ROboter während des Betriebs mit Solarpanel aufladen

[outdoorgamer]

Hallo. es geht um einen Roboter ( Asuro ).
laut Datenblatt nennspannung 6-12V . Wird von 4 AKkus versorgt.

Meine Idee : Solarpanel ( 1 oder 2, dann in Reihe ) oben auf den Roboter
anbringen:
http://www3.westfalia.de/shops/tech....._9v_block_+_2x_mignon.htm


Es gibt im internet eine Schaltung, mit der man Akkus aufladen kann:
http://www.solar.gch.de/images/lade.pdf

Frage. Was meint ihr, könnte man es realisieren,das der ASURO mit Akku läuft und sich bei gutem Wetter auflädt ?
Kann der Akku überhaupt geladen werden wenn nur schwaches Sonnenlicht vorhanden ist.. und was ist mit Überladung ? Vielleich that jemand einen heissen Tipp.

(frage bezieht sich auf die Elektronik, spielt keine Rolle ob Asuro oder sonst irgend ein elektrotechnisches Gerät )

[Andun]

Moin

Also 1. irgendjemanden sollten den zweiten identischen Thread löschen.
2. Roboter und Solarzellen :D Damit bin ich dieses Jahr bei Jugend Forscht angetreten.
Du kannst dir meien Arbeit auf meiner Webseite (Link in der Sig) ja mal anschauen und ich bin auch für Fragen gerne zu haben.

Ich habe generell festgestellt, dass es seeehr schwierig ist, den Roboter mit Solarkraft zu betreiben, da eigentlcih immer die Solarzelle viel zu wenig Energie liefert. Sobald die Solarzelle groß genug ist und genug Energie zu liefern, ist sie schon wieder viel zu schwer und man braucht wieder mehr Kraft.

Den sensiblen Punkt in der Mitte zu finden ist die Kunst. Ich glaube, dass ist bei so kleinen Robotern wie dem Asuro eigentlcih nicht zu schaffen.

Bei meinem Roboter der mit einem Durchmesser von 48 cm schon recht groß ist im Vergleich, ist es auch noch nicht wirklich optimal. Das Akkuladen dauert sooooo lange, dass ich es noch nie komplett mit Solar hab laden lassen, da mir das zu lange gedauert hat.

Das ganze wird bei mir im Kopf als nette Erfahrung und als großer Lerneffekt verbucht, aber nicht als Marktfertiges effektives betreiben eines Roboters.

Bei weiteren Fragen steh ich gerne bereit

Andun

[shaun]

Hallöle,
die genannte "Schaltung" ist wirklich nicht zu empfehlen. Eine ernstzunehmende Solarzelle wird sicher auch mal mehr als 100mA liefern, so dass die 4148 schon völlig überfordert wäre. Wie Du schon selbst sagtest: Was ist mit Überladung? Natürlich ist hier keinerlei Schutz gegeben, und die Solarzelle wird auch alles andere als optimal ausgelastet, was sie schlechter dastehen lässt als sie möglicherweise ist. Zwar wird das Gespann aus Zelle und Akku sich irgendwo einen Arbeitspunkt suchen, aber optimal ist das nicht. Eine Solarzelle möchte am liebsten im Arbeitspunkt betrieben werden, also dort, wo das Produkt aus Strom und Spannung am grössten ist. Bessere Laderegler können auf diesen Maximum Power Point (MPP) eingestellt werden und ziehen immer gerade so viel Strom aus der Zelle, dass die über ihr anliegende Spannung auf genau diesem Punkt liegt; den Punkt kann man dem Datenblatt der Zelle entnehmen. Einen kurzen Überblick dazu findest Du u.a. unter http://engcyclopedia.de/solarwandler.html , bei Bedarf stelle ich den Schaltplan von dem Ding auch noch mal online. Das Teil sollte damals die Akkus in Lichtschranken für Zeitmessungen im Sportbereich fit halten, allerdings mussten die Geräte mittlerweile überarbeitet werden, daher liegt hier nur der Prototyp des Reglers herum und sonnt sich.

[outdoorgamer]

Wie mir scheint werde ich wohl doch erstmal auf Ladegerät ausweichen, und mich erstmal mit dem zusammenbau und Programmierung vom Asuro-Roboter beschäftigen.
Um die Energieversorgung kümmere ich mich dann später.

ursprünglicher Gedanke war ja, ihn während des Betriebs zu laden ( zu stützen.. ähnlich Stützkondensator). Aber das ist bei einem kleinen SOlarpanel
und kleiner Lichtausbeute nicht möglich.. dann müsste ich ihn ja en ganzen tag in der SOnne stehen lassen, und er fürfte sich kaum bewegen, weil sonst die gewonnene Energie ja schon wieder weg ist.

Trotzdem danke für die Hilfe .. vielleich tkann ich es in einigen Jahren mal mit einer Brennstoffzelle versuchen ;))

[Dirk]

Hallo outdoorgamer,


... ursprünglicher Gedanke war ja, ihn während des Betriebs zu laden ( zu stützen.. ähnlich Stützkondensator). Aber das ist bei einem kleinen SOlarpanel und kleiner Lichtausbeute nicht möglich.. dann müsste ich ihn ja en ganzen tag in der SOnne stehen lassen, ...

... nicht so pessimistisch!
Meine Versuche, den Akku für einen Roboter über Solarzelle zu laden, haben auch als Ergebnis gehabt, dass genügend leistungsfähige Solarzellen zu schwer und zu groß für "normale" Roboter (d.h. für deren Akkus) sind. Das gilt insbesondere, wenn der Roboter nur für indoor vorgesehen ist (das sind ja meist die kleineren!).
Indoor kommt hinzu, dass man selten die volle Beleuchtungsstärke der Solarzellen (Abschattung, Fensterglas ...) erreichen kann.

ABER:
Auch bei meinem 2. Projekt habe ich nicht auf eine Solarzelle verzichtet.
Sie dient zur Erhaltungsladung und macht daher durchaus Sinn. Zusätzlich ergeben sich durch die Solarzelle neue Möglichkeiten für den Robby! Mit 2 oder 4 LDRs und einem Strom- oder Spannungssensor kann man dem Robby beibringen, seine Solarzelle in die Sonne zu drehen/fahren oder Abschattungen zu erkennen.
Dabei habe ich auch gelernt, uC-Zusatzschaltungen stromsparend zu bauen. Man stelle sich vor, dass ein AVR je nach Typ nur einige mA im Grundbetrieb braucht und "abgeschaltet" nur einige uA. Die sind also hervorragend geeignet, Strom zu sparen.
Die "Stromfresser" sind meist die Zusatzschaltungen: Spannungsteiler, die 10mA einfach so ziehen oder LEDs, die 20mA je LED brauchen. Dafür gibt es immer Alternativen (oder zumindest einen Jumper zum Abschalten!). Natürlich sind die Antriebe der größte Stromverbraucher. Obwohl es auch kleine DC-Motoren gibt, brauchen viele Antriebe hunderte von mA und bei Schrittmotoren im Stand sogar noch mehr (meine Schrittmotoren ziehen z.B. im Stand 2,5A!).

Aber zurück zur Solarversorgung:
Es ist interessant, eine gewisse Autonomie eines Roboters zu erreichen. Wenn er z.B. im Zimmer herumfahren kann, sich eine helle Stelle sucht, die Solarzelle ins Licht dreht und dann "schlafen geht" bis ein LDR am Solarpanel abgeschattet ist oder es allgemein dunkel wird, dann ist das schon eine Herausforderung an ein anspruchsvolles Projekt.

Ich habe das mit dem CCRP5 von CONRAD gemacht und jetzt mit einer AVR-Steuerung mit einer neuen Plattform. Dabei ist die Solarzelle nur "Beiwerk", ermöglicht aber lange Spaß an der Programmierung.

Bei meinem aktuellen Projekt habe ich als Solarzelle die ASI-F 2/12 mit 2,1W Leistung. Die Maße passen noch gut auf meinen Roboter.
Für den Asuro müßte es eine leichte und nicht zu große Zelle sein, z.B. ein Solarmodul 8,4 V (CONRAD 112240), die kann mit ihren 12x11 cm auch der Asuro tragen (eine Volladung des Asuro-Akkus ist damit nur mit langen Ladezeiten möglich, aber eine Erhaltungsladung ganz gut). Dazu gehört noch eine Schottky-Diode zum Entladeschutz (z.B. BAT 48 ) und LDRs zur Steuerung.

Du merkst, mein Rat geht in folgende Richtung:
Mach es trotzdem mit einer Solarversorgung! Es ist 'ne tolle Sache. Auch wenn der gesamte Roboter einen zu hohen Stromverbrauch hat, kann man z.B. eine getrennte Stromversorgung von Antrieb und Steuerung machen: Der Akku für die (stromsparende!) Steuerung wird solar geladen und vielleicht sogar autonom! Der Akku für den Antrieb wird konventionell geladen.

Gruß Dirk

[outdoorgamer]

Hallo Dirk. Danke für deine Motivation. Genau das hab ich auch angedacht, die "schlafenergie" ( nenn ich sie mal so ) zu kompensieren.
Nur als Hinweis: Einen Asuro hab ich noch nicht ; ) der kommt hoffentlich in den nächsten Tagen per Post. C Kentnisse hab ich schon einige, daher versprech ich mir sehr viel für meine selbstgestrickten Aufgaben. Besonders das Problem mit der Navigation nur mit Odometrie möchte ich in Angriff nehmen.

Ich hab bei Conrad mal geschaut : Das von dir angegebene Solarpanel hat folgende techn.Daten

Nennspannung: 8,4 V
Nennstrom: 0,085 A
Kurzschluss-Strom: 0.109 A

Leide,r wirklich leider kann ich mir aus den Daten in verbindung mit den Akkus nicht so viel interpretieren ;( Da fehlen mir die Grundlagen.
Also nennspannung ist ok: 8,4 Volt liegen maximal an.
Das genügt ( ich benötige ja 4*1,5 (1,2) Volt .. also ca 6V)
Beim Laden nimmt die spannung aber doch ab,oder? Wegen Last (?)
Und was hat es mit Nennstrom und Kurzschlussstrom auf sich ?
Kurzschlussstrom ist klar: WÜrde ich + und - des Solarpanels verbinden, würde dieser Strom fliessen.

Wenn ich diesen Sachverhalt erstmal raus habe ( ist wahrscheinlich total easy ) dann bin ich schon einen Schritt weiter.

Die Idee mit den LDRs finde ich total super. Wird aber erst realisiert werden, wenn das Ding dann läuft. Ich m uss mich erstmal richtig in den Asuro einarbeiten . ( wie würde icih z.B. die Sensoren auswerten?)

Aber das kommt später.
Wär schön wenn du mir das erklären kannst mit den technischen Daten der Solarzelle speziell für die eingesetzten Akkus.
naja und Schutzbeschaltung für die Akkus müsste dann auch noch her *Grübel* wegen Überladung, wobei ich nicht davon ausgehe das ich sie überlade. ( kann ja schalter zwischenlöten und Schottky-Diode, damit Strom nicht durch die Solarzellen von den Akkus fliesst )

[Dirk]

Hallo outdoorgamer,

die Daten des Moduls (8,4V/0,085A) meinen den Punkt der höchsten Leistung (Pmpp = I * U ist am größten). Bei größeren Anlagen wird dieser Punkt durch einen Laderegler näherungsweise eingestellt.
Für ein Projekt in dieser Größenordnung ist weder eine Ladeschaltung noch ein Schutz des Akkus nötig. Das Modul kann direkt über die Diode mit dem Akku verbunden werden. Für eine Überladung des Akkus ist das Modul zu schwach (es sei denn, das Modul soll über Tage unter einem 100W-Strahler liegen!) und ein Laderegler kostet zu viel Leistungsverlust.

Der höchste Leistungspunkt Pmpp ist indoor auch kaum zu erreichen, weil fast nie direkte Einstrahlung vorliegt.

Also kann man sich auf die Sensoren stürzen: Die LDRs können über A/D-Wandler ausgelesen werden. Gut ist auch ein Stromsensor am Modul und ein Spannungssensor am Akku/Modul.

Wenn dein Asuro rumfährt, kannst du ja da 'mal weiter entwickeln.

Gruß Dirk

[outdoorgamer]

Vielen Dank. funktioniert das also doch *freuu*
Dann werde ich erstmal das Solarpanel einfach in Reihe dazu schalten mit
einer Diode.
gemäß diesem Schaltbild:
http://www.solar.gch.de/images/lade.pdf

Alles weitere kommt später. Ich werd mit Multimeter dann auch mal messen was die Solarzelle so leistet.

Aber restmal den Asuro aufbauen ;)

[Dirk]

Dann werde ich erstmal das Solarpanel einfach in Reihe dazu schalten mit einer Diode.

... ja, genau so. Widerstand, Schalter und LED dienen nur als Anzeige einer Solarspannung und müssen nicht sein. Die 1N4148 hat eine Durchlaßspannung von 0,6..0,7V, das kostet Leistung. Daher nimm lieber die BAT 48, an der fallen nur 0,2..0,3V ab.

Viel Spaß beim Asuro-Aufbau.

Gruß Dirk

[shaun]

Baut doch was ihr wollt [-( Sicher wird sich bei eurer Schaltung irgendein Arbeitspunkt einstellen, aber sehr wahrscheinlich wird dort weder das Optimum an Leistung aus der Solarzelle entnommen noch besteht in irgendeiner Form eine Laderegelung für den Akku, es wird einfach reingedrückt, was da gerade kommt. Natürlich "funktioniert" es, eine einigermassen hochohmige Spannungsquelle über eine Diode an einen Akku anschliessen wird, solange die Quelle mehr Spannung liefert als der Akku gerade hat, zu irgendeinem Stromfluss richtung Akku führen. Aber unkontrolliert und mit schlechter Ausnutzung der Solarzelle.

[Dirk]

Hallo shaun,


Aber unkontrolliert und mit schlechter Ausnutzung der Solarzelle.

Nach meinen Tests in den letzten Jahren ist indoor ALLES schlechter als die direkte Kopplung bei so geringen Ladeströmen und Leistungen. Eine Ladeschaltung kann z.B. den Strom im Pmpp (I=85mA) einstellen, aber gerade bei den geringen Phasen von direkter Sonne indoor verschlechtert eine Strombegrenzung die Leistungsausbeute langfristig.

Aber ich bin sehr interessiert an deiner Lösung! Wie würdest du eine Laderegelung für folgende Bedingung umsetzen:
Modul: Pmpp = 8,4V/0,085A indoor, d.h. Pmpp max. 2h pro Tag an einem Südfenster erreicht, sonst indirekte Einstrahlung
Akku: NiCd 4x1,2V / 2000mAh

Gruß Dirk

[shaun]

Ein Schaltregler, der die Spannung über der Solarzelle auf 8,4V regelt (bzw es zumindest versucht) und Strombegrenzung auf 200mA (wenn die Akkus es abkönnen auch mehr), beides natürlich auf den Schaltregler wirkend. Ich habe ausgangsseitig eine Konstantspannung bereitgestellt, weil dahinter ein bereits vorhandener Laderegler kam, dazu habe ich den Fehlerverstärker im MAX761 benutzt und einen externen CMOS-OPV über den Kompensationsanschluss angeknotet, der die Spannung im MPP regelt. Die Überwachungd es Ladestandes hat der System-uC mit übernommen und im Notfall den Laderegler disabled.

[Dirk]

Hallo shaun,


Ein Schaltregler, der die Spannung über der Solarzelle auf 8,4V regelt
Schaltregler haben einen Leistungsverlust von mind. 10 bis 20%. Völlig inakzeptabel für so geringe Leistungen. Bei der Art der hier beschriebenen Anwendung völlig unnötig.


Strombegrenzung auf 200mA
Das hier gemeinte Modul schafft das nicht einmal. Kurzschlussstrom 109mA.


Ich habe ausgangsseitig eine Konstantspannung bereitgestellt, weil dahinter ein bereits vorhandener Laderegler kam, dazu habe ich den Fehlerverstärker im MAX761 benutzt und einen externen CMOS-OPV über den Kompensationsanschluss angeknotet, der die Spannung im MPP regelt.
??? Poste doch 'mal die Schaltung!


Die Überwachungd es Ladestandes hat der System-uC mit übernommen und im Notfall den Laderegler disabled.
Eine sinnvolle Schaltung, aber hier völlig "mit Kanonen auf Spatzen geschossen". In der Realität eines Asuro, der mit dem Modul auf dem Rücken in einer Wohnung herumfährt, werden höchstens 10-15mA Ladestrom bei heller Mittagssonne fließen. Was ist da als Notfall anzunehmen?

Gruß Dirk

[shaun]

Ich zeichne den Schaltplan vom Prototypen später ab, geht sicher schneller als die Aufzeichnungen von damals herauszukramen.
Wo hast Du denn die Pauschalmeinung her, dass Schaltregler immer 10-20% Verluste haben? Naja egal, in diesen Spannungsbereichen sind sie zwar nicht so effizient wie bei höheren Spannungen, weil die Spannungsabfälle an den Halbleitern relativ grösser sind, aber um die neuen Informationen über Solarzelle und Akku mal einzuarbeiten: 8,4V bei 85mA im MPP mit einem Linearregler auf die Ladeschlussspannung von 5,8V gebracht => Wirkungsgrad 69%, vor dem Ladeschluss noch geringer. Ohne MPP-Anpassung wird sich die Solarzellenspannung weitestgehend der Akkuspannung anpassen, dabei verhält sie sich angenährt wie eine Konstantstromquelle - man verschenkt also Leistung. Ich müsste jetzt den Wirkungsgrad meines Schaltreglers messen, aber der Vergleich hinkt schon deswegen etwas, weil der Regler für eine kleinere Zellenspannung und daher als Step-Up-Wandler ausgelegt ist. Ich werde vielleicht nachher mal eine Messung machen, dann kommt das Ergebnis zusammen mit dem Schaltplan auf meine HP und ein Link hierher.

UPDATE
So, ich habe mal ne halbe Stunde damit verdödelt, eine Messung an meinem Wandler zu machen. Nun habe ich keine Solarzelle gefunden, die auch nur ansatzweise der ursprünglich verwendeten entsprach und daher mal so ein Modell "Taschenrecher" rangehängt, ausgangsseitig einen 3,6V NiMH-Akku, der zu dem Zeitpunkt 3,80V hatte. Mit atemberaubenden 7,2mA aus der Solarzelle bei einem grob hingekurbelten Spannung von 1,89V habe ich abzüglich der Leistung für die Regelung einen Wirkungsgrad von 66,2% bekommen. Naja, die gewünschten 90% sind das nicht, aber für diese Werte war die Schaltung auch nie gedacht.
Wenn ich jetzt statt meiner kleinen NiMH an die 2Ah-NiCd denke und dann noch den gelegentlichen Hobby-Einsatz dazuaddiere, kommt unterm Strich wohl doch raus, dass eine aufwändige Ladeschaltung hier nicht so wirklich notwendig ist. Bei meinen Tests eben war ich übrigens nicht unbedingt begeistert, was diese Solarzellen so an Licht brauchen, damit etwas Messbares herauskommt, ich hatte da weitaus bessere Werte in Erinnerung. Aber das mag auch an dieser ranzigen Zelle hier liegen.

[outdoorgamer]

Vielen Dank für die vielen Rückmeldungen.
Ich werde es erstmal wie Dirk vorgeschlagen hat machen.
Schottky-Diode und Solarpanel in Reihe zu den Akkus.

Auch wenn der ideale Arbeitspunkt nicht erreicht wird: Es stellt so für mcich die einfachste, kostengünstigste und auch gewichtssparende Lösung dar.
Möglicherweise wird der Gewinn durch eine Annäherung an den Arbeitspunkt wieder durch das zusätzliche Gewicht einer Schaltung vernichtet.
Aber ichkan mich damit ja mal beschäftigen *g*
Erstmal den Asuro aufbauen .. der kommt Morgen per Post.

Ich denke mal das ich das mit dem Solarpanel auch erst in einigen Wochen bewerkstelligen werde..

[shaun]

Mach das mal und poste Deine Ergebnisse. Bei mir waren die Voraussetzungen anders: langer Betrieb bei wenig Strom im Sonnenlicht. Wie schon gesagt: wenn die Solarzelle mit einer Spannung unterhalb ihres Arbeitspunktes/MPP betrieben wird, steigt der Strom nur minimal, sie verhält sich fast wie eine Konstantstromquelle bis hin zum Kurzschlussstrom, der so 10-20% über den Strom im MPP liegt. Zum Akkuladen gar nicht mal die schlechteste Sache.

[outdoorgamer]

Hab noch eine Ergänzung: und zwar sehe ich gerade, dass er Asuro
mit 4 Akkus AAAA ( Microakku ) betrieben wird.
Nun hab ich mal bei Conrad geschaut : Die empfehlen als Zubehör
GP Akkus mit einer Kapazität von 750mAh .
Da blieb mir erstmal die Spucke weg. Hab Kapazitäten um die 2000mAh erwartet ähnlich wie bei einer Digitalkamera, die größere Batterien verwendet.
Anscheinend sind die Kapazitäten bei den Mikro-Akkus wesentlich kleiner.

Wenn ich wirklich mit 750mAh hinkomme dann bedeutet das entweder, dass
die Akkus sehr schnell verbraucht sein werden... oder anders herum - per Solarpanel auch gut geladen werden können. Zumindest die Erhaltungsladung sollte funktionieren.
Ansonsten hab ich ja noch eine Ladestation zum manuellen Laden-.

ich b in schon ganz gespannt wieviel "Strom er frisst".

[outdoorgamer]

Hi... hab heute mal den ersten Test gemacht :


Batterien in den Asuro: Spannung gemessen : (zwischen bat+ und Bat- )
4,93 V

dann etwa 20 minuten fahren

Spanung abgesunken auf 4,83 V

Dann Solarzelle (allein) nach draussen gestellt ( wolkig )
Leerlaufspannung etwa 11,7 V

Dann den Asuro angeschlossen und 15 minuten lang laden lassen
(währenddessen kein Betrieb) .

Solarzelle wieder abgestöpselt.. u nd Batterien nachgemessen:
4,95 V

*freuu*
Der Ladevorgang funktioniert also ;))

Das Problem mit der Überladung werde ich wohl so lösen, dass ich einen Minischalter zwischen Diode und Solarzelle einbaue , so dass ich die Solarzelle einfach abschalten kann. -

Hab mir an BAt+ und BAt- zusätzlich kurze Leitungen angelötet, die möchte ich mit Buchsen (schuhen) versehen.
Die Leitungen der Batterie bekommen Stecker denke ich mal.

nun muss ich die solarzelle noch parallelschalten. ne dreifach-Küsterklemme wär was tolles.. gibt es sowas ?
kann die Leitungen natürlich auch alle zusammenlöten... *grübel*