Power-Hybridisierung; Verwendung von Superkondensatoren in Verbindung mit Ionenbatterien, um die aktive Lebensdauer von UGV-Systemen zu verlängern
Entwickelt, getestet und verfasst von: Namin Shah, Gastautor IoT bei Ubidots
Herausgegeben von: Dr. Daruisz Czarkowski | Laden Sie hier die vollständige Abhandlung zum Thema Leistungshybridisierung herunter.
Heutzutage erfreuen sich mechanisch-elektronische Geräte wie Drohnen und Roboter immer größerer Beliebtheit und Einsatzmöglichkeiten. Von lebensrettenden Maßnahmen über Such- und Rettungsaktionen bis hin zu Unterhaltung und allem dazwischen – diese Geräte finden ihren Weg in unsere moderne Gesellschaft, in der Luft, am Boden und im Wasser. Die Energieversorgung stellt jedoch ein ständiges Problem für diese Geräte dar und ist möglicherweise ihr größtes Hindernis für Entwicklung und Nutzung. Dieser Blogbeitrag und die nachfolgende Veröffentlichung zielen darauf ab, einen Teil dieses Problems zu lösen: die Energieversorgungsdauer.
Unbemannte Bodenfahrzeuge (UGVs) stellen die vielversprechendste Gerätegruppe dar, bei der ein System zur Energiehybridisierung erfolgreich implementiert werden kann. Stellen Sie sich einen unbemannten Rover vor, der einen ganzen Kontinent allein mit Solarenergie durchqueren könnte. Herkömmliche batteriebetriebene Rover wären hierfür ungeeignet, da die Lithium-Ionen-Akkus mit der Zeit an Kapazität verlieren würden. Die meisten Li-Ion-Akkus erreichen nur etwa tausend Ladezyklen, bevor sie vollständig entladen sind, ganz abgesehen vom Kapazitätsverlust nach jedem Zyklus. Dies lässt sich durch den Einsatz von Superkondensatoren und intelligenten Algorithmen vollständig vermeiden. Durch die Nutzung mehrerer Energiespeichersysteme erreicht der im beigefügten Paper vorgestellte Rover im Wesentlichen die Fähigkeit zur zyklischen Energieversorgung, sofern er angemessen vor Beschädigungen geschützt ist. Im beigefügten Paper beschreiben wir die Verwendung von Superkondensatoren in Kombination mit herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus, um biologische Prozesse in Millionen von Organismen nachzuahmen.
Denken wir an uns Menschen: Wir speichern und nutzen unsere Energie nicht ausschließlich über einen einzigen Mechanismus und eine einzige Methode. Warum sollten es also unsere Roboter tun? Lebende Organismen nutzen Glykogen- und Fettspeicher je nach Energieverfügbarkeit und -bedarf. Da Superkondensatoren in elektronischen Geräten ähnliche Stärken und Schwächen aufweisen wie Glykogen in biologischen Organismen, wurden Software und Hardware implementiert, die es dem Rover ermöglichen, seine Energiequelle selbstständig zu wechseln und die Energieverfügbarkeit ähnlich wie ein lebender Organismus zu analysieren. Ein mit diesen Werkzeugen ausgestatteter Rover wurde getestet und lieferte Ergebnisse, die darauf hindeuten, dass er im Gegensatz zu herkömmlichen Geräten, die nur Batterien verwenden, welche nach einer bestimmten Anzahl von Ladezyklen ausfallen, lange Strecken mit einer praktisch unbegrenzten Lebensdauer zurücklegen kann.
Jetzt herunterladen : Superkondensatoren in Kombination mit Batterien zur Reichweitenverlängerung von UGV-Systemen
Projektnotizen
Dieses Projekt verwendet ein Particle Photon Wifi-Board für erste Testzwecke. Strom- und Spannungsdaten wurden mithilfe des Ubidots Webdienstes verarbeitet. Der im beigefügten Dokument vorgestellte Roboter kann manuell über einen Funksender mit großer Reichweite gesteuert werden oder autonom mit eigener Energieverwaltung arbeiten. Der autonome Algorithmus nutzt eine lineare Regression, die für die dynamische Ausführung auf dem particle Photon optimiert ist. Er analysiert die Daten von Fotowiderständen an den Enden des Rovers und prognostiziert, ob eine Bewegung in eine bestimmte Richtung die Eingangsleistung der Solarzellen erhöht. Bei solchen Aktionen misst der Rover den Energieverbrauch und passt sein Verhalten entsprechend an – je nachdem, ob die Aktion die Gesamtleistung des Supercap-Speichers erhöht oder verringert hat. Die Photon-Firmware wurde bewusst einfach gehalten, um die Leistungsfähigkeit selbst einfacher maschineller Lernverfahren zu demonstrieren. Mit dem Fortschritt des IoTkönnen leistungsfähigere Computeralgorithmen eingesetzt werden, um Wettermuster und Geländebedingungen zu analysieren und so Überlastung oder ungeeignete Betriebszeiten zu vermeiden. Mithilfe der Ubidots Plattform können die Daten aller externen und internen Sensoren genutzt werden, um den Rover autonom direkt über das Internet zu steuern.
