximum Power Point (MPP) einer Solaranlage ist auch von der
absolunten Beleuchtungsstärke, der Temperatur und der Alterung abhängig.
Deshalb suchen die MPP-"Tracker" ständig den MPP durch Vaiation
einzelner Parameter, z.B. Stromentnahme.
Das lohnt sich aber nur für große Solatleistungen, für ein
Modellflugzeug mit seinen eingeschränkten Einsatzbereichen, -orten und
-zeiten ist der Aufwand einfach zu hoch.
Man muß so eine Schaltung auch zuverlässing zum Laufen bringen und das
nicht erst Jahre später.
Deshalb der vereinfachte Ansatz.
Blackbird
Alex schrieb:
> [...]> Doch zu einer Lösung mit dem Mikrocontroller:> Um den Strom zu messen braucht man ja einen Widerstand, dessen> Spannungsabfall gemessen wird. Um den Verlust klein zu halten, sollte> man einen möglichst kleinen Widerstand nehmen. Aber ich denke mal, dass> dann ein mega8 sicher nicht mehr genug genau messen kann, also müsste> man das ganze verstärken. Ebenfalls müsste man alles auf ein kleineres> Potential bringen (<5V). Wie würdet ihr sowas machen?>> [...]
Da deine Zellen ja ingesamt ein Strom von 1,6A liefern und eine Messung
analog erfolgt, dass heißt du mist Spannungsunterschiede. Also legst du
ZB 5V an deine Last...
Durch das ohmische Gesetz wird sich bei einer Strom änderung auch die
Spannung ändern, da der R ja konstant bleibt. Diese Spannung an der Last
leites du an den ADC des µC weiter.... So weit du es sipperat messen
wills.
Wenn du aber den Strom am Motor messen wills, so würde ich einfach vor
den Motor ein kleinen R einbauen, in etwa der größe von 0,62ohm hat.
Damit liegen am R nur ca. 1V und die "Verlustleistung" wäre nur 1,64W
groß statt 8W wenn du mit 5V misst.
Oder was noch besser ist, um den Strom ohne Verlust zu messen... Direkt
am Motor. Da dieser ja im Grunde auch ein R ist und dort auch R konstand
bleibt (Leiterwiderstand der Spulen). Somit verlierst du für die Messung
keine Leistung.
Allerdings weiß ich nicht, ob der µC 6,5V max. am Aref verträgt
@Blackbird:
Ich glaube schon das sich MPP auch und grade bei kleinen Solaranloagen
lohnt. Dort ist ja jedes Milliwatt entscheidend.
Das sogenannte "MPP tracking" kann relativ einfach erfolgen, wenn man
mit dem Controller mißt: Die Leistungskurve hat ja genau ein Maximum,
somit reicht es den Wendepunkt der Leistung zu bestimmen. Also immer
schon Strom und Spannung multiplizieren und den Gradienten zum
vorherigen Meßwert bilden. Dreht sich das Vorzeichen um (bzw. ist der
Gradient sehr sehr klein)., ist das Maximum erreicht. Über das
Vorzeichen weiß man auch immer in welche Richung das Maximum liegt. Dazu
braucht man natürlich verschiedene Meßwerte, man muß also für
dastracking am Verbraucher drehen (Akku oder Motor, man könnte zum
beispiel den Ladestrom des Akkus variieren) oder man geht davon das sich
in kurzer Zeit die Last sowieso immer ändert (man fliegt ja selten mit
konstanter Motordrehzahl...
