Måned: april 2020

Vi har designet laderegulatoren på et kretskort som skal produseres av tredjepart og testes av oss.  Kretsen er tegnet i designprogrammet KiCad. KiCad er et gratisprogram for design av kretser og kretskortutlegg.

En stor utfordring med kretsen er den store strømmen på 50A som skal gå gjennom deler av kortet. Vår løsning på det er relativt store kobberfelt fordelt på flere av kortets totalt fire lag.

Bilder under viser komponentfordelingen.

Rødt: Kraftelektronikk. Det er her de store strømmene vil gå. Det er essensielt og ha dette området så kompakt som mulig for å minimere varmetap. Kraftelektronikken består av transistorer, en spole, motstander for måling av strøm, kondensatorer og tilkoblingsklemmer.

Blå: Styringselektronikk. En buck converter benyttes for å senke spenningen fra batterispenning (12/24V) ned til 5 V. En Buck-Boost kontroller og en mikrokontroller benyttes for styring av kraftelektronikken.

Grønn: Eksterne tilkoblinger. Strømgrensen skal stilles inn via  Bluetooth og USB. Det skal også være muligheter for ekstern temperaturføler, for måling av temperatur på for eksempel dynamo. ST-Link/Debug er kun for testing og må være med på prototype, men vil fjernes fra det endelige designet.

Gul: Dip switch og status LED. Dip switch benyttes for å stille inn strømgrenser manuelt under testing. Status LED brukes for å indikere inn og utgangspenning, lading og feil.

Utlegget er overlevert produsent for produksjon og montering. Det er satt en bestilling på fem kort. Leveringstiden er omtrent 4 uker, som gir oss knapp tid til testing av utlegget når det kommer.

 

 

 

For testing av prototyper er det essensielt å ha testutstyr som klarer å gjenskape forhold under realistisk bruk. Ved å bygge en testrigg vil det være mulig å utføre tester parallelt med utvikling slik at det endelige produktet kan levere som ønsket.

Ovenfor vises det til hele testriggen vår. Testriggen innholder blant annet diverse måleutstyr som f.eks. oscilloskop og termometer, samt en dynamo som skal illustrere det du eksempelvis vil finne i båter/bobiler.

Selve oppbyggingen av testriggen består av en DC-shunt motor med remskive som driver en dynamo. Dynamoer er i fleste tilfeller drevet av forbrenningsmotorer, men i vårt tilfelle er det mer gunstig å benytte en elektrisk motor. Dynamoen er tilkoblet et 12V-batteri slik ett startbatteri ville ha vært. Med dette oppsettet er det mulig å utsette våre prototyper for reelle bruksforhold.

Bakgrunnen for prosjektet er en problemstilling som noen ganger oppstår ved utskiftning av forbruks-batterier i fritidsbåter og bobiler når man bytter ut relativt store blycelle-batteribanker til nyere batterier med LiFePO₄-kjemi (Lithium Jern Fosfat).

Lithium-ion-batterier (som LiFePO₄ er en del av) har veldig mye lavere indre motstand enn tradisjonelle bly-batterier. Samtidig kan spenningen over en LiFe-celle i normal drift synke lengre under nominell verdi i enn en blycelle (0.7V for LiFe, 0.2V for bly). Summen av dette fører til at ladestrømmen kan bli mye større for et LiFe-batteri ved den samme ladespenningen. Hvis dynamoen, kablingen og motoren som forsyner disse batteriene ikke er dimensjonert for denne potensielt mye større strømmen vil noe til slutt ryke.

Dette prosjektet tar derfor sikte på å utvikle en ferdig utviklet laderegulator med strømbegrensning for 12- og 24V-anlegg, som skal sikre trygg og enkel lading der utskiftning av hele det elektriske anlegget i båt/bil ikke er hensiktsmessig.

Denne bloggen vil ta for seg utviklingen av en regulerbar 50A DC-DC laderegulator for bruk i fritidsbåt og bobil. Oppgaven er gitt til Høgskolen i Østfold av NxTech i samarbeid med Electronics & Energy Solutions.
Prosjektet utføres av fire avgangsstudenter på Digital Elektronikk, studiested Fredrikstad.