Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Bufor energii dla drona

20 Paź 2014 17:03 2997 16
  • Poziom 17  
    Witajcie,

    mam dość poważny problem podczas realizacji mojego projektu zasilania drona. Otóż narzucono mi zastosowanie silnika spalinowego sprzężonego z prądnicą jako źródła energii dla drona. Ambitny plan zakładał skrócenie do minimum międzylądowań - pojazd startuje z uruchomionym silnikiem spalinowym oraz pełną baterią, która jest przez prądnicę i mostek 6D ciągle doładowywana, kiedy kończy się paliwo, silnik gaśnie, a energia w baterii wystarcza do spokojnego wylądowania, a później po szybkim uzupełnieniu paliwa do ponownego startu. Koncepcja nie jest może najszczęśliwsza, ale zabrałem się do pracy. Mam silniczek, prądnicę ale pojawił się problem z baterią. Zastosowana modelarska LiPo ma co prawda 30C przy rozładowaniu, ale ładowanie może się odbywać maksymalnym prądem 4,4A (pobór podczas lotu waha się pomiędzy 12-25A). Jakie ogniwo powinienem zastosować (przy rozsądnej wadze w okolicy 250-300g) aby dało się je równocześnie rozładowywać i ładować dużym prądem (nie zależy mi na ich dużej pojemności, mają zapewnić lot przez góra minutę-dwie)?

    Bardzo proszę o dyskusję na ten temat, bardzo chętnie odpowiem na wszelkie dodatkowe pytania.
    Darmowe szkolenie: Ethernet w przemyśle dziś i jutro. Zarejestruj się za darmo.
  • Poziom 18  
    Nie podałeś pojemności ani rodzaju pakietu tzn. z ilu ogniw się składa. Zgaduję, że chodzi o 3-4s. Akumulatorki lepszych firm mogą być ładowane prądem nawet 5C, choć nie jest to zbyt dobre dla nich. Możesz użyć akumulatorków łączonych równolegle w pakiety co zawsze zwiększy maksymalny prąd jaki mogą przyjąć.
  • Moderator Robotyka
    Pomysł nie jest specjalnie ambitny. Raczej nieprzemyślany.
    Napęd hybrydowy będzie kilka razy cięższy niż sam elektryczny.
    Czas pracy silnika spalinowego też nie będzie zbyt długi, bo przez zwiększoną masę własną, nie wiele zostanie na paliwo i dodatkowy ładunek.
    Silnik spalinowy generuje też sporo zakłóceń i drgań. O prądnicy nie wspomnę.
    Do tego dochodzi zasadnicza wada takiego napędu. Jeżeli silnik spalinowy zgaśnie, nie można go odpalić w locie.

    Poza tym pamiętaj o bilansie energetycznym. Żeby naładować baterię, silnik spalinowy musi być silniejszy niż cały napęd główny drona. To kolejny problem.
    Bo po co montować dwa silne napędy, z których każdy jest zdolny do uniesienia drona? Silnik spalinowy, prądnica, silniki elektryczne.

    Osobiście bym wyliczył "osobie zlecającej" masę układu, koszty rozwiązania, sprawność konstrukcji i stopień awaryjności, żeby sobie to jeszcze raz przemyślała.
    Drony wielowirnikowe niestety nie są konstrukcjami predysponowanymi do długiego czasu lotu. Mają zbyt wysoki koszt energetyczny, w porównaniu np. do samolotów.

    Jeżeli osoba chce mieć napęd spalinowy, to niech zainwestuje w śmigłowiec z takim napędem. Budowa napędu hybrydowego, tylko po to, żeby mieć energię na minutę, czy dwie - jest zupełnie bez sensu. Tym bardziej, że nie tylko martwimy się o napęd elektryczny, ale musimy jeszcze dbać o napęd spalinowy, co już bardzo wygodne nie jest. Drogie i żrące paliwa, olej... Czy osoba zlecająca zna koszty paliw modelarskich?

    Prościej dać większy pakiet i wymieniać go na świeży.
    Jest cała masa sposobów na monitorowanie stanu pakietu i spokojnie można te dwie minuty wcześniej wylądować, czy wydłużyć czas lotu.
    A wymiana pakietu przy zastosowaniu odpowiednich złączek i metod mocowania pakietu, to dosłownie minuta i już jesteśmy znów w powietrzu.
    Do latania NON-STOP wystarcza dosłownie 6 pakietów, jeżeli na jednym latamy 10 minut. Bo przez godzinę pakiety litowe się spokojnie naładują.
  • Poziom 17  
    Aku ma 3 cele, pojemności 2200mAh, konkretnie Zippy 2200, napięcie 11,1V. Ogólnie, to najlepsze, co mi przyszło do głowy to coś takiego, połączone nie dość, że szeregowo to jeszcze równolegle:
    Code:
    http://www.on9stop.com/battery/63-mnke-26650-battery-imr-30a60a-3500mah-flat-top.html

    co o tym sądzisz? koszt 40 zł za ogniwo - -'

    Problem w tym, że to jest temat pracy dyplomowej. Nazywało się to ładnie "Hybrydowy układ zasilania drona" po czym okazało się, że chodzi o wykorzystanie silnika spalinowego. Niestety nie jestem w stanie już tego zmienić, więc chcę wycisnąć co się da z tego, co mam...
    Żeby było jasne, ja doskonale sobie zdaję sprawę z bezsensu tego projektu, ale nie jestem w stanie nic już z tym zrobić...
  • Moderator Robotyka
    Ale praca dyplomowa może też wykazać nieprawidłowość założeń tematu. :)

    Zrób ją teoretycznie. Wylicz wszystko ładnie, porównaj z kosztami i parametrami typowego drona, wylicz udźwig, masę, obciążenie powierzchni nośnej wirników, przy założeniu identycznych silników i śmigieł.

    Tak utopisz się w kosztach. Sam silnik spalinowy do modelu to koszt kilkuset złotych. Benzynowy na etylinę Pb95 - Kilka tysięcy złotych. Miniaturyzacja niestety kosztuje. :) A nikt ci nie każe budować niemożliwego prototypu.
    O elektronice i czujnikach niezbędnych do drona, nie mówię.

    Prądnica - mała, a wydajna też kosztuje i swoje waży. Musi dostarczyć więcej energii niż pobierają 4 silniki. Silnik spalinowy musi być mocniejszy od prądnicy.

    Możesz zbudować jak chcesz lub musisz - zwykły, i pokazać jak lata z balastem wyliczonym dla masy napędu hybrydowego i czy w ogóle lata.

    A jak by praca mówiła o powstawaniu zimnej fuzji, też byś budował taki reaktor w domu? ;)

    To się wszystko da policzyć i sprawdzić.
    I w podsumowaniu napisz ładnie, że przy obecnych rozwiązaniach technicznych, napęd hybrydowy w dronie jest nieopłacalny ekonomicznie i mniej wydajny niż tradycyjny napęd elektryczny. Dla równowagi można np. wspomnieć o alternatywie, czyli np. zasilaniu przez panele słoneczne czy ogniwa paliwowe.

    Pracę dyplomową pisze się po to, żeby wykazać swoją wiedzę i umiejętność jej wykorzystania. A nie po to, żeby koniecznie coś zbudować, co sobie promotor wymyślił. Jako przyszły inżynier musisz umieć oceniać także wydajność rozwiązań technicznych i odrzucać te, które się nie sprawdzają.
  • Poziom 17  
    Ale chodzi o to, że ja wszystkie części mam. Dostałem tylko niewielki budżet na części do prostownika 6D, na zakup dodatkowych ogniw czy ewentualnego układu kondycjonowania sygnału. Wiem, że można teoretycznie, ale nie chcę chłopa zawieść. Mam silnik modelarski o mocy 0,6HP przy 28k obrotów, mam prądnicę bezszczotkową o mocy max 848W, na koniec - mam latający quadrokopter. Jedyną trudnością jest dla mnie wybór ogniwa, które da radę być ładowane prądem rzędu 20-30A i takim samym rozładowywane.
    Bardzo Ci dziękuję @Madriku za Twoje wypowiedzi, sam doszedłem do takich samych wniosków i im dłużej to czytam to większego mam doła (bo chciałbym się mylić), ale zobowiązałem się to zbudować to chcę słowa dotrzymać, niezależnie od sensowności...

    Co do ogniw paliwowych to i owszem - szukałem i takiego rozwiązania, ale okazało się, że lekkie ogniwo wodorowe, o moc 200W to koszt 19750$ + przesyłka :E
  • Moderator Robotyka
    Niestety nie ma ogniw o takim samym prądzie ładowania i rozładowania.
    Nawet ogniwa LI-ION, stosowane w motoryzacji mają prąd ładowania zaledwie 80% prądu rozładowania.
    Te stosowane w modelarstwie dużo mniej.
    Jedyną radą jest taki dobór pakietu, który zniósłby prąd ładowania, większy niż zaistnieje pobór. A ponieważ pakiety zwykle mają prąd ładowania do 1-3C, to nawet kupując dobry pakiet, dla prądu ładowania 30A, powinien mieć pojemność co najmniej 10-30 Ah. A to już będzie wielka cegła.
    LIPO można dostać o prądzie ładowania 5C, ale to z tych droższych.
    I tu też blisko 6 Ah, będzie potrzebne.

    Może rozwiązaniem byłoby zastosowanie pracy równoległej pakietów?
    Np. z 10 małych pakietów o prądzie ładowanie 3A każdy.
    Tak, żeby cząstkowy prąd oddawany, nie przekraczał prądu ładowania?
    Tylko, że tu też mamy spory balast. Bo to jest co najmniej 10 pakietów 1500 mAh 20C/2C. Przy 120 gramach to 1,2 kg na same pakiety.
    Wtedy cała bateria byłaby ładowana prądem 30A i taki sam, a nawet dużo większy byłaby w stanie oddać.
    Niestety dla każdego pakietu trzeba by zmajstrować balancer cel.

    PS - niestety przy takich masach, założenie 30A poboru prądu dla drona (quada) to wielki optymizm. Raczej bym stawiał na 30A na silnik.
    Sugerowałbym zrobić najpierw testy udźwigu dla drona, w celu ustalenia jaką maksymalnie może mieć własną masę startową, przy zachowaniu akceptowalnego czasu i parametrów lotu.
    Minimalnie będzie 100W/kg masy. Optymalnie ok 500W/kg
    Tak czy siak, szacuję, że co najmniej te 4 kg będziesz miał do dźwignięcia - lekko licząc.
  • Poziom 18  
    strykul według mnie to nawet nie masz szans na zbudowanie tego i oblot na quadrocopterze. Sprawdź najpierw jaki maksymalny ciężar może on unieść tak, aby była możliwość znośnego lotu. Potem dopiero kombinuj. Jeśli chodzi o akumulatorki, które dałyby radę to musiałbyś użyć 2 takich pakietów połączonych równolegle:

    http://hobbyking.com/hobbyking/store/__45127_...h_A_SPEC_G2_1800mah_3S_65_130C_Lipo_Pack.html

    Mają maksymalny prąd ładowania 8C co przy tej pojemności dałoby prawie 30A.

    Jedyna możliwość jaką ja widzę, aby miało to szanse działać to musiałby to być co najmniej hexacopter albo nawet i oktocopter. Na takiej maszynie instalujesz silniki na wyższe napięcie z niższym KV przez co spada pobór prądu, ale wtedy twoja prądnica pewnie już by się nie nadawała. Na quadrocopterze musiałbyś mieć wszystko lekkie i bardzo, bardzo miniaturowe żeby miało to szansę wzbić się w powietrze.
  • Poziom 17  
    Bardzo wam dziękuję za pomoc i wszelkie uwagi - z pewnością dam znać, co z tego wyszło...
  • Poziom 35  
    Pomysł jest bez sensu ale zakładasz że paliwa wystarczy na jak długi czas lotu? Przecież akumulator nie musi się tak szybko ładować skoro paliwa ma starczyć np. na pół godziny a lądowanie na baterii na 2 minuty.
  • Poziom 13  
    Madrik napisał:
    Niestety nie ma ogniw o takim samym prądzie ładowania i rozładowania.

    Mylisz się kolego, ogniwa LIfePo4 tzw A123 n.p. http://www.batimex.pl/towar.php?idtowaru=4877 można ładować prądem 10C czyli 25A, a rozładowywać 30C czyli 70A, są jeszcze ogniwa w wykonaniu tzw. M1, ale są to ogniwa podobne do tych http://www.batimex.pl/towar.php?idtowaru=4778, które można ładować w czasie kilkudziesięciu sekund. Mam pakiety z ogniw A123 typu 7S1P, które zasilają silnik modelarski o mocy ok. 1100W który rozładowuję w locie w czasie 6-8min. i z 2 takimi pakietami mogę latać praktycznie nonstop. Spokojne ładowanie to prądem 4C czyli 10A, natomiast szybkie ładowanie to tylko w przypadku pakietu 3S1P i jest to 20A oraz 10,8V = 216W. Ograniczeniem jest moc ładowarki.
  • Poziom 17  
    Ogólnie, to sukcesem byłoby dorównanie pracy na paliwie pracy na jednej baterii. Ogólnie miałem dziś spotkanie z promotorem, on to ogólnie mówi, że bateria to marginalna sprawa, że on by chciał to nawet "na krótko" z generatorem, a bateria jakaś maleńka żeby tylko wylądować...
  • Poziom 13  
    strykul napisał:
    Ogólnie, to sukcesem byłoby dorównanie pracy na paliwie pracy na jednej baterii. Ogólnie miałem dziś spotkanie z promotorem, on to ogólnie mówi, że bateria to marginalna sprawa, że on by chciał to nawet "na krótko" z generatorem, a bateria jakaś maleńka żeby tylko wylądować...

    Zakładam, że chcesz napędzać quadrokopter układem "hybrydowym" czyli 4 silniki bezszczotkowe z prądnicy, generator to pewnie też jakaś bezszczotka. Wydaje mi się, że jest to możliwe rozwiązanie. przyjmuję, że masz następujące graty (mogę się mylić):
    1. Qadrokopter z 4 silnikami o sumarycznej mocy ok. 1000W, i ok. 1kg masy własnej + 600-1000g udzwig. Dobrze by było, gdyby były oryginalnie zasilane pakietem 3S 5000-8000mAh (330-500g wagi).
    2. Silnik spalinowy 2,5ccm ok. 200g + zbiornik z paliwem ok. 200g + prądnica (silnik n.p. http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__11...igy_500_H3126_Brushless_outrunner_1600KV.html ) 200g. w sumie 600G.
    3. potrzebujesz akumulatorów LiFePo4 np. 3S1P A123 - 9,9V nom. 2500mAh ok. 230g 25/70A, krótkotrwale możesz je rozładowywać nawet 120A/10sek max.

    Bilans: Quadrokopter 1000g - 500g lipo, + 600g spalina z prądnicą + 230G LiFepo4 = 1330g masa startowa.
    Moc szczytowa 900W prądnica + 700W akumulator =1600W max (1800W/10sek), zapotrzebowanie w spokojnym locie ok. 550-650W, zostaje 350-250W na ładowanie (30-22A), rezerwa na lądowanie na 1-2min, przy założeniu, że akum. są naładowane w 40-85% .
    Oczywiście bilans jest na szybko i zrobiony przy założeniu, że quadrokopter bazowy jest dobrej klasy. można n.p. trochę urwać na spalinie - są silniki 2-2,5HP (13-1,8kW) o wadze 150g, prądnica może byś o 30-70g lżejsza, nie wkalkulowałem wagi układu prostownika i ładowania akumulatora, a to może być 70-150g.
    Układ silnik-prądnica może być trochę mniejszy i lżejszy, bo możemy dysponować zapasem mocy z akumulatora w razie potrzeby.
    Moim zdaniem taki zestaw jest do wykonania.
  • Poziom 17  
    Dziękuję Ci tutorek, to jest już coś :)
  • Poziom 38  
    Zastanawiałeś się nad zastosowaniem baterii superkondensatorów? Produkowane są dwa rodzaje. Podtrzymujące np. do RAM albo RTC o małym prądzie rozładowania. Drugi rodzaj ma aplikacje w układach energetycznych. Tobie jest potrzebny drugi rodzaj czyli te o dużym prądzie rozładowania. Mają kształt i wygląd akumulatorów LiPo. Zwykle posiadają śrubowe zaciski umożliwiające podłączenie solidnych przewodów. Szybko ładowalne duży prąd rozładowania czyli idealny do rozruchu.
    Oczywiście musisz zrobić hybrydę czyli współadowanie z akumulatorami i rozładowanie jedynie do rozruchu startu.
  • Poziom 17  
    Wow, Panowie jesteście dziś kopalnią pomysłów, jutro od rana ruszam na poszukiwania :)
  • Poziom 13  
    Mogę jeszcze dodać, że przy doborze napędu, zapas mocy na ładowanie akumulatorów będzie rósł w miarę wyczerpywania zapasu paliwa, na start wystarczy minimalny zapas, po zużyciu paliwa zapas mocy będzie rósł w zasadzie proporcjonalnie do ubytku masy paliwa w stosunku do masy startowej.. Na start można się pożywić akumulatorami i doładować je w trakcie lotu. Do ładowania potrzebujesz przetwornicy impulsowej, najlepiej typu steepdown (najwieksza sprawność i moc), kontrolującej prąd ładowania i obroty silnika (częstotliwość prądu z prądnicy). Powinna obniżać napięcie wyjściowe przy wzroście prądu ładowania powyżej dopuszczalnej granicy i przy spadku obrotów silnika poniżej ustalonej wartości i oczywiście ograniczać napięcie do maksymalnej wartości akumulatora zasilającego. Musisz również uwzględnić, że przy prądnicy na bezszczotce częstotliwość prądu to 7xobroty (lub więcej), czyli 200-300kHz - prostownik powinien być na porządnych diodach shotkego i straty mocy na nim mogą sięgać 60-80W (0,5Vx100A) i to przy prostym mostku na 3 diodach (i uzwojeniu silnika-prądnicy połączonym w trójkąt), przy Graetzu straty będziesz miał 2 razy większe (spadek 2x0,5V). Można jeszcze rozważać silnik spalinowy 4takt, ma dużo mniejsze zużycie paliwa do i niestety niższe obroty - ale pewnie przy tym projekcie jest ważny czas lotu. Są to wątki do rozważań teoretycznych.