Caracterización experimental de una PMU (Power Management Unit) para aplicaciones de energy harvesting (EH)

Abstract

En este proyecto se define el objetivo de caracterizar y realizar un diseño adaptado de una unidad de gestión de la energía (PMU) para aplicaciones de cosecho de energía o Energy Harvesting, e implementarla en captadores oceánicos de energía cinética. La finalidad es poder testear y comparar esta placa, con otra de las mismas características, en simulaciones semireales. Estas simulaciones se realizaron con una mesa de vibraciones y posteriormente con un robot articulado. En primer lugar, se estudió y se caracterizó el funcionamiento de los dispositivos BQ25505, BQ25505EVM-218 y se realizó una comparativa teórica con la placa ADP5092. Posteriormente se creó una PCB adaptada (BQ25505-DL) del modelo BQ25505EVM-218 en EasyEDA, para ser implementada en los captadores de energía del equipo de investigación SARTI. En segundo lugar se enumeran las características de las simulaciones con mesa de vibraciones y con robot de la empresa KUKA. Los equipos de medida que se utilizaron, cuáles son las metodologías de estos análisis y para el caso de las simulaciones en robot, como ha sido el tratamiento de los datos hasta concluir con los programas creados para realizar los movimientos del robot. Para estas simulaciones en robot se podrán comprobar los resultados de dos tipos de mar, Airy y Ochi-Hubble. Para todas estas simulaciones, mediante un sistema de medidas gobernado por un NodeMCU, se envían datos como tensiones y corrientes de entrada y salida, aceleraciones lineales y velocidades angulares. Estos datos sirven para observar la eficiencia energética de las PMU y la dinámica del movimiento del drifer. En tercer lugar, tras realizar las simulaciones, se presentan los resultados por separado de los ensayos con mesa de vibraciones y los ensayos con brazo robótico articulado, para poder realizar una comparativa entre las placas BQ25505-DL y ADP5092. Los datos expuestos en estos resultados son tratados con la herramienta Matlab. En último lugar, se puede concluir en que ambas placas tienen unas dinámicas y comportamientos muy semejantes. No obstante la ADP5092 tiene una eficiencia energética ligeramente superior a la BQ25505-DL. Sobre el diseño de la BQ25505-DL se realizó una comprobación en relación a la eficiencia energética proporcionada por el fabricante. Esta resulto ser de un valor muy aproximado al teórico.

This project defines the objective of characterizing and performing an adapted design of a power management unit (PMU) for energy harvesting applications, and implementing it in oceanic kinetic energy harvesters. The purpose is to test and compare this board, with another one of the same characteristics, in semi-realistic simulations. These simulations were carried out in a vibration table and later with an articulated robot arm. First, the operation of the devices BQ25505 and BQ25505EVM-218 was studied and characterized, and a theoretical comparison with the board ADP5092 was made. Subsequently, an adapted PCB (BQ25505-DL) of the model BQ25505EVM-218 was created in EasyEDA, to be implemented in the energy harvesters of the SARTI research team. Secondly, the features of the vibration table and robot simulations from KUKA are listed. The measurement equipment used, the methodologies used for these analyses and, in the case of the robot simulations, how the data was processed up to the development of the programs to carry out the robot motions. For these robot simulations, the results of two types of sea, Airy and Ochi Hubble, can be tested. For all these simulations, by means of a measurement system governed by a NodeMCU, data such as input and output voltages and currents, linear accelerations and angular velocities are sent to a PC. This data is used to observe the energy efficiency of the PMU and the dynamics of the drifter motion. Thirdly, after the simulations have been carried out, the results of the vibration table tests and the articulated robot arm tests are presented separately in order to make a comparison between the BQ25505-DL and ADP5092 boards. The data presented in these results are processed with the Matlab tool. Finally, it can be concluded that both boards have very similar dynamics and behaviour. However, the ADP5092 has a slightly higher energy efficiency than the BQ25505-DL. The design of the BQ25505-DL was checked against the energy efficiency provided by the manufacturer. This resulted in a value very close to the theoretical one.