Power-Hybridisierung; Verwendung von Superkondensatoren in Verbindung mit Ionenbatterien, um die aktive Lebensdauer von UGV-Systemen zu verlängern

Gebaut, getestet und verfasst von: Namin Shah, Gast IoT Autorin von Ubidots

Herausgegeben von: Dr. Daruisz Czarkowski | Laden Sie hier das vollständige Dokument zur Power-Hybridisierung herunter

Heutzutage werden mechanische elektronische Geräte wie Drohnen und Roboter immer beliebter und nützlicher. Von Leben und Tod über Such- und Rettungseinsätze bis hin zu Unterhaltung und allem dazwischen finden diese Geräte in der Luft, am Boden und im Wasser ihren Weg in unsere moderne Gesellschaft. Allerdings ist die Stromversorgung bei diesen Geräten ein ständiges Problem und möglicherweise ihr größtes Hindernis bei der Entwicklung und Nutzung. Der Inhalt dieses Blogs und des nachfolgenden Artikels zielt darauf ab, einen Teil dieses Problems zu lösen – die Langlebigkeit der Stromversorgung.

Unbemannte Bodenfahrzeuge (Unmanned Ground Vehicles, UGV) stellen die praktikabelste Gruppe von Geräten dar, mit denen ein System der Energiehybridisierung erfolgreich implementiert werden kann. Stellen Sie sich einen unbemannten Bodenrover vor, der einen ganzen Kontinent durchqueren könnte, indem er ausschließlich Solarenergie zur Energiegewinnung nutzt. Herkömmliche batteriebetriebene Rover würden in dieser Hinsicht nicht ausreichen, da die Lithium-Ionen-Batterien an Bord irgendwann inaktiv werden würden. Die meisten Li-Ion-Akkus halten nur etwa tausend Ladezyklen durch, bevor sie völlig leer sind, ganz zu schweigen von der verlorenen Speicherkapazität nach jedem Zyklus. Dies kann durch den Einsatz von Superkondensatoren und intelligenten Algorithmen vollständig vermieden werden. Im Wesentlichen durch die Verwendung von mehr als einem Energiespeichersystem erreichte der im beigefügten Dokument vorgestellte Rover mehr oder weniger die Fähigkeit, sich selbst mit zyklischer Energie zu versorgen, wenn er angemessen vor physischen Schäden geschützt wurde. Im beigefügten Artikel beleuchten wir die Verwendung von Superkondensatoren in Verbindung mit herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien auf eine Weise, die biologische Prozesse in Millionen von Organismen nachahmt.

Denken Sie an uns Menschen: Wir speichern und nutzen nicht unsere gesamte Energie in einem Mechanismus und nur auf eine Weise. Warum sollten unsere Roboter also? Lebende Organismen nutzen Glykogen- und Fettspeicher je nach Energieverfügbarkeit und -bedarf. Da Superkondensatoren in elektronischen Geräten dieselben Stärken und Schwächen aufweisen wie Glykogen in biologischen Organismen, wurden Software und Hardware implementiert, die es dem Rover ermöglichten, seine eigene Stromquelle umzuschalten und die Stromverfügbarkeit ähnlich wie ein lebender Organismus zu analysieren. Ein mit diesen Werkzeugen ausgestatteter Rover wurde getestet und lieferte Ergebnisse, die darauf hindeuten, dass er lange Strecken mit praktisch unbegrenzter Lebensdauer zurücklegen kann, im Gegensatz zu herkömmlichen Geräten, die nur Batterien verwenden, die nach mehreren Ladezyklen leer sind.

Jetzt herunterladen : Superkondensatoren im Tandem mit Batterien zur Verlängerung der Reichweite von UGV-Systemen

Projektnotizen

Dieses Projekt verwendet eine Particle Photon Wifi-Karte für primäre Testzwecke. Live-Strom- und Spannungsdaten wurden mithilfe des Ubidots Webdienstes verarbeitet. Der im beigefügten Dokument gebaute, getestete und vorgestellte Roboter kann manuell über einen Fernfunksender gesteuert werden oder autonom arbeiten und seine eigene Energie verwalten. Der autonome Algorithmus verwendet eine lineare Regression, die so konzipiert ist, dass sie im laufenden Betrieb am Teilchenphoton arbeitet. Die Prämisse des Algorithmus besteht darin, Daten von Fotowiderständen zu analysieren, die an jedem Ende des Rovers angebracht sind, und zu „vorhersagen“, ob eine Bewegung in eine der beiden Richtungen die Eingangsleistung der Solarmodule erhöhen würde. Beim Ergreifen solcher Aktionen misst der Rover die Menge an Energie, die dabei verbraucht wird, und belohnt oder bestraft sich je nach Wetterlage oder nicht. Diese Aktion erhöht oder verringert die gesamte Eingangsleistung, die in die Supercap-Bank eingespeist wird. Die Photon-Firmware wurde bewusst einfach gehalten, um die Leistungsfähigkeit selbst einfachen maschinellen Lernens zu demonstrieren. Mit der Weiterentwicklung des IoT können leistungsfähigere Computeralgorithmen zur Analyse von Wettermustern und Geländebedingungen eingesetzt werden, um eine übermäßige Nutzung oder unangemessene Betriebszeiten zu begrenzen. Mit Hilfe der Ubidots -Plattform können die Daten aller externen und internen Sensoren genutzt werden, um den Rover direkt über das Internet autonom zu betreiben.