Guten Tag liebe Community,
ich heiße Dennis, bin 30 und studiere Mechatronik.
Wir haben dieses Semester ein Bachelorprojekt, in dem wir das erste mal
wissenschaftlich an eine Aufgabe herangehen sollen.
Unsere Aufgabe lautet wie folgt:
Wir sollen mit einem Solarpanel und einer kleinen Steuerung, maximal 4
Handys gleichzeitig laden.
Da ein Solarpanel in Abhängigkeit der Sonne eine variable Leistung X
liefert, sollen wir unsere 4 DCDC-Wandler je nach verfügbarem Strom, zu
und abschalten(Handy laden/nicht laden).
Das Panel liefert 12V.
Ein DCDC-Wandler inkl. USB-Buchse, soll ein Handy mit 5V und 1A laden.
Zum zu und abschalten eines DCDC-Wandlers, verwenden wir einen
PIC18f25k22, welche dann einen in die DCDC-Schaltung von uns
integrierten MOSFET als Schalter ansteuert.
Kommen wir zum Problem:
Wir müssen dem Pic sagen, wie viel Leistung das Solarmodul gerade
liefert, oder eben wie viel Ampere gerade zur Verfügung stehen, damit
dieser entsprechend viele Handys lädt, oder wieder vom Ladestrom trennt.
Haben wir etwas mehr als 1A , soll ein Handy geladen werden.
Haben wir etwas mehr als 2A, wird ein weiteres Gerät versorgt usw...
Geht der Strom runter, sollen auch weniger Handys geladen werden.
Wir sind heute auf die Idee gekommen, dies mit einem sehr kleinen
Widerstand zu realisieren. An dem Widerstand fällt ja nun eine gewisse
Spannung ab, welche sich wieder auf den verfügbaren Strom umrechnen
lässt.
Und an der Stelle hängen wir auch schon.
Wir sind uns nicht ganz sicher, wie wir den PIC anfahren sollen und wie
wir es intern programmieren.
Ich hoffe sehr ich konnte alles relativ plausibel erklären.
Schaltungen kann ich euch nicht zukommen lassen, da wir diese auch von
Extern zur Verfügung gestellt bekommen haben.
Vielen Dank schonmal an alle!!!
Gruß Dennis
Ihr habt einen MPPT-Tracker, um die Leistung zu maximieren? Der kann
vermutlich sagen, welche Leistung im Augenblick tatsächlich zur
Verfügung steht. Die hat weder eine feste Spannung, noch einen festen
Strom - also muss dahinter ein Spannungsregler. Wenn ihr keinen
MPPT-Tracker habt, braucht ihr erstmal den. Einlesen!
Zur Strommessung nimmt man oft einen Widerstand (Shunt), aber damit
misst man den real fließenden Strom, nicht den zur Verfügung
stehenden. Heißt: Bei 1 A müsstet ihr schon das zweite Handy
einschalten, feststellen, dass nur 1.3 A vorhanden sind, das zweite
Handy wieder ausschalten.
Am Ende sollte in den PIC eine zum Maximalstrom proportionale analoge
Spannung reinlaufen, die mit einem ADC gemessen werden kann. Anhand des
Messwertes werden dann die Transistoren ein- oder ausgeschaltet. Wenn
man unbedingt will, kann man das auch mit Komparatoren machen, dann
geht's primitiv auch ganz ohne Controller.
Bonuspunkte gibt's, wenn ihr messt, welches Handy tatsächlich größere
Mengen Strom aufnimmt (d.h. geladen werden kann) und nicht stupide das
erste Handy einschaltet. Das ist dann aber nicht mehr ganz trivial, weil
man im Betrieb Geräte ein- und ausstecken kann.
Mehr Bonuspunkte gibt es, wenn der zur Verfügung stehende Strom pro
Gerät einstellbar ist (z.B. wenn ein Gerät nur 100 mA braucht, weil der
Akku bereits voll ist - dann kann man das ja aktiv lassen und den
restlichen Strom sinnvoll verteilen).
Apple-Geräte unterscheiden sich in der Ansteuerung von allen anderen
Geräten. Für mehr als 500 mA müsst ihr euch damit auch befassen.
Einlesen!
Der wissenschaftliche Ansatz ist erstmal "Lesen, was es schon gibt",
"Anforderungen definieren", "beide miteinander vergleichen" (und
feststellen, dass das Problem schon gelöst ist). Dann "neue, bisher
ungelöste Anforderungen definieren" und erst dann die Lösung erarbeiten.
Hallo,
> Dennis schrieb:> Wir müssen dem Pic sagen, wie viel Leistung das Solarmodul gerade> liefert, oder eben wie viel Ampere gerade zur Verfügung stehen, damit> dieser entsprechend viele Handys lädt, oder wieder vom Ladestrom trennt.> Haben wir etwas mehr als 1A , soll ein Handy geladen werden.> Haben wir etwas mehr als 2A, wird ein weiteres Gerät versorgt usw...> Geht der Strom runter, sollen auch weniger Handys geladen werden.> Wir sind heute auf die Idee gekommen, dies mit einem sehr kleinen> Widerstand zu realisieren. An dem Widerstand fällt ja nun eine gewisse> Spannung ab, welche sich wieder auf den verfügbaren Strom umrechnen> lässt.
Ja, der kleine Widerstand nennt sich Meßshunt.
https://de.wikipedia.org/wiki/Shunt_(Elektrotechnik)
Damit könnte man also die Lastrommessung realisieren.
> Und an der Stelle hängen wir auch schon.> Wir sind uns nicht ganz sicher, wie wir den PIC anfahren sollen und wie> wir es intern programmieren.
Das Programm ist erstmal nebensächlich. Ihr braucht zuerst ein Konzept
für die Meßschaltung.
> Ich hoffe sehr ich konnte alles relativ plausibel erklären.> Schaltungen kann ich euch nicht zukommen lassen, da wir diese auch von> Extern zur Verfügung gestellt bekommen haben.
Hä? Und was ist jetzt an der Bachelorprojekt wissenschaftlich?
Bevor man konkrete Schaltungen macht, kann man auch mit einen beiliegen
Grafikprogramm oder auch mit dem Bleistift auf Papier ein
Blockschaltbild mit den funktionsrelevanten Komponenten zeichen.
Ich will jetzt nicht alle Lösunge vorweg nehmen, da wäre der Lerneffekt
Null. Deshalb nur mal paar Hinweise.
Überlegt doch mal, was passiert, wenn der Laststrom zu groß wird.
Was passier da konkret und wie könnte man es erfassen.
Ihr könnt es auch praktisch ausprobieren, indem ihr eine Solarzelle
nehmt und diese unterschiedlich belastet. Überlegt ob man aus mehreren
solcher Messungen eine Kennline aufnehmen kann, die man dann später zur
Simulation des Lastverhaltens nutzen kann.
Gruß Öletronika
S. R. schrieb:> Am Ende sollte in den PIC eine zum Maximalstrom proportionale analoge> Spannung reinlaufen, die mit einem ADC gemessen werden kann
Das ist ein Denkfehler. Wenn ein Handy geladen wird, wird 1 A gemessen -
woher soll der Controller wissen, dass 2 oder mehr A verfügbar wären?
Einfach mal probieren? Das würde auf ständiges Stop and Go hinauslaufen.
Georg
Alle paar Wochen versuchen hier Leute ihre Smartphones quasi direkt (nur
DC/DC Wandler) an Solarzellen zu laden. Das ist ein sehr unzuverlässiges
Konzept. Die Begründungen findest du in den bestehenden Beiträgen zum
Thema.
Auf jeden Fall solltest du mit dem Solarpanel erstmal einen potenten
Puffer-Akku laden.
An den Akku kannst du dann die Spannungswandler für die Lasten hängen
(vorzugsweise welche mit Enable-Eingang). Um Wechselwirkungen zu
vermeiden, und im Sinne der Robustheit, würde ich jedem Smartphone einen
eigenen Spannungswandler spendieren. Die kosten ja nicht mehr viel.
Am Ladezustand des Akkus erkennst du, ob die Solarzelle genug Energie
nachliefert, oder nicht. Wenn der Akku entladen wird, hast du zu viel
Last. Das Abwerfen bzw. Zuschalten von Lasten sollte sehr träge /z.B.
mit einer Stunde Verzögerung) stattfinden, nicht das wegen jeder kleinen
Wolke umgeschaltet wird.
georg schrieb:> S. R. schrieb:>> Am Ende sollte in den PIC eine zum Maximalstrom proportionale analoge>> Spannung reinlaufen, die mit einem ADC gemessen werden kann>> Das ist ein Denkfehler. Wenn ein Handy geladen wird, wird 1 A gemessen -> woher soll der Controller wissen, dass 2 oder mehr A verfügbar wären?> Einfach mal probieren? Das würde auf ständiges Stop and Go hinauslaufen.>> Georg
Moderne Handys machen das so. Die erhöhen den Strom, bis die Spannung
einknickt und laden dann mit Maximalstrom.
Bei der Schaltung müsste es dann der PIC ein Dummy-Netzteil haben und
der PIC probiert den Strom im Dummy-Netzteil so lange zu erhöhen, bis
die Spannung einknickt. Wenn es mindestens ein Ampere ist, dann kann ein
weiteres Handy zugeschaltet werden.
Und sobald die Spannung auch ohne Dummy-Netzteil einknickt, muss ein
Handy abgeworfen werden.
Oder man montiert in unmittelbarer Nähe zur Lade-Solarzelle noch eine
kleine Hilfssolarzelle und misst deren Kurzschlussstrom. Mit ein paar
Versuchsreihen kann man dann bestimmt Rückschlüsse vom Kurzschlussstrom
der Hilfszelle auf den max. Strom der Ladezelle schließen.
Ansonsten in der Praxis würde man sich da vermutlich nicht drum scheren,
denn die Handys kümmern sich von alleine da drum, dass sie mit maximal
möglichem Strom laden.
Edit: Ansonsten, was Stefan sagt. Akku dazwischen macht vieles deutlich
einfacher.
georg schrieb:> Das ist ein Denkfehler. Wenn ein Handy geladen wird, wird 1 A gemessen -> woher soll der Controller wissen, dass 2 oder mehr A verfügbar wären?> Einfach mal probieren? Das würde auf ständiges Stop and Go hinauslaufen.
Darum schrieb ich "Maximalstrom", nicht "fließenden Strom". Mir geht es
um die zur Verfügung stehende Leistung, nicht um die gerade abgenommene
Leistung.
Der MPPT-Tracker sollte in der Lage sein, so eine Information
auszugeben. Alternativ nimmt man die aktuelle Spannung des Puffer-Akkus
(wie von Stefanus vorgeschlagen) als Maßstab für die zur Verfügung
stehende Maximalleistung.
ich hab gerade in einem meiner Prototypen einen
INA219 Stromsensor mit I2C Schnittstelle
verbaut .
Der kann Spannung (32 oder 16V Highside), Strom und Power als Rohdaten
oder fix und fertig kalibriert ausgeben.
Ein Stm32L152 entscheidet dann, in meiner Anwendung, beim
Softstart(PWM), ob ein Motor noch am Akku betrieben werden kann oder
nicht. Hierzu wird u.a. vor dem Softstart die Batteriespannung (MCU_ADC
12Bit) gemessen. Bricht während dem Startvorgang des Motors die Spannung
am Akku ein, so wartet der Mikrocontroller im Sleepmodus bis die
Spannung etwas (1Volt bei 12 V BleiAkku) über der gemessenen Spannung
vor dem Startvorgang liegt.Dies geschieht auch hier Tagsüber durch ein
Solarpaneel.
Der INA219 ist ein nettes Spielzeug.
SOT23-8 Gehäuse
was im Hinblick auf eine Analoge Lösung mächtig Platz, Zeit und mögliche
Fehlerquellen erspart.
Den Akku würde ich auf jeden Fall einplanen, schon allein deshalb weil
ja nicht immer volle Leistung an Handys... abzugeben ist, Und über den
Spannungszustand kann man sehr einfach auf den Ladezustand des Akkus
Rückschlüsse ziehen.
