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=Grundprinzip=
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<p style="color: #FF0000; background-color: #FFFF00;"> Dieser Artikel enthält teilweise veraltete Informationen. Aktuelle Informationen zum Laden mit GPS-RTK via Sunray sind im Runray-Artikel sowie im Artikel zur Ladestation zu finden. </p>
  
Der Roboter findet seine Ladestation, wo er wieder aufgeladen wird  mit Hilfe der Perimeter-Schleife. Er fährt also solange in Uhrzeiger-Richtung an der Schleife entlang bis er eine Ladespannung an den Ladeanschlüssen feststellt. Hier stoppt der Roboter und lädt seinen Akku wieder auf.
 
  
<gallery>
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Hier siehst Du wie der Ardumower-Akku geladen wird. Falls Du keine Ladestation verwenden möchtest (oder für Deine ersten Versuche) kannst Du das Ladegerät direkt an den Ardumower anschliessen.
File: Ardumower_perimeter.jpg | Perimeter-Schleife unter der Ladestation
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File: Ardumower_perimeter_components.jpg | Komponenten der Ladestation
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File: Ardumower_charging_components.jpg | Ladestation
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File: Ardumower_battery_pack.jpg | Sony Konion 7S2P Akkupack (29.4V, 4500 mAh)
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</gallery>
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=Charger=
+
[[File: Ardumower_battery_overview.jpg|800px]]
  
For the charger, we are using a Lithium Ion e-bike charger (29.4V, 1.5A current limitting) that can be purchased via the [https://www.marotronics.de/Ladegeraete-fuer-den-Ardumower-Akkus-24V-mit-Status-LED-auch-fuer-Pedelec-Akkus shop] [[File: shopping.png|link=https://www.marotronics.de/Ladegeraete-fuer-den-Ardumower-Akkus-24V-mit-Status-LED-auch-fuer-Pedelec-Akkus]]. The charger is placed in a protected area (house etc.) and connected to the robot charging station. The charger should accomplish the following things (in this case Lithium-Ion, lead battery is similar, but less critical):
+
=Ladegerät=
  
* Charge battery pack via the charging pins of the robot
+
wir benutzen ein Lithium Ion e-bike Ladegerät (29.4V, 1.5A Ladestrom-Begrenzung) das über den Marotronics-Shop [https://www.marotronics.de/Ladegeraete-fuer-den-Ardumower-Akkus-24V-mit-Status-LED-auch-fuer-Pedelec-Akkus shop] [[File: shopping.png|link=https://www.marotronics.de/Ladegeraete-fuer-den-Ardumower-Akkus-24V-mit-Status-LED-auch-fuer-Pedelec-Akkus]] bezogen werden kann . Das Ladegerät wird in einem geschützten Bereich untergebracht (z.B. im Haus) und mit der Ladestation verbunden. Das Ladegerät sollte folgendes leisten( hier für Lithium-Ionen-Zellen, bei Bleiakkus ist es ähnlich aber weniger kritisch):
* Maximum cutoff voltage / charge voltage compliance (charging voltage limit)  
+
* Maximum charging current compliance (charging current limit)  
+
  
If you are using an existing charger, these things are implemented with high probability already in it.
+
* Laden des Akkupacks über dei Ladeanschlüsse des Roboters
 +
* Einhaltung der  maximalen Ladespannung (Ladeschluss-Spannung)
 +
* Einhaltung dess maximalen Ladestroms (Ladestrom-Begrenzung)
  
=Total power balance=
+
Wenn du ein vorhandenes Ladegerät benutzt, sind diese Anforderungen mit höchstwahrscheinlich erfüllt.
* 2 x Gear motors each 1A (under heavy load): 2A, 27 volt  (measured at max. 80% accuracy by motor drivers)
+
* 1 x Mower motor 1A (under normal load): 1A, 27 volt  (measured at max. 80% accuracy by motor drivers)
+
* PCB: 1A, 5 volt  (not measured by PCB)
+
  
 +
=Leistungsbilanz=
 +
* 2 x Getriebemotor jeder 1A (unter Last): 2A, 27V  (gemessen mit max. 80% Genauigkeit des Motortreibers)
 +
* 1 x Mähmotor 1A (unter normaler Last): 1A, 27V  (gemessen mit max. 80% Genauigkeit des Motortreibers)
 +
* Board: 1A, 5 Volt  (nicht gemessen)
  
Total: 3A * 27v + 1A * 5v = 81W + 5W = 86W
 
  
=Battery=
+
Insgesamt: 3A * 27V + 1A * 5V = 81W + 5W = 86W
For the battery, we are using a 'Sony Konion 7S2P' Lithium Ion battery pack ([http://www.repasebaterii.cz/files/img/datasheet/us18650v3.pdf Sony Konion US18650V3 2250 mAh cells, Li-Mn]), 29.4V x 4500 mAh = 132 Wh, 500 recharge cycles, 126 x 36 x 65 mm (LBH).
+
  
Using this battery with the Ardumower motors, the mowing time is about 1.5 hours (132 Wh / 86W).
+
=Akku=
  
battery charge/discharge conditions for optimal battery life time:
+
[[File: Ardumower_battery_pack.jpg | Sony Konion 7S2P battery pack (29.4V, 4500 mAh)|400px]]
  
* charging per cell: max 4.15v (0.3A - 0.1A charging cutt-off)
+
Als Akku wird ein 'Sony Konion 7S2P' Lithium Ion Akkupack ([http://www.repasebaterii.cz/files/img/datasheet/us18650v3.pdf Sony Konion US18650V3 2250 mAh cells, Li-Mn]), 29.4V x 4500 mAh = 132 Wh, 500 Ladezyklen, 126 x 36 x 65 mm (LBH) verwendet.
* discharging per cell: min 3.1v
+
  
=Standby-off / Under-voltage protection=
+
Die Mähzeit beträg mit den Ardumower-Motoren ungefähr 1,5 Stunden (132 Wh / 86W).
There are two reasons for a battery switch (standby-off mechanism):
+
  
Reason1: If the robot was not started within 5 minutes, it should turn battery off to save energy.
+
Akku Lade-/Entladebedingungen für optimale Lebensdauer:
  
Reason2: Modern batteries should not be completely discharged. When the robot isn't able to charge for some reason and when the battery is below a certain threshold, it should be able to switch off the battery itself (undervoltage protection)  
+
* Ladeschlussspannung pro Zelle: max 4.15V ( 0.3A - 0.1A Rest-Ladestrom)
 +
* minimale Entladespannung: min 3.1V
  
Idea:
+
=Standby-Aus/ Unterspannungsschutz=
 +
Der Ardumower kann um einem Unterspannungsschutz erweitert werden. Es gibt zwei Gründe für einen Batterie-Schalter (standby-off mechanism):  
  
# User presses existing START/POWER button, that switches on the MOSFET for the time of pressing
+
1. Grund: Wenn der Roboter nicht innerhalb von 5 min startet,sollte der Akku abgeschaltet werden, um Strom zu sparen.
# Arduino starts and immediately also switches on MOSFET (via Arduino pinBatterySwitch)
+
 
# If undervoltage detected, Arduino switches off MOSFET (via Arduino pinBatterySwitch)
+
2. Grund: Moderne Akkus sollten nicht komplett entladen werden. Wenn der Roboter aus irgend einem Grund nicht aufgeladen werden kann und die Akkuspannung unter einen bestimmten Grenzwert fällt, sollte er in der Lage sein, sich selbst abzuschalten (Unterspannungsschutz)  
# Emergy button is still used for completely switching ON/OFF power
+
# POWER/START button: switches-on operation voltage (1st one second press), starts robot in automatic mode (2nd one second press)
+
  
 
<gallery>
 
<gallery>
File: Ardumower_current.png | Ardumower complete system motor start current
+
File: Untervoltage.jpg | Unterspannungsschutz- PCB
File: BATTERY_CIRCUIT3.png | Battery switch-off circuit
+
File: Unterspannungsschutz-board-undervoltage-lockout-board4.jpg | Unterspannungsschutz- PCB Verdrahtung
File: BATTERY_CIRCUIT3_PCB.jpg | Battery switch-off PCB
+
File: Battery_switch_pcb_circuit.png | Ardumower PCB modification circuit
+
File: Battery_switch_pcb.jpg | Ardumower PCB modification
+
File: Improved_battery_charging_circuit_idea.png | Idea for future PCB
+
 
</gallery>
 
</gallery>
  
BOM:
+
[https://github.com/Ardumower/ardumower/tree/master/pcb/Produzierte_Platinen/Unterspannungsabschaltung_V1.0_geschlossen schematics]
1x IRF9540N  P-MOSFET  T1  (or IRF5210)
+
1x BC337 NPN  T2
+
1x Zener Diode 15V ZD15  Z1
+
2x Diode 1N4148 D2, D3
+
2x Diode 1N5819 50V D1, D4
+
1x 22 uF C1
+
1x 1k R4
+
2x 10k (R3, R8)
+
1x 30k R6
+
2x 100k  (R2, R7)
+
  
=Robot charging=
+
=Laden des Roboters=
  
In the robot itself, the battery voltage is monitored (see diagram below). So it can be determined when the robot must go to the charging station. The robot and the voltage and the current during charging is controlled. So it can be determined whether the robot has reached the charger and when the battery is fully charged again.  
+
Im Roboter wird die Akkuspannung überwacht (siehe Schema unten). Dadurch kann festgestellt werden, wann der Roboter zur Ladestation fahren muss. Der Roboter, die Ladespannung und der der Ladestrom werden gesteuert. Dadurch kann entschieden werden, ob der Roboter die Ladestation erreicht hat und wann der akku voll geladen ist.
  
robot charging circuit:
+
Über die App pfodApp (Android) kann der Ladevorgang überwacht werden.
  
<blockquote style="background-color: lightgrey; border: solid thin grey;">
+
<gallery>
<pre>
+
File: Ardumower_battery_plotting.jpg | Lade-Plots
Robot charging (+)---+------+-- relais ---- current sensor ----- battery (+)
+
File: Ardumower_battery_settings.png | Akku-Einstellungen
                            |
+
File: Ardumower_charging_battery_full.jpg | Akku voll geladen
                            ---- voltage sensing
+
File: Ardumower_charging_timeout.png | Laden mit Zeitbegrenzung
Robot charging (-)-- +------------------------------------------ battery (-)
+
</gallery>
</pre>
+
</blockquote>
+
  
=Charging station=
+
=Ladestation=
 +
Der Roboter findet seine Ladestation, wo er wieder aufgeladen wird  mit Hilfe der Perimeter-Schleife. Er fährt also solange in Uhrzeiger-Richtung an der Schleife entlang bis er eine Ladespannung an den Ladeanschlüssen feststellt. Hier stoppt der Roboter und lädt seinen Akku wieder auf. Über den Ladestrom/Standby-Strom erkennt der Schleifensender dass der Roboter in der Station steht und kann dann den Schleifensender abschalten.
  
Ideally, the charging station also powers the perimeter loop sender.
+
Hier siehst Du wie der Ardumower mit einer Ladestation geladen wird:
  
charging station circuit:
+
[[File: Ardumower_charging_overview.jpg|800px]]
  
<blockquote style="background-color: lightgrey; border: solid thin grey;">
 
<pre>
 
AC power supply => Charger 24V (+)----- Charging station charger pin(+)
 
                    GND        (-)----- Charging station charger pin(-)
 
                    Charger 24V (+)----- DC-DC converter 12V => Perimeter sender MC motor driver
 
                                                            => Perimeter sender Arduino Nano Vin
 
</pre>
 
</blockquote>
 
 
=Charge monitoring/Battery settings=
 
Via pfodApp (Android) you can monitor the charging process.
 
 
<gallery>
 
<gallery>
File: Ardumower_battery_plotting.jpg | Charging plot
+
  File: Ardumower_perimeter.jpg
File: Ardumower_battery_settings.png | Battery settings
+
  File: Charging_contacts.png | Ladekontakte
File: Ardumower_charging_battery_full.jpg | Battery fully charged
+
File: Ardumower_charging_timeout.png | Charging with timeout
+
</gallery>
+
 
+
=Charging station ideas=
+
<gallery>
+
File: Ardumower_charging_station.png
+
File: Ardumower_charging_station_example.jpg
+
File: Ardumower_charging_station1.jpg
+
File: L50_laden.jpg
+
File: Ardumower_charging.jpg
+
File: Batterie_kontakte.jpg | Charging contacts
+
File: Charging_station.jpg
+
 
</gallery>
 
</gallery>
  
Zeile 128: Zeile 80:
 
#[http://www.youtube.com/watch?v=kfY6bBFdxYk Drive in and out]
 
#[http://www.youtube.com/watch?v=kfY6bBFdxYk Drive in and out]
 
#[https://www.youtube.com/watch?v=NLv-mXDqVQU&feature=youtu.be Tracking and docking]
 
#[https://www.youtube.com/watch?v=NLv-mXDqVQU&feature=youtu.be Tracking and docking]
 +
#[https://www.youtube.com/watch?v=QCA6Dm3rs3M Finale Version]
  
 
+
=Weitere Links=
=Further links=
+

Aktuelle Version vom 14. September 2021, 00:29 Uhr

Dieser Artikel enthält teilweise veraltete Informationen. Aktuelle Informationen zum Laden mit GPS-RTK via Sunray sind im Runray-Artikel sowie im Artikel zur Ladestation zu finden.


Hier siehst Du wie der Ardumower-Akku geladen wird. Falls Du keine Ladestation verwenden möchtest (oder für Deine ersten Versuche) kannst Du das Ladegerät direkt an den Ardumower anschliessen.

Ardumower battery overview.jpg

Ladegerät

wir benutzen ein Lithium Ion e-bike Ladegerät (29.4V, 1.5A Ladestrom-Begrenzung) das über den Marotronics-Shop shop Shopping.png bezogen werden kann . Das Ladegerät wird in einem geschützten Bereich untergebracht (z.B. im Haus) und mit der Ladestation verbunden. Das Ladegerät sollte folgendes leisten( hier für Lithium-Ionen-Zellen, bei Bleiakkus ist es ähnlich aber weniger kritisch):

  • Laden des Akkupacks über dei Ladeanschlüsse des Roboters
  • Einhaltung der maximalen Ladespannung (Ladeschluss-Spannung)
  • Einhaltung dess maximalen Ladestroms (Ladestrom-Begrenzung)

Wenn du ein vorhandenes Ladegerät benutzt, sind diese Anforderungen mit höchstwahrscheinlich erfüllt.

Leistungsbilanz

  • 2 x Getriebemotor jeder 1A (unter Last): 2A, 27V (gemessen mit max. 80% Genauigkeit des Motortreibers)
  • 1 x Mähmotor 1A (unter normaler Last): 1A, 27V (gemessen mit max. 80% Genauigkeit des Motortreibers)
  • Board: 1A, 5 Volt (nicht gemessen)


Insgesamt: 3A * 27V + 1A * 5V = 81W + 5W = 86W

Akku

Sony Konion 7S2P battery pack (29.4V, 4500 mAh)

Als Akku wird ein 'Sony Konion 7S2P' Lithium Ion Akkupack (Sony Konion US18650V3 2250 mAh cells, Li-Mn), 29.4V x 4500 mAh = 132 Wh, 500 Ladezyklen, 126 x 36 x 65 mm (LBH) verwendet.

Die Mähzeit beträg mit den Ardumower-Motoren ungefähr 1,5 Stunden (132 Wh / 86W).

Akku Lade-/Entladebedingungen für optimale Lebensdauer:

  • Ladeschlussspannung pro Zelle: max 4.15V ( 0.3A - 0.1A Rest-Ladestrom)
  • minimale Entladespannung: min 3.1V

Standby-Aus/ Unterspannungsschutz

Der Ardumower kann um einem Unterspannungsschutz erweitert werden. Es gibt zwei Gründe für einen Batterie-Schalter (standby-off mechanism):

1. Grund: Wenn der Roboter nicht innerhalb von 5 min startet,sollte der Akku abgeschaltet werden, um Strom zu sparen.

2. Grund: Moderne Akkus sollten nicht komplett entladen werden. Wenn der Roboter aus irgend einem Grund nicht aufgeladen werden kann und die Akkuspannung unter einen bestimmten Grenzwert fällt, sollte er in der Lage sein, sich selbst abzuschalten (Unterspannungsschutz)

schematics

Laden des Roboters

Im Roboter wird die Akkuspannung überwacht (siehe Schema unten). Dadurch kann festgestellt werden, wann der Roboter zur Ladestation fahren muss. Der Roboter, die Ladespannung und der der Ladestrom werden gesteuert. Dadurch kann entschieden werden, ob der Roboter die Ladestation erreicht hat und wann der akku voll geladen ist.

Über die App pfodApp (Android) kann der Ladevorgang überwacht werden.

Ladestation

Der Roboter findet seine Ladestation, wo er wieder aufgeladen wird mit Hilfe der Perimeter-Schleife. Er fährt also solange in Uhrzeiger-Richtung an der Schleife entlang bis er eine Ladespannung an den Ladeanschlüssen feststellt. Hier stoppt der Roboter und lädt seinen Akku wieder auf. Über den Ladestrom/Standby-Strom erkennt der Schleifensender dass der Roboter in der Station steht und kann dann den Schleifensender abschalten.

Hier siehst Du wie der Ardumower mit einer Ladestation geladen wird:

Ardumower charging overview.jpg

Videos

  1. Driving into charging station
  2. Drive in and out
  3. Tracking and docking
  4. Finale Version

Weitere Links