Źródła zasilania w Trialu - pomiary i analiza

Wszystko co związane z / everything about LEGO Truck Trial, Cross Country, Truck Racing, Outdoor Car Racing

Moderatorzy: BJ, Aleksander Spyra, Blaha, Atros, ManiekManiak, omen, Mod Team, BJ, Aleksander Spyra, Blaha, Atros, ManiekManiak, omen, Mod Team

Autor
Wiadomość
Awatar użytkownika
Aleksander Spyra
VIP
Posty: 237
Rejestracja: 2013-08-20, 18:41
Lokalizacja: Tarnowskie Góry

Źródła zasilania w Trialu - pomiary i analiza

#1 Post autor: Aleksander Spyra »

EDIT 11.06: Dodałem pomiary Buwizza, wygenerowałem nowy wykresy oraz obliczyłem moc dla silników PF XL i PF L.

Cześć!
Chciałbym się z Wami podzielić wynikami pomiarów, które przeprowadziłem w ciągu ostatniego miesiąca na różnych źródłach zasilania. Od tego sezonu na zawodach LTTC moc modelu liczona jest na podstawie napięcia używanych baterii. Taki zapis został wprowadzony w celu wyrównania szans zawodników startujących na różnych systemach zasilania. Do tej pory nieopłacalne było używanie źródeł zasilania o niższym napięciu, ponieważ skutkowało to mniejszą mocą silników. Musieliśmy ustalić, jakie wartości nominalne przyjmiemy dla każdego rodzaju baterii. Każde ze źródeł zasilania posiada napięcie nominalne podane przez producenta: dla akumulatora LiPo jest to 3,7 V, dla akumulatora NiMH – 1,2 V. Nie są to wartości napięcia początkowego (po naładowaniu baterii) ani napięcia końcowego (po pełnym rozładowaniu baterii), ani nawet ich średnie. W uproszczeniu jest to średnie napięcie z całego czasu rozładowywania baterii. Problem polega na tym, że podczas rajdu baterie nie są rozładowywane do końca, a napięcie nominalne podane przez producenta nie ma wtedy odzwierciedlenia w rzeczywistości. Przeprowadzone przeze mnie pomiary miały na celu ustalenie nominalnej wartości napięcia dla każdego ze źródeł zasilania, uwzględniając charakterystykę rozładowywania typową podczas zawodów LTTC.
Na pierwszym rajdzie zmierzone zostały napięcia początkowe i końcowe baterii zawodników. Najwięcej danych zostało zebranych dla akumulatora 8878 LiPo, bo te rozwiązanie jest aktualnie najbardziej popularne wśród zawodników. Średnie napięcie początkowe było wyższe od napięcia końcowego o 0,25 V. Po wyznaczeniu krzywej rozładowywania możemy przybliżyć średnią ilość zużywanego prądu podczas rajdu. Po otrzymaniu krzywej rozładowania dla 8878 stwierdziłem, że spadek 0,25 V nastąpił po zużyciu około 100 mAh. Jako że każdy z zawodników używał dwóch akumulatorów 8878, to tę wartość należy podwoić (równolegle podłączone baterie sumują swoją pojemność), aby otrzymać średnią ilość rozładowanej pojemności podczas rajdu.
Rozładowanie prądem pół ampera przez 25 minut kalkuluje się na zużycie około 205 mAh; jako że rajd ma zwykle 5 sekcji po około 5 minut każda, to przyjąłem taki właśnie test jako aproksymację warunków rozładowywania podczas rajdu. Obliczenia wartości nominalnej wykonałem dla rozładowania 100mAh oraz 200mAh. Tą pierwsza opcję uważam za lepszy wyznacznik średniego napięcia na rajdzie - praktycznie wszyscy zawodnicy używają dwóch boxów AA lub dwóch 8878. Liczenie mocy dla rozładowania 200mAh 'premiowałoby' tych zawodników. Jeśli ktoś zdecyduje się na użycie tylko jednego, musi liczyć się z większym spadkiem napięcia.

Poniżej znajduje się podsumowanie pomiarów. TUTAJ znajdziecie plik z wszystkimi pomiarami.

Obrazek

Wyniki z pogrubionej kolumny są według mnie najlepszym przybliżeniem średniego napięcia baterii. Używając wyników mierzonych pod obciążeniem przybliżamy napięcie trafiające na silniki w trakcie ich pracy. Rozważając rozładowanie pojemności 100mAh tłumaczyłem wyżej. Poniżej znajdują się moce silników przybliżone aproksymacją liniową z danych od Philo; oznacza to, że z wykonanych przez niego pomiarów dla np 7V i 9V proporcjonalnie policzone zostały moce dla wartości pomiędzy. Wzory są wpisane zarówno w arkusz z pomiarami, jak i nowy arkusz liczący wyniki z zawodów. Liczyłem moc dla silników PF L i PF XL, bo takie pojawiły się w napędzie w bliskiej przeszłości.

Obrazek

Przygotowałem też dwa wykresy: Jeden dla pomiarów w stanie spoczynku, drugi dla pomiarów pod obciążeniem:
ObrazekObrazek

Okay, i co z tego wszystkiego wynika? Ciężko powiedzieć. Na wykresach pięknie widać, że 'na sucho', NiMHy mają wyższe napięcie, ale pod obciążeniem ich napięcie spada mocniej. Różnice nie są bardzo duże, najbardziej odstają paluszki AAA, ale to było do przewidzenia. Ta analiza miała jednoznacznie ustalić, jakie napięcia należy przyjąć dla każdego z systemów zasilania żeby było "fair", ale w moim wypadku nasunęła kolejne pytania:
- Czy należy przyjąć inne napięcie dla osób używających jednego / dwóch boxów? (Dwie baterie: mniesza rozładowana pojemność i mniejsze spadki napięcia)
- Co z doładowywaniem baterii między sekcjami?
- Co z spadkami wprowadzonymi przez systemy sterowania? Wieże IR v1 potrafią 'zgubić' sporo mocy
Im dłużej nad tym siedzę, i więcej o tym myślę, tym więcej zauważam sposobów, żeby zbliżyć się do rzeczywistych warunków na rajdzie. Jak przy każdym uproszczeniu, w pewnym momencie trzeba dokonać pewnych założeń, które mogą być błędne. Jestem dość pewien, że wyniki które otrzymałem mają sens i pozwolą na równą walkę na każdym rodzaju baterii. Jeśli będę próbował innego podejścia do pomiarów, to chciałbym je oprzreć na danych zmierzonych na rzeczywistym modelu. Marzy mi się moduł, który mierzyłby i zapisywał napięcie i prąd, żeby póżniej można było odtworzyć podobne warunki dla innych baterii.

Wyniki boxa LiPo zostały 'przeliczone', jak możecie zobaczyć w tabeli czy na wykresach. O co chodzi? Pomiary wszystkich źródeł wykonywałem tak samo; NI VirtualBench został użyty do pomiarów napięcia i prądu, natomiast ładowarko-rozładowywarka SkyRC D100 została użyta do rozładowywania stałym prądem. Do pomiarów napięcia spoczynkowego musiałem chwilowo odłączać obciążenie od baterii. W tym celu zastosowany został prosty przekaźnik. Z jakiegoś powodu, box 8878 bardzo nie lubił podłączania rozładowywarki i sam się wyłączał (podejrzewam że układ zabezpieczający cele widział nagły skok prądu lub napięcia). Musiałem więc wymyślić jakiś inny sposób na pomiar. Zamiast rozładowywarki podłączyłem rezystory o łącznej rezystancji 17ohm, co skutkowało rozładowaniem prądem ~0.45A-0.5A w zależności od napięcia baterii. Żeby rozładowana pojemność się zgadzała, to czas pomiaru był na bieżąco modyfikowany na podstawie płynącego prądu. Moim zdaniem taka zamiana nie powinna mieć dużego wpływu na wynik, ale wolałem to zaznaczyć.

Dzięki życzliwości Kamyka mogłem zmierzyć także Buwizza. Co ciekawe, zmierzony spadek napięcia jest większy niż przypuszczałem, choć dalej trochę lepszy niż w przypadku 8878.

TL;DR - coś zmierzyłem ale ciężko ustalić jeden, optymalny i nie dyskryminujący sposób na wyznaczenie mocy silników dla różnych rodzajów zasilania. Przyjmując warunki w miarę odpowiadające temu, co widzimy na zawodach, obliczyłem moce dla używanych aktualnie źródeł zasilania.

ODPOWIEDZ