Módulo Carregamento das Baterias 2019
Embarcação Guarapuvu II
Equipe Zênite Solar
- All firmware (unless otherwise noted), is licensed under GPL-3.0 or any later version
- All hardware is licensed under CERN-OHL-S v2 or any later version
Este módulo é responsável por carregar e gerenciar a carga da bateria auxiliar (rádio e bombas de porão) e da bateria extra (direção elétrica) a partir da energia da bateria principal.
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Carregar a bateria
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Carregar por CC e CV
- Controlar a tensao com controlador PI em cascata com controlador PI de corrente.
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Proteções
- Sobrecorrente na entrada e saída
- Curto-circuito na entrada e saída
- Sobre/sub-tensão na entrada e saída
- Não permitir corrente da saída para a entrada: Um relé em série com a carga é usado para permitir a leitura da tensão na saída antes de entregar corrente para ela, seguindo as seguintes regras:
- Somente ligar o relé da saída quando o sistema estiver em regime (sem oscilações na entrada ou na saída).
- Somente ligar o relé da saída quando a tensão na bateria estiver em niveis dentro do esperado.
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Monitoramento do estado das baterias
- Enviar pela rede CAN:
- Corrente de carga
- Tensão da bateria
- Tensão da bateria principal
- Enviar pela rede CAN:
- Especificação do conversor
- Tensão de entrada: 30-50V
- Corrente de saida: 8A
- Tensão de saida: 10-15V
Como no sistema, a tensão da bateria principal (entrada) será sempre maior que a tensão a tenão da bateria extra/auxiliar (saída), foi escolhido projetar um conversor estatico CC-CC Buck, com chaveamento síncrono (dois mosfets) para maior obter eficiencia.
- Para as condições especificadas anteriormente foram escolhidos:
- Capacitor de saida: 200uF
- Indutor de saida 300uH
- Controlador
- Por sua simplicidade de implementação e por permitir ajustes empíricos, controladores PI foram escolhidos para controlar tanto a tensão de saída quanto a corrente de saída.
- Simulações
- Para a simulação foi usado o programa Psim pois ele oferece a simulação de bloco C onde foi possivel simular de uma forma simplificada o comportamento do atmega328p, alem de ter ferramentas para controle.
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- Hardware
- Para o design da Placa de circuito impresso (PCB) foi utilizado o software KiCad por ser uma ferramenta OpenSource. A PCB foi fabricada usando transferencia termica.
- Firmware
- A cada interrupção do ADC é chamada a função de controle. Ao finalizar a maquina de estados é executada onde as mensagens CAN são enviadas e recebidas.
Configurações gerais do sistema
//#Definições do conversor
#define VO_SETPOINT 13.2
#define IO_MAX 8
#define VI_MIN 21No arquivo adc.c são lidos os valores dos ADCs e convertidos a valores "humanos", tambem é chamada a função de controle
- Coeficientes de linearização
- Com estes coeficientes é convertido o valor lido pelo ADC em uma unidade de medida
static const float vi_coeff = 0.06582490575070313f;
static const float vo_coeff = 0.06717781789490249f;
static const float io_coeff = 0.01599315004f; No arquivo control.c é executado o algoritmo de controle (PiVo em cascata com PiIo), para sintonizar o controlador tem que mudar as constantes Kp e Ti
/* PI CONTROL ALGORITHM - SERIES IMPLEMENTATION
** /desc Algoritimo para Controlador Proporcional Integrativo Diferencial.
** ref1:
https://e2e.ti.com/cfs-file/__key/communityserver-discussions-components-files/902/PI-controller-equations.pdf
** /var r é o valor desejado para a saída, o 'set-point'.
** /var y é o valor da saída.
** /ret retorna a ação de controle u.
*/
inline float piVo(float r, float y){
// PI CONFIGURATIONS:
const float Kp = 0.5; // analog series proportional gain
const float Ti = 0.1; // analog series integration period
const float Ts = PERIOD; // digital sampling period
// INTERNAL CONSTANTS COMPUTATION:
const float a0 = -Kp; // IIR coefficient for old sample
const float a1 = Kp*(1+Ts/Ti); // IIR coefficient for new sample
// CONTROLLER STATIC VARIABLES
static float e0 = 0; // old error
static float e1 = 0; // new error
static float u = 0; // control action
// Compute error:
e0 = e1;
e1 = r -y;
// Compute control action:
u += + a1*e1 + a0*e0;
return u;
}
inline float piIo(float r, float y){
// PI CONFIGURATIONS:
const float Kp = 0.001; // analog series proportional gain
const float Ti = 0.001; // analog series integration period
const float Ts = PERIOD; // digital sampling period
// INTERNAL CONSTANTS COMPUTATION:
const float a0 = -Kp; // IIR coefficient for old sample
const float a1 = Kp*(1+Ts/Ti); // IIR coefficient for new sample
// CONTROLLER STATIC VARIABLES
static float e0 = 0; // old error
static float e1 = 0; // new error
static float u = 0; // control action
// Compute error:
e0 = e1;
e1 = r -y;
// Compute control action:
u += + a1*e1 + a0*e0;
// Anti windup
if(u < D_MIN) u = D_MIN;
else if(u > D_MAX) u = D_MAX;
return u;
}No arquivo machine.c é executada a maquina de estados
inline void machine_run(void)
{
if(print_adc){ print_infos(); print_adc = 0;}
if(machine_clk){
machine_clk = 0;
if(error_flags.all){
print_system_flags();
print_error_flags();
print_infos();
set_state_error();
}
switch(state_machine){
case STATE_INITIALIZING:
task_initializing();
break;
case STATE_IDLE:
task_idle();
break;
case STATE_RUNNING:
task_running();
#ifdef CAN_ON
can_app_task();
#endif /* CAN_ON */
break;
case STATE_ERROR:
task_error();
case STATE_RESET:
default:
task_reset();
break;
}
}
}