Stromversorgung LiPo USB charger + Solar

[extremesports]

Hallo,

ich bin dabei mir für meinen Roboter nen neue Stromversorgung zu basteln.
Folgendes schwebt mir vor:

Ein oder mehrere LiPo Akkus, ein LiPo Ladegerät, wie zum Beispiele dieses hier (http://www.sparkfun.com/products/10401)
Die Akkus und das Ladegerät sollen fest verbaut werden.
Sehr gerne würde ich auch noch ein Solarmodul auf den Roboter bauen, der den Akku auch laden kann, damit der Roboter länger autonom unterwegs sein kann - ohne "nach Hause" kommen zu müssen um zu laden...

Mein Problem is momentan, dass ich nicht weiß, welche LiPos ich mit dem Sparkfun Lader laden kann. Und ein weit größeres Problem für mich ist, dass ich nicht weiß, wie ich eine Solarzelle und einen Solarlader mit anschließen kann bzw. ob das überhaupt so geht wie ich es gerne hätte.

Mein System sollte wenigstens 9 Volt zur Verfügung haben. Sehr schick wären natürlich auch 12 Volt, wbei daraus wahrscheinlich nichts wird, da ich auch auf die Größe der Bauteile achten muss. Mein Roboter"körper" wird insgesamt ungefähr folgende Maße haben: 100mm bis 120mm breit, 130mm bis 150mm lang, 40mm bis 60mm hoch.

Ich wäre über Ideen und hilfreiche Tipps dankbar!

Grüße ext.

[021aet04]

Ich bin gerade dabei eine Fahrradlampe zu bauen/planen.
Ich habe mir einiges darüber überlegt, hier der schematische Aufbau:


Solarzelle => DC/DC Wandler (1) => Li-Laderegler => Li-Akku => DC/DC Wandler (2) => µC Steuerung
||
=> DC/DC Wandler für Hochleistungsled (2x) unabhängig gesteuert mit dem µC

Die einzelnen Teile die ich verwenden will:
Solarzelle: http://www.solarzellen-shop.de/solarzellen-basteln-und-hobby/2v-solarzelle-760-mwatt-vergossen.html
DC/DC Wandler (1): SBC300 von ELV http://www.elv.at/output/controller.aspx?cid=74&detail=10&detail2=28772&flv=1&bereich=&marke=
Li-Laderegler: habe 2 Laderegler zur Auswahl, entweder MAX1898 oder MCP73831 (der ist auch auf dem Board von Sparkfun), vermutlich nehme ich den MCP73831, den Ausgang überwache ich mit dem µC
Li-Akku: Ich habe mir einmal zum Test diesen (https://www.distrelec.at/akkupack-3-7-v-3300-mah/kokam/slpb526495/972105) bestellt, ob der nicht zu groß ist werde ich erst testen
Die restlichen Wandler werde ich selbst bauen. Bin aber noch am planen

PS: der MCP73831 ist zum Laden von einer Li-Zelle am USB Port entwickelt worden. Das bedeutet du kannst max. 1 Li-Zelle (=3,7V) anschließen. Wenn du einen mehrzelligen Akku baust bzw mehrere Zellen wählst musst du einen anderen Regler suchen oder die einzelnen Laderegler (1 pro Zelle) galvanisch getrennt montieren (Massen nicht verbinden).


MfG Hannes

[extremesports]

Hey,

danke für deinen Post!

Sag mal, wie schaut das denn aus, wenn man "nur" einen 3,7 Volt LiPo verwendet, das System aber telweise 6 oder besser 7 Volt benötigt? Ist das irgendwie realisierbar?

Woher weiß ich, bzw.. wie berechne ich, wie viel Leistung meine Solarzelle bringen sollte, um das System ausreichend zu versorgen bzw. den Akku in einer vertretbaren Zeit laden zu können?

Grüße ext.

[extremesports]

Noch mal eine Frage: Wenn ich zwei Solarzellen in Reihe schalte sollte das doch auch in Ordnunge gehen. Dann habe ich die selbe Spannung aber die doppelte Stromstärke???

Meine Idee schaut so aus:

2 Solarzellen in Reihe => DC/DC-Wandler => Li-Laderegler => Li-Akku => DC/DC-Wandler => Bifferboard(Controller)

Jetzt besteht nur noch folgendes Problem: Wie muss ich das ganze Zeugs verkabeln? Und wie schließe ich den zusätzlichen Li-Laderegler an um über USB laden zu können? Oder besteht die Möglichkeit einen einzigen Li-Lederegler zu verwenden um entweder über USB oder über Solar zu laden?

Brauche ich irgendwo in meiner Schaltung Schutzdioden?

Die Quelle für Solarzellen schaut gut aus. Ich würde 2 Stück der von dir verlinkten Zellen verbauen wollen.
Der DC/DC Wandler schaut auch gut aus - vermutlich werde ich auch genau den von dir verlinkten einsetzen.
Beim Laderegler bin ich mir wie man bestimmt schon bemerken konnte noch sehr unsicher... In den Blick gefasst hatte ich schon mal diesen http://www.sparkfun.com/products/10401
Als LiPo-Akku hatte ich an diesen hier gedacht: http://www.sparkfun.com/products/8484 Oder gibt es bessere alternativen?

Grüße ext.

[021aet04]

Bei einer Solarzelle kann man das nicht so ohne weiteres sagen wie gut die funktioniert. Die abgegebene Leistung ist von vielen Faktoren abhängig (wie z.B. Winkel zur Sonne, Helligkeit, Leistung bzw Wirkungsgrad der Zelle,...). Aus diesem Grund habe ich auch geschrieben das ich erst testen muss ob der Akku passt oder es zu lange zum Laden des Akkus braucht.
Wenn du mehrere Zellen laden willst gibt es wie ich schon geschrieben habe gibt es verschiedene Möglichkeiten. Entweder du nimmst einen Regler der einen mehrzelligen Akku laden kann (kenne keinen). Oder du nimmst für jede Zelle eine Solarzelle und einen Laderegler. Das wird aber aufwendig.
Wenn du eine Zelle nehmen willst und daraus eine höhere Spannung erzeugen willst musst du einen DC/DC Wandler bauen/einbauen. Du musst aber beachten das du bei einer niedrigeren Eingangsspannung einen höheren Strom benötigst.
Als Beispiel du hast bei 8V einen Strom von 1A sind das 8W (P=UxI=8Vx1A=8W). Wenn du am Eingang jetzt z.B. 4V hast muss diese Versorgung (bei idealen Wandler) die 8W zu Verfügung stellen können. Das wären dann I=P/U=8W/4V=2A. Da der Wandler aber nicht ideal ist hast du einen Wirkungsgrad von, je nach Typ, etwa 80-98%. Dadurch brauchst du wenn du 8W am Ausgang brauchst eine Versorgung die über 8W liefern kann.

Bei einem Roboter würde ich daher auf eine ausreichende Spannung achten und die benötigten Spannungen mit einem Spannungsregler (wegen Effizienz mit DC/DC Wandler) erzeugen.

Vielleicht hilft dir das weiter.

Wenn man 2 Zellen (egal ob Solar, Akku, Batterien,...) in Serie schaltet hat man eine höhere Spannung (die Spannnungen addieren). Wenn man Zellen paralell schaltet hat man theoretisch einen höheren Strom. Das ist bei Solarzellen aber nicht sehr gut, da bei ungleichmäßiger Beleuchtung die Zellen unterschiedlich arbeiten (unterschiedliche Spannungen bzw Ströme).

Wenn du 2 Zellen in Serie schaltest kannst du den Laderegler direkt anschließen. Du musst nur eventuell den Ladestrom anpassen. Wenn du eine andere Form der Platine o.Ä. brauchst solltest du auf Selbstbau setzen. Achte aber auf die Bauteilgröße.

Ob du Schutzdioden o.Ä. verbauen musst weiß ich nicht, da ich keine Schaltplan habe. Dadurch kann ich auch nichts zum Anschluss sagen.

Wenn du 2 Zellen brauchst kannn ich dir die verkaufen, da du einen Mindestabsatz hast (ich habe glaube ich 10 Stk, müsste schauen).

Der Akku schaut nicht schlecht aus. Meinen Typ habe ich oben schon gepostet.

MfG Hannes

[PICture]

Hallo!


Wenn ich zwei Solarzellen in Reihe schalte sollte das doch auch in Ordnunge gehen. Dann habe ich die selbe Spannung aber die doppelte Stromstärke???

Dann hast du genau umgekehrt: dopellte Spannung und inneren Widerstand bei gleichem Strom. ;)

[extremesports]

Oh, danke! Stimmt ja - da hab ich falschrum gedacht. ;-)

[extremesports]

Also ich hab jetzt mal versucht ein halbwegs übersichtliches Schema meines geplanten Aufbaus zu zeichnen.
Ich denke, dass könnt ihr euch das Alles etwas besser vorstellen.

http://www.abload.de/img/schemawqkc.jpg (http://www.abload.de/image.php?img=schemawqkc.jpg)

Vielleicht ist jezt auch klarer, warum ich wegen Schutzdioden gefragt habe - im Bereich des Ladereglers, also zum Beispiel zwischen LiPo LAder und DC/DC Wandler...

Grüße ext.

[021aet04]

Wieviele Akkuzellen willst du verbauen? Vom Prinzip funktioniert es so. Du solltest so natürlich sicherheitshalber eine Diode (am besten eine Schottky) verbauen (eine am USB- und eine an der Solarversorgung).

So wie du es hast würde ich einen mehrzelligen Akku nehmen. Du solltest einen Akku nehmen der viel Kapazität hat, da du Verbraucher mit hohen Stromaufnahmen hast (z.B. Modem und Cam).

Warum willst du 4 Motoren verbauen?

Kannst du einen Aufbau deiner Mechanik geben, wird das ein Roboter?

MfG Hannes

[extremesports]

Ich hab noch nicht so ganz geklärt, wie viel Akkuzellen ich letztendlich benötige. Die Energieversorgung is immer so mein Problem - wenn die erst mal steht is alles kein Problem mehr... ;-)
Ich muss irgendwie mal ermitteln, wie viel Energie ich in etwa benötigen werde.
Auf jeden Fall hab ich mal eine kleine Skizze vom geplanten Roboter gemacht. Is nur der ganz grobe Aufbau. Der Antrieb erfolgt durch Raupenketten. Die neben den otoren liegenden Servos dienen dazu, dass man die Antriebseinheiten im Anstellwinkel variieren kann, um zum Beispiel problemlos Stufen zu erklimmen...

http://www.abload.de/img/seitenansichtyu3l.jpg (http://www.abload.de/image.php?img=seitenansichtyu3l.jpg)
Hier mal noch ein paar Grafiken vom Prinzip des im Anstellwinkel verstellbaren Antriebes:

http://www.abload.de/img/antrieb_1vuny.jpg (http://www.abload.de/image.php?img=antrieb_1vuny.jpg)

http://www.abload.de/img/antrieb_2cuaz.jpg (http://www.abload.de/image.php?img=antrieb_2cuaz.jpg)

http://www.abload.de/img/antrieb_3tugu.jpg (http://www.abload.de/image.php?img=antrieb_3tugu.jpg)

Es fehlt der Servo. Den werd ich demnächst auch mal "einbauen". Evtl. gibt es dann auch mal ein animiertes Konzept. Es ist aber denke ich eindeutig zu erkennen, wo die mit dem Servohorn verbundene Schub-/Zugstange angreifen soll.

Grüße ext.

[021aet04]

Ich würde bei so einem Aufbau eher einen mehrzelligen Akku mit ca. 6-12V verwenden. Die benötigten Spannungen (z.B. 5V für µC) würde ich wegen des besseren Wirkungsgrades mit DC/DC Wandler erzeugen. Motoren nehmen einen relativ hohen Strom auf, dadurch würde ich auf einen mehrzelligen Akku und nicht auf einen Einzelligen Akku mit Stepup Wandler setzen.
Welche Motoren willst du einsetzen? Gleichstrom, Brushless oder Schrittmotoren?
Ich würde statt des Servos einen Gleichstrommotor mit Schneckengetriebe verwenden. Diese nehmen nur bei Winkeländerung Strom auf. Danach sind diese stromlos (da selbsthemmend). Ein Servo muss immer bestromt werden das er den Winkel hält. Den Winkel würde ich über Poti oder Inkrementalgeber abnehmen.

MfG Hannes

[extremesports]

Also wegen dem Akku muss ich mich denke ich noch mal umschauen...
Die Lademöglichkeit mit Solar werde ich vermutlich erst mal hintenanstellen und dann realisieren, wenn der Rest läuft.
Über Schrittmotoren habe ich schon nachgedacht. Dann müsste ich aber auch relativ viel Platz für Motortreiber einrechnen. Daher tendiere ich eher zu DC-Getriebemotoren. Außerdem habe ich schon 2 Getriebemotoren und würde mir einfach 2 Stück dazu kaufen. Momentan in Verwendung:
http://www.watterott.com/de/GM12a-Mini-Getriebemotor
http://www.watterott.com/de/Motor-Driver-1A-Dual-TB6612FNG
Ich bin mir allerdings noch nicht sicher, ob die Kraft der Motoren ausreicht - auch das muss ich noch mal rechnen...
Die Geradeausfahrt soll über ein Kompassmodul sichergestellt werden, dann kann ich mir die Drehencoder sparen.

Was du bezüglich den Servos ansprichst ist gar keine schlechte Idee! Muss mich mal schlau machen, wie das mit den Schneckengetriebe so is und wie teuer das würde.

Um noch mal auf den Akku zurück zu kommen - wenn ich einen mehrzelligen verwende wäre es eben schade, dass ich keinen einfachen kleinen Lader mit einbauen kann. Aber besteht die Möglichkeit, den Anschluss, der von einem mehrzelligen Akku kommt einfach mittels eines Y-Kabels zu splitten und ein Anschluss zur Schaltung zu führen und den anderen einfach auf nen Stecker zu legen über den ich dann das Ladegerät anschliese? Oder schadet es der Schaltung, wenn das Ladegerät durch eine solche Lösung auch direkt mit der Schaltung verbunden wäre?

Grüße ext.

[PICture]

Aber besteht die Möglichkeit, den Anschluss, der von einem mehrzelligen Akku kommt einfach mittels eines Y-Kabels zu splitten und ein Anschluss zur Schaltung zu führen und den anderen einfach auf nen Stecker zu legen über den ich dann das Ladegerät anschliese? Oder schadet es der Schaltung, wenn das Ladegerät durch eine solche Lösung auch direkt mit der Schaltung verbunden wäre?

Deine geplannte Lösung ist gut, da die Schaltung sowieso permanent auf dem Akku hängt. Diese Lösung eignet sich aber nur für Festspannung Ladungsmethode, also eigentlich nur für Blei- und schnellladefähige Ni-Cd bzw. Ni-MH Akkus (siehe dazu Skizze "Stromversorgung" in: https://www.roboternetz.de/community/threads/55075-Selbstsau?p=526887&viewfull=1#post526887 ). ;)

[extremesports]

Also wird es vermutlich auf einen N-MH Akku raus laufen. Da gibt es ja halbwegs preiswert brauchbare Akkus. Das Angebot is auch groß, da diese Akkus ja als Racepacks für den Modellbau verfügbar sind.

Habt ihr mir irgend welche Tipps, auf was ich bei Ni-MH Akkus achten sollte?

Grüße ext.

[Dunuin]

Ich habe gerade das selbe vorhaben.

Also ich habe hier eine Fernbedienung die über Infrarot sendet. Da wird aktuell der Atmega einfach direkt an eine Lithium-Mignon angeschlossen und das reicht dann 10 Jahre bis zum Batteriewechsel.
Nun wollte ich die Fernbedienung aber auf Bluetooth4/Zigbee umbauen und außerdem noch per IMU die Neigung messen. Da geht natürlich der Stromverbrauch auch ordentlich hoch und mit einer Batterie kommt man nicht mehr weit.

Mein Plan war jetzt also das ganze auf einen LiPo-Akku umzustellen, damit ich erstens mehr Strom verbrauchen kann und zweitens mehr Platz für die Platine & Elektronik habe, wenn ich so einen flachen LiPo unterhalb der Platine anbringen kann, anstatt der klobigen Mignon neben der Platine.

Bisher war mein Plan "5V-Netzteil -> LiPo-LadeIC (Max1555) -> 3,7V-Lipo hinter Schutzschaltung -> LDO-Spannungsregler-3,3V (MC78LC33NTRG)".

Jetzt war mir aber die Idee gekommen, dass es auch über Solar ganz nett wäre, da ich eine 80x45mm Fläche frei hätte und die Schaltung ja nur beim Senden wenige mA zieht und sonst laden könnte.
Bei der kleinen Fläche ist es aber schwer passende Solarzellen zu finden. Also gefunden habe ich entweder eine mit 0,5V oder 2x 4V.

Der Max1555 hat 2 Eingänge. Einmal den primären mit 3,7-7V und den sekundären mit 3,7-6V. Es wird immer nur von einem geladen, wobei der primäre Vorrang hat. Solar würde sich also am sekundären anbieten, da dann auf Ladung übers Netzteil gewechselt wird, wenn man doch mal laden will und keine Sonne da ist. Da so ein LiPo ja mit 4,2V geladen wird, sollte die Solarzelle also immer mindestens 4,2 und maximal mit 6V liefern.
Im Datenblatt steht noch...

The input undervoltage lockout has 430mV of hysteresis. The charger turns on when an input rises to 3.95V (typ), and turns off when it falls below 3.52V
...wodurch das Laden dann ja automatisch gestoppt wird, wenn die Solarzelle zu wenig Licht bekommt.

Nun 2 Fragen:
1.) Würde das mit dem Laden über Solar überhaupt klappen? Die Spannung und Stromstärke schwankt ja ständig, je nach Sonneneinstrahlung und liefert wirklich nur wenige mA Strom. Das IC will ja mit 90mA laden und geht von einer ausreichenden Stromversorgung aus. Spezielle LiPo-LadeICs für Solar konnte ich nicht finden. Nur eins für Energy Harvesting und diese 1mAh Akkufolien.

2.) Wie stelle ich die Spannungsversorgung am besten sicher? Gelesen hatte ich eine Application Note von Maxim für NiCD-Akkus. Da wurde eine Solarzelle mit Speicherkondensator an ein Step-Down- bzw Step-Up-Wandler gehängt. Die Spannung der Solarzelle wurde mit einer Spannungsreferenz verglichen und wenn die Spannung unter den Arbeitspunkt der Solarzelle gefallen ist, so wurde der Wandler in den Standby-Modus geschickt.
DA hätte ich jetzt also die Optionen:
0,5V: müsste man per Step-Up-Wandler auf 4,2 bis 6V bringen. Da konnte ich einfach nichts finden. Entweder über 10€ für so einen Wandler oder die schaffen einfach nicht genug Leistung.
4V: ist knapp zu wenig um das LadeIC versorgen zu können. Außerdem soll die bei indirektem Licht auch gerne mal auf 2-3V fallen.
8V(also 2x 4V in Reihe): wäre dann bei direktem Licht zu hoch und bei indirektem im grünen Bereich. Müsste dann ein LDO-Spannungsregler rein, der so auf 4,2V runterregelt und bei unter 4,2V abgeschaltet wird.
Praktisch wäre natürlich eine Solarzelle die so bei 5,5V arbeitet und ohne Last dann auch bei unter 6V liegt. Da würde man sich dann den ganzen Schaltungsaufwand sparen, da der Max1555 ja automatisch abschaltet, wenn die Spannung zu weit fällt. Der Bereich zwischen 4,2 und 6V ist aber auch nicht gerade groß und da würde man wohl ziemlich viel Energie verschwenden, da man die indirekte Sonneneinstrahlung kaum nutzen könnte.