Roboter Akku Versorgung

Hallo liebe Community,

hätte paar Fragen zur Energieversorgung bei unserem Roboter.

Nach ein paar Berechnungen könnten wir nen 3,7V Li-Ion/Li-Ion-Polymer Akku mit einer Kapazität von ca. 1200mAh für unseren Mini-Robo verwenden.
Weiterer Kandidat wäre ein Modellbau-Akku mit 7,4V und etwa 3000mAh Kapazität.
(Man sollte an der Stelle erwähnen, dass wir mit dem Bauraum von unserem Roboter sehr beschränkt sind und evtl. vielleicht die beiden kleineren Akkus nehmen, der mit 7,4V ist um einiges größer)

Da die meisten Komponenten in unserem Robo jedoch 5V zum laufen benötigen, wird es wahrscheinlich darauf hinauslaufen, dass wir mindestens zwei dieser Akkus in Reihe (2*3,7V = 7,4V) [ODER wir nehmen den einen 7,4V-Akku] schalten müssen, um den Roboter mit genügend Energie zu versorgen. Die "überschüssigen" 2,4V würde ich persönlich an Vorwiderständen vor den Verbrauchern abfallen lassen.

1. Frage an dieser Stelle daher: gäbe es eine andere Möglichkeit (außer vielleicht nem Trafo) wie man die Spannung für die Komponenten ein wenig drosseln kann?

Was das Laden angeht:
Ladestrom und Ladespannung sollen jeweils ca. 10-15% größer sein als Betriebsstrom/Betriebsspannung, wenn ich das der entsprechenden Literatur richtig entnommen habe (war ein Buch vom Franzis Verlag, weiß allerdings den Titel nicht mehr genau, ist leider etwas her).

Meine 2. Frage an der Stelle:
Das mag vielleicht eine dumme Frage sein, aber
was muss ich beachten wenn ich (in dem Fall) zwei in Reihe geschaltete Akkus gleichzeitig laden will?
Bleibt dann Ladestrom bzw. Spannung gleich oder muss ich was verändern? Wenn ja, was?

Zitat:

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.. Energieversorgung bei unserem Roboter .. 3,7V Li-Ion/Li-Ion-Polymer Akku .. Bauraum von unserem Roboter sehr beschränkt ..

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Man kann natürlich die Spannung des Akkus mit (fertiger) Elektronik hoch bringen, meist auf nen genau bestimmbaren Wert. Siehe z.B. hier, die Dinge gibts auch bei europäischen Händlern (oder im Chinashop?). Ich fahre z.B. meinen 3π (3Pi) - Roboter mit 4xAAA - aber die Motoren laufen mit 9V *ggg*.

Das mit den Widerständen funktioniert nicht wirklich. Auch eine CPU zieht dauernd einen unterschiedlichen Strom, sodass der Spannungsabfall auch nicht konstant wird und die Elektronik aus dem Trott bringt!

Wenn die Batteriespannung höher ist, braucht man mindestens einen Linearregler wie z.B. einen 7805.
Allerdings verheizt ein Linearregler die überflüssige Spannung einfach!

Bei 7.5V am Akku und 5V Ausgangsspannung wird 1/3 der Akkuladung einfach in Wärme umgesetzt!

Ein idealer Schaltregler hat eine besseren Wirkungsgrad. Theoretisch läuft dein Roboter mit Schaltreger 1.5-mal so lange wie mit einem Linearregler.
Praktisch hat der Schaltregler einen Wirkungsgrad zwischen 80-96%.


Das mit dem Ladestrom hast du falsch verstanden :-(
Auch der Akku hat einen Wirkungsgrad. Du musst, je nach Akku-Typ, 10-15% mehr Energie in den Akku stecken, als nachher wieder raus kommt.
Wenn du mit dem selben Strom lädst wie du entlädst, musst 11-12h lang laden.

Wenn du also einen 1200mAh Akku mit 1.2A lädst dauert es etwas über eine Stunde. Mit 2.4A noch etwas über 30 Minuten, naja zumindest theoretisch.
Theoretisch wäre der 1200mAh-Akku mit 120A in etwa 40 Sekunden geladen. Praktisch wird er dabei so heiss, dass er dir um die Ohren fliegt und mit einer Kapazität von 0mAh eingesetzt werden muss.
Welche maximaler Ladestrom zulässig ist, steht im Datenblatt des Akkus.

Es gibt aber auch fertige Laderegler, welche dir die Ganze Arbeit ab nehmen.

MfG Peter(TOO)

ich schwing hier mal wieder die Amazon Keule, aber von er Elektronik bin ich absolut überzeugt worden (Wenn mir jemand den Schaltplan davon mal herleiten kann wäre das genial, die Arbeitsweise erschließt sich mir nämlich nicht und scheint auch nirgendwo in der Doku so ausgelegt zu sein) https://www.amazon.de/gp/product/B00...?ie=UTF8&psc=1
Ich benutz das in Kombination mit einer Solarzelle und einem großen Kondensator. Da kommen hinten immer stabile einstellbare Spannungen raus, solange vorne noch genug Beef zur Verfügung steht. Damit mach ich aus 3.7V leicht 12V und umgekehrt wenn ich es brauche :D etwas vergleichbares zu einem Anständigen Preis habe ich bisher nicht gefunden (mit Lieferzeiten unterhalb von 2-20 Wochen)

Zusätzlich ist ein Li Akku empfindlicher beim Laden als ein NiMh bzw NiCd. Ich würde dir die 18650 Li Akkus empfehlen, für die gibt es fertige Lageräte und Akkuhalter. Wenn du das nicht willst würde ich die akkus trotzdem einzeln laden.

MfG Hannes

ich habe es vlt überlesen - aber welche Leistung braucht dein Roboter samt Motoren und sonst. Elektronik tatsächlich?
Und wie lange willst du das ganze dann mit den Batterien betreiben?
Danach richtet sich die Akku-Kapazität, die du brauchst.
Wenn man von den Motoren ausgeht, da sie meist die größten Verbraucher sind -
wenn du 2 Motoren hast, die normalerweise z.B. je 500mA bei 7,4 V brauchen (also z.B. 1000mA alles zusammen, und wenn wir den Rest an "Stromverbrauch" da bereits mit einschließen),
dann bedeutet das: für 1 Stunde brauchst du mindestens einen 1000mAh Akku (eher mehr, wenn die Akkuladung dem Ende schwächer wird).
Reicht dir für dein Elektrik/Elektronik-Equipment eine 1000mAh Kapazität für 1 knappe Stunde Betrieb, bevor die Akkus leer sind?
Wie sind die ggf. Werte deiner Motoren etc.?
Wenn das passt, dann reichen dir 2 von den kleinen 3,7V Lipos in Serie, ansonsten musst du Akku-mäßig aufstocken.

Das ganze klingt allerdings tatsächlich eher nach Robocup als nach Semesterarbeit 4. Fachsemester Fachstudium.

Im ersten Thread wurde zumindest die Zeitfrage beantwortet.

Zitat:

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Zitat von nelg23

Die schwarzen Bälle sollen über eine Mauer ins das gegenüberliegende Tor geschossen werden,
während die weißen nur leicht über die Mauer gestupst werden müssen.
Dies alles soll innerhalb von 2 Minuten passieren. (Dies ist Level1)
Level2 hingegen ist wie Level1 mit dem Unterschied, dass Level2 3 Minuten dauert und gegen einen anderen Roboter gespielt wird.

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Also 3 Minuten als längste Runde mit ggf. 10 Minuten Wartezeit (mit Verzögerungen) bis zum Anpfiff. (eigene Erfahrungen als Zuschauer)

Da bisher keine Maximalbeschleunigung, keine Maximalgeschwindigkeit und keine benötigte Schußkraft bekannt sind, ist der Spitzenstrom bei gleichzeitigem Schuß wärend maximaler Beschleunigung nicht bekannt.

Zitat:

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Zitat von i_make_it

Im ersten Tread wurde zumindest die Zeitfrage beantwortet.
...
Da bisher keine Maximalbeschleunigung, keine Maximalgeschwindigkeit und keine benötigte Schußkraft bekannt sind, ist der Spitzenstrom bei gleichzeitigem Schuß wärend maximaler Beschleunigung nicht bekannt.

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Stimmt, und den Schussmotor hatte ich auch noch gar nicht mit betrachtet. Der ist zwar nicht dauerhaft in Betrieb, aber wenn man oft zum Schuss kommt, muss er natl auch mit eingerechnet werden - allerdings dann eher bezügl. durchschn. Dauerlast, weniger als Spitzenlast, wenn es um die Akku-Kapazität geht.

PS,
OT,
du meinst sicher "Thread", nicht "Tread" ?

Falls es jemanden interessiert, die RoboCup German Open 2017 gehen übrigens von morgen (5.5.) bis Sonntag (7.5.) 10:00 - 18:00, in der Messe Magdeburg. (Eintritt ist frei)
https://www.robocupgermanopen.de/

Die Aufgabenstellung scheint übrigens sehr stark an die vom Roboking 2007 angelehnt zu sein.
https://de.wikipedia.org/wiki/Roboking
https://www.heise.de/newsticker/meld...en-121431.html

Wenn auch die Daten der Aufgabenstellung übernommen wurden, geht es um Tischtennisbälle und ein Spielfeld von 2x3m mit einer Mauer bei 1,5m.
Habe grade im anderen Thread noch mal nachgelesen. Tischtennisbälle und 56x81cm Spielfeldhälfte.
Damit könnte man die notwendige Schußkraft ermitteln, bleibt noch offen wie hoch die Mauer ist und ob geschossen oder auch gepustet werden darf.

2007 wurde die Lösung des Teams aus Chur vor dem Finale verboten. Die hatten mit einem Lüfter einen Staubsauger, der die Bälle einsammelt, und eine Luftkanone, die die Bälle verschießt, gebaut. Das funktionierte so gut, das sie damit außer Konkurenz liefen.

Roboking war übrigens für Schüler. Die Aufgabe sollte also von 4. Semestern recht einfach zu lösen sein.

Roboking ging leider 2009 ein, da die Anforderungen höher wie beim RoboCup Junior waren, somit weniger Teams sich das trauten und die Sponsoren aus der Wirtschaft ausblieben.

Jep, Thread meinte ich, ist korrigiert.

Zitat:

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Zitat von Ceos

(Wenn mir jemand den Schaltplan davon mal herleiten kann wäre das genial, die Arbeitsweise erschließt sich mir nämlich nicht und scheint auch nirgendwo in der Doku so ausgelegt zu sein) https://www.amazon.de/gp/product/B00...?ie=UTF8&psc=1

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Die scheinen da echt getrickst zu haben.
Die normalen Buck-Boost-Converter arbeiten mit einer Speicher-Drossel und 4 Schaltern. Die Schalter arbeiten dabei entweder als Step-Down oder Step-Up Converter.

Hier wird ein Flyback-Converter (LM2587) verwendet, dafür aber 2 Speicher-Drosseln.

Man müsste da mal die Schaltung rauszeichnen, sind ja nicht so viele Bauteile.

Zitat:

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Zitat von HaWe

ich habe es vlt überlesen - aber welche Leistung braucht dein Roboter samt Motoren und sonst. Elektronik tatsächlich?
Und wie lange willst du das ganze dann mit den Batterien betreiben?
Danach richtet sich die Akku-Kapazität, die du brauchst.
Wenn man von den Motoren ausgeht, da sie meist die größten Verbraucher sind -
wenn du 2 Motoren hast, die normalerweise z.B. je 500mA bei 7,4 V brauchen (also z.B. 1000mA alles zusammen, und wenn wir den Rest an "Stromverbrauch" da bereits mit einschließen),
dann bedeutet das: für 1 Stunde brauchst du mindestens einen 1000mAh Akku (eher mehr, wenn die Akkuladung dem Ende schwächer wird).
Reicht dir für dein Elektrik/Elektronik-Equipment eine 1000mAh Kapazität für 1 knappe Stunde Betrieb, bevor die Akkus leer sind?
Wie sind die ggf. Werte deiner Motoren etc.?
Wenn das passt, dann reichen dir 2 von den kleinen 3,7V Lipos in Serie, ansonsten musst du Akku-mäßig aufstocken.

Das ganze klingt allerdings tatsächlich eher nach Robocup als nach Semesterarbeit 4. Fachsemester Fachstudium.

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Also ich habs einfach mit Energieerhaltung gerechnet. Bin zunächst von einem Akku mit 3,7 V, 1200mAh und 20 W Gesamtleistung ausgegangen.
Nach den Berechnungen reicht der Akku für knapp 800s (ungefähr 13 Minuten). Weiß halt nicht inwiefern die richtig oder falsch sind, ich schreib sie jetzt mal hier hin (wenn was nicht stimmt, sagt mir das dann bitte, mit der Energieversorgung steht und fällt unser Projekt :D)

Gesamtleistung des Roboters: P_rob = 20W
(gehe hier von 2 Motoren à 5W, 4 Sensoren à 1W, ein Mikrocontroller à 5W = 19W, habs mal einfach auf 20W aufgerundet)
Akkuspannung: U_akku = 3,7V
Kapazität vom Akku: Q = 1200mAh

Energieerhaltung:
P_rob * t_betrieb = Q * U

Daraus folgt:
t_betrieb = (Q*U)/P_rob = (1200mAh*3,7V)/20W = 799,2s (=13 min 19,2s)

Bei 50W Gesamtleistung (wovon ich eher ausgehe) würde ja gelten:
t_betrieb = (Q*U)/P_rob = (1200mAh*3,7V)/50W = 86,4s (=1min 26,4s)

Haben hochgerechnet, wenn wir Level1 und dann in Level2 gegen die restlichen Gruppen spielen wollen, brauchen wir ne Akkulaufzeit von
3*7 + 2 Min = 23 Min -> festgesetzt haben wir mit der Gruppe die Akkulaufzeit mit etwas Puffer auf 30 Min.
Werde aber noch paar Berechnungen für Akkus bei einer Gesamtleistung des Roboters für 100W machen (denke soo viel mehr sollte das nun auch wieder nicht werden)

Wie wäre es denn, entweder Motoren mit zum Akku passender Betriebsspannung zu wählen oder umgekehrt? Für 5 V bieten sich statt Lithium vielleicht eher 4 Zellen NiMh an.
Wenn doch LiPo, dann halt mit 7,4 Volt alles betreiben, was viel Strom braucht (Motoren), und für die geringen Ströme der Elektronik kann man dann einen Spannungsregler verwenden.
Motoren sind eigentlich nicht sehr wählerisch bezüglich Spannung, ein 5V-Motor läuft auch mit 7 oder 10 Volt, sogar schneller und stärker, nur vielleicht nicht so lange, aber ich glaube Lebensdauer ist bei eurer Anwendung kein Thema.

Machen Roboter nur Li-Akku?

Zitat:

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Zitat von nzn

Machen Roboter nur Li-Akku?

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Leider ist deine Frage unverständlich formuliert. Ich vermute, dass die Frage so gemeint war: "Verwendet man für Roboter ausschließlich Li-Akkus?" und versuche sie so zu beantworten.
Li-Akkus machen Sinn, wenn man das Gewicht reduzieren will. Sonst werden oft NiMh oder bei größeren Robotern Bleiakkus verwendet.
Hier etwas Grundlagenwissen über Akkus: http://rn-wissen.de/wiki/index.php?t...kku-Grundlagen

Je länger das Krokodil, um so grüner schwimmt es ...

Also Leute, sorry dass ich erst jetzt antworte:

Wir haben das Praktikum bestanden! 😅
Wir haben zwei 18650 Akkus von Panasonic mit je 3.4Ah und 3.6V Spannung genommen

Ursprüngliche Frage ist damit geklärt 😅

@ nelg gratuliere

@ ceos und Peter
Da scheint es sich um eine SEPIC zu handeln. Dieses Layout scheint mehrfach im Netz auf und die Funktionsweise ist bekannt.

Hab ich das richtig verstanden, ceos, du hast die Platine bereits über amazon gekauft?

ja habe ich, arbeitet wunderbar .... gegenfrage, du hast ne schaltung dafür? ich kann sie mir von der platine leider nicht herleiten, die leiterbahnen sind unter den teilen versteckt

OK, danke für die Info.

Schaltungen habe ich auch nicht mehr als in Wikipedia, Datenblättern, Application Nodes und verschiedenen Diplomarbeiten steht. Die Suchmaschinen zeigen sie eh alle. Der Plan ist aus der Platine schnell rausgezeichnet. Das Ohmmeter zeigt die Verbindungen an, das geht recht gut, da es nur zwei Spulen gibt. Die Grundschaltung zeigt, wo die Induktivitäten sein müssen.

Mein Plan ist, mir ein paar schicken zu lassen. Die Platine kostet kaum mehr als der IC. Nachbauen ist da wenig sinnvoll. - Eher das Modifizieren.
z.B.: Wahlschalter statt Trimmer.

lass es mich so formulieren, das ist ein step-up auf der platine .... datenblatt und standard schaltung sind alles samt nur step-up .... ich hab keinen plan wie daraus ein up/down autokonverter gebaut worden ist, das ding ist für mich ein rätsel und das mit dem messen hat mal garkeinen sinn ergeben, da steig ich wirklich nicht durch, je nachdem wie rum man misst kommt was anderes raus :D wenn du es verstanden hast würde ich mich über eine zeichnung freuen :D


EDIT: nach deinem hinweis habe ich eine vergleichbare schaltung mit einem Linear gefunden
https://cds.linear.com/docs/en/design-note/dn317f.pdf

ich gehe davon aus dass die auch mit dem boost von TI funktioniert

Zitat:

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.. Die Platine kostet kaum mehr als der IC. Nachbauen ist da wenig sinnvoll ..

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Ich kann so eine SEPIC-Platine nur loben. Mein MiniD0 fährt mit nem 5er Pack NiMH in AA-Größe. Die Motoren direkt vom Akkupack, der Controller übers SEPIC - das geht perfekt von voller Spannung bis etwa 3V im Akkupack - dabei hören die Motoren schon fast auf.

Zitat:

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Zitat von vohopri

@ ceos und Peter
Da scheint es sich um eine SEPIC zu handeln. Dieses Layout scheint mehrfach im Netz auf und die Funktionsweise ist bekannt.

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Die Datenblätter habe ich auch und die Funktionsweise habe ich auch grob beschrieben.

MfG Peter(TOO)

Hallo ceos,

jetzt bist du auf der Spur. Es ist kein step-up, wie du ursprünglich beharrlich gemeint hast, sondern - wie gesagt - der SEPIC.

"EDIT: nach deinem hinweis habe ich eine vergleichbare schaltung mit einem Linear gefunden
https://cds.linear.com/docs/en/design-note/dn317f.pdf "

Das ist schon ein guter Fund. Da hast du auch die gewünschte Schaltung.

"ich gehe davon aus dass die auch mit dem boost von TI funktioniert"

Der IC ist nicht auf den Einsatz im Boost Converter beschränkt. Man kann ihn im SEPIC auch verwenden. Aber du meinst schon das Richtige: Es ist anzunehmen, dass die Konkurrenz grundsätzlich ähnlich arbeitet.

Ganz einfach ist mit der Grundschaltung und dem Datenblatt des tatsächlich verbauten Chips der Reihe nach heraus zu finden:
Ausgangsdiode, Koppelkondensator, Eingangsspule, Querkondensator Eingang, Querkondensator Ausgang, Feedbackteiler, Ausgangsspule, und dann die weiteren Schaltungsdetails. So viel ist da nicht drauf.

Effektiv ist es ja nur der Feedback Kanal den man mit dem Poti verstimmt um die Ausgangsspannung zu regulieren, die restlichen Komponenten mal einzeln zu messen sollte Dank Schaltplan auch nicht unbedingt übermäßig problematisch werden. Aber ich kontne mit Messgerät alleine und ohne Grundlagen über die Schaltung nichts wirklich sinnvolles herausmessen aus der Schaltung XD

Ja super, ceos, dann kannst du ja bald den Plan hier posten.

Ein paar Tips noch. Ich habe das Platinchen nicht vorliegen aber die Bildchen von dem Amazon Partner zeigen folgendes: Der zweite Eingangskondensator ist gegenüber der Datenblatt Applikationsschaltung weggelassen worden, und dafür gibt es eine Schutzdiode am Eingang und einen LC TP am Ausgang zusätzlich. Der Rest ist Grundschaltung SEPIC und Applikationsschaltung Datenblatt.

Übrigens: es gibt ganz Ähnliches mit zusätzlicher einstellbarer Strombegrenzung um 7.90 EUR beim Neuhold. neuhold-elektronik.at Artikel Nr. N7464. Das eignet sich u.a. auch zum Laden der Lions.

Zusätzlich wäre zu überlegen, ob man mit den Teilen aus 2 Stk Step Down Wandler Artikel Nr. N9505 nicht einen SEPIC bauen könnte, es fehlt nur der Koppelkondensator. Nicht dass es sich finanziell gegenüber der Fertigplatine lohnen würde, aber als Entwicklungsaufgabe wär es reizvoll und die Teile wären günstig. (2.95 EUR / Stepdn Platine)

ich hab meine leider schon in dauerbenuitzung, kann da jetzt nicht einfach mal messen :D

Ja schade, dass du jetzt nicht zur Schaltung kommst, wo du sie doch so dringend haben wolltest. Und, da die Platine 24h am Tag in Betrieb ist, und du es nicht schaffst, im Betrieb zu messen, kann man wohl nichts machen.

Die Schaltung finde sehr interessant und auch in der Simulation kann man die Funktion gut nachvollziehen.

Der Witz ist, heute morgen habe ich sie umgeklemmt (von 5V @1A max -> direkt an den LiPo über einen P-FET) weil ich eine stärkere Pumpe dran gehangen habe und jetzt reicht die Eingansgspannung wohl nicht .. ich brauch eine neue(siehe andere Thema im "ich suche" Bereich) ... also kann ich sie jetzt nach herzenslust vermessen :D

PS wenn du eventuell einen schnell erhältlichen Step-Up kennst der mit 3V 2A auf 12V 0.5A zuverlässig wandelt (geschaltete mit einem FET zwischen Lipo Zelle und Wandler) wäre ich sehr froh über einen Link,ich brauch den Ersatz gerade echt dringend XD

Zitat:

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.. einen schnell erhältlichen Step-Up kennst der mit 3V 2A auf 12V 0.5A zuverlässig wandelt ..

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Hier in DE hat der exptech ne Menge; speziell die pololu-Dinger finde ich ziemlich zuverlässig, habe aber selbst keinen der genau auf Deine Werte passt. Vielleicht passt einer für Dich ? (PS: Die Jungs in Las Vegas, Nevada haben ne Menge schicke Hardware. Ich lass mir das Zeugs gelegentlich in (m)ein dortiges Büro senden, weil hier in DE die Auswahl meist etwas schütterer ist).

Zitat:

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weil hier in DE die Auswahl meist etwas schütterer ist

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Die Untertreibung des Jahrhunderts :D

Danke für den Lieferanten, kannte ich noch nicht.