Messaufbau Energie im Akku:
Um die Energie des Akkus zu messen,
die erwartungsgemäß der elektronik auf dem Pixel Träger zur
Verfügung gestellt werden kann, wird ein Testaufbau, ähnlich dem
später verwendeten Komponenten näher betrachtet.
Testaufbau mit zwei Solarpanels, Sparkfun MPPT Solar Charger, LiPo
3,7V 2500mAh, Arduino Nano, Steckbrett mit parallel geschalteter
Widerstände
Für die Elektronik auf dem Pixel Träger ist
lediglich die zu gewinnnende Energie relevant. Daher wurde nicht die
in der Solarzelle gewonnene Energie gemessen, sondern die aus der
Batterie gewonnene. Für eine Messung wird der Akku mittels des
Solarpanels, dem MPPT Moudul und dem, auf dem selben Board
integrierter Ladeelektronik für einen Tag unter direkter
Sonneneinstrahlung geladen. Um die Energie zu messen, wird der Akku
über einen konstanten, definierten Widerstand bis zur
Entladeschlussspannung entladen. Hierbei wird die Spannung am Akku
und die verstrichene Zeit gemessen. Daraus lässt sich durch
Integration die im Akku gespeicherte Energie berechnen:
Berechnungsvorschrift
Die Messung wurde zwei mal an einem
sehr sonnigen Tag im Frühling durchgeführt.
Diagramm Messung 1
Diagramm Messung 2
Diagramm Messung 3
Bei der ersten Messung wurde eine Energie
von 6,4Wh gemessen, wohingegen bei der zweiten Messung nur noch eine
Energie von 3,8Wh gemessen werden konnte. Die genaue Ursache für
diesen großen Unterschied ist noch nicht bekannt.
An der S-Kurve
der Diagramme 1 und 2 lässt sich erkennen, dass der Akku jeweils
nicht vollständig geladen war. Das Problem hierbei ist vermutlich
die äquivalent umgekehrte S-förmige Ladekurve des Akkus. Zu beginn
wird der Akku in der CC-Phase (constant current) sehr schnell
aufgeladen, d.h. er kann in kurzer Zeit viel Energie aufnehmen.
Wohingegen in der CV-Phase (constant voltage) der Akku nur sehr
langsam geladen wird, um ihn nicht zu überladen und somit zu
beschädigen. Um dieser Problematik entgegen zu wirken kann versucht
werden die Kapazität des Akkus zu erhöhen, um eine längere CC-Phase
und somit eine höhere Energiespeicherung pro Zeit im Akku erreichen
zu können. Hierfür wird ein oder mehrere weitere Akkus benötigt.
In Messung 3 wurde der Akku über mehrere Tage mit dem Solarmodul
aufgeladen. Es ist möglich den Akku mit den beiden 1Watt Solarzellen
vollständig aufzuladen, jedoch nicht innerhalb eines Tages.
Der hierfür verwendete Code ist in der Rubrik Quellcode zu
finden oder kann hier heruntergeladen werden:
download Capacity_Tester.cpp
download Akkumessung.xlsx
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