¶ Power, Energy and Health Management board for Robots
Maikel Fernández Zúñiga
Guía: Federico Ruiz Ugalde
Lector 1: Alexis Maldonado Herrera
Lector 2: Brian Morera Madriz
Diseñar una tarjeta impresa que permite realizar estimación de la energía (carga actual y estimación de tiempo disponible de las baterías), monitoreo de seguridad, monitoreo de consumo, monitoreo de múltiples subcircuitos (ramales eléctricas) (voltaje y corriente), y toma de decisiones de seguridad y protección (desconexión de batería por alta temperatura, o bajo voltaje o sobrecorriente, entre otras)
- Hacer una lista de soluciones actuales similares
- Identificar las necesidades típicas de administración de poder y energía para una variedad amplia de robots asistentes.
- Realizar un estudio de mercado de los posibles componentes y sus costos para utilizar en el diseño del sistema
- Seleccionar los componentes más adecuados que permitan maximizar las funcionalidades del sistema, manteniendo el costo asequible
- Probar cada componente por separado y realizar pruebas preliminares relevantes que comprueben que dichos componentes tendrán el funcionamiento deseado en el sistema final.
- Realizar el diseño de la PCB, con una bitácora adecuada y el acompañamiento y revisión constante de los expertos correspondientes del sistema completo. Dicho sistema debe cumplir con lo indicado en los siguientes puntos:
- Todo este monitoreo debe ser posible realizar para cada batería indepedientemente.
- El diseño será abierto, bajo una mezcla de licencias tipo GPLv3, LGPLv3, Creative Commons según sea conveniente para los interesados de la comunidad de software y hardware libre y robótica
- El sistema deberá ser capaz de estimar y/o medir características internas y externas de las baterías para determinar su estado de salud y contenido actual energético
- El sistema debe ser capaz de estimar el tiempo remanente de uso de acuerdo a la estimación de la energía interna y la medición del consumo actual del sistema
- El sistema debe desconectar las baterías del circuito en casos de sobretemperatura, sobrecorriente, sobrevoltaje, y un voltaje inferior.
- El sistema debe ser capaz de reportar la corriente de carga y descarga de las baterías, como sus voltajes independientes y total
- El sistema debe ser capaz de reportar el consumo eléctrico y el voltaje actual de al menos 10 ramales
- El sistema debería ser capaz de soportar al menos 4 celdas de baterías tipo Pb-ácido y 13 celdas LiPo
- Se deberá realizar una publicación técnica formal en inglés que describa el sistema con detalle y usos posibles usos comerciales y en investigación
- En caso de requerir realizar presencialidad en el laboratorio ARCOS-Lab, deberá estar de acuerdo con los protocolos de salud COVID19 del INII (instituto de investigaciones en ingeniería) y del ARCOS-Lab
- Al finalizar el semestre, deberá hacer entrega de todos los archivos y bitácoras de diseño al profesor guía. Debe utilizar repositorios git para el código, los diseños y la bitácora. Para material multimedia deberá utilizar el cloud del ARCOS-Lab
- Debe manejar sistemas de 48VDC en baterías Pb (4 celdas) y LiPo (13 celdas)
- Debe poder monitorear el voltaje de cada celda
- Debe lograr estimar la carga entrante a la batería
- Debe monitorear la corriente de carga y descarga
- Debe monitorear las temperaturas de las celdas (4 sensores)
- Debe tener la capacidad de desconectar las baterías en casos de peligro o por autoprotección: alta temperatura de una o más baterías, sobrevoltaje de alguna batería, sobrevoltaje del conjunto, sobrecorriente, detección de corto circuito, undervoltage, y por comando del usuario (puerto digital). La desconexión ocurre con un relé o SSR externo.
- Debe poseer un puerto digital para enviar información y permitir control
- Debe tener la opción de sensor de corriente integrado y externo
- Debe permitir la medición de corriente de múltiples circuitos (10 canales) con sensores remotos
- Conexión Ethernet (Can bus aceptable)
- Connector para monitoreo/balance de celdas intermedias.
- Connector para positivo y negativo
- Espacio para soldar resistencia de balanceo y conector para resistencia de balanceo
- Conector para sensores de temperatura (dos pines por sensor)
- Conector Ethernet
- 4 huecos para montaje con M3
- Máximo 4 capas/10cmx10cm (1oz cobre)
- Posibilidad de instalar/intercambiar LTC6804-2 o LTC6804-1
- Posibilidad de instalar transistores de potencia para balanceo
- Sensado de corriente remoto o local principal
- Salida para control de SSR
- RTC
- Cosas para EMI
- Puerto de programación SWD
- Puerto de depuración/programación UART
- Conectores para sensado de corriente remoto múltiple
- Conectores Molex para cosas de sensado