A13-03 Kaksisuuntainen akkujen tasauskortti Projektisuunnitelma Automaatio- ja systeemitekniikan projektityöt AS-0.3200 Syksy 2013 Arto Mikola Aku Kyyhkynen 25.9.2013
Sisällysluettelo Sisällysluettelo... 2 1 Projektin esittely... 3 2 Projektin rakenne... 4 2.1 Aiheeseen tutustuminen... 4 2.2 EAGLE- ohjelman opettelu... 4 2.3 Kortin suunnittelu EAGLE:lla... 4 2.4 Väliraportti... 4 2.5 Kortin valmistus ja kokoonpano... 4 2.6 Testaus ja muutokset... 5 2.7 Loppuraportti ja esitys... 5 2.8 Viimeistely... 5 3 Projektin aikataulu... 6 4 Riskien hallinta... 8
1 Projektin esittely Projektin tavoitteena on piirtää ja rakentaa kaksisuuntainen akkujen tasauskortti. Tasauskortti tasoittaa akkujen välisen varauseron siirtämällä energiaa täydemmistä akuista tyhjempiin ja toisin päin. Kortti perustuu LTC3300-1 akkujen tasauspiiriin, joka tasaa akut suurella hyötysuhteella. Yksi piiri mahdollistaa kuuden sarjaan kytketyn litiumkennon varauksien tasaamisen. Piirejä voidaan halutessa kytkeä sarjaan useampia, jolloin saadaan tasattua suuriakin akkupaketteja. Projektissa tarvittavia komponentteja ovat LTC3300-1-piiri, NMOS:it, vastukset, muuntajat ja kondensaattorit. Koska työssä puhutaan sekä lopputuloksena olevasta tasauspiiristä (board) ja Linear Technology:n valmistamasta LTC3300-1 piiristä (circuit), käytämme näille eri termejä sekaannuksen välttämiseksi. Tässä projektissa kortilla tarkoitetaan rakennettavaa tasauspiiriä, johon kuuluu yhtenä osana LTC3300-1 piiri. Piirillä tarkoitetaan LTC3300-1 komponenttia. Kaksisuuntaisella akkujen tasaamisella tarkoitetaan energian siirtämistä akkujen välillä varauserojen tasaamiseksi. Tavallisesti akkujen varauseroja tasataan purkamalla akkuja, joissa on korkeampi jännite vastusten avulla lämpöenergiaksi. Tässä työssä toteutettava kortti tasaa akkujen jännitteitä pienemmällä häviöllä, koska korkean varauksen omaavien akkujen energiaa ei tuhlata lämpöenergiaksi, vaan se käytetään matalamman varauksen omaavien akkujen lataamiseen. Suunnittelemme tekevämme tässä projektissa työtä kolmen opintopisteen verran, eli noin 80 tuntia henkilöä kohden.
2 Projektin rakenne 2.1 Aiheeseen tutustuminen Tämän vaiheen tavoitteena on ymmärtää, mistä työssä on kyse ja selvittää, miten tähän tavoitteeseen voidaan päästä. Tutustumme akkujen tasaajan (LTC3300-1) toimintaan ja ominaisuuksiin ja siihen, miten se kytketään akkuihin ym. komponentteihin. Näin meille hahmottuu suunniteltavan piirilevyn yleispiirteet, työn laajuus ja vaativuus. Lopuksi teemme työstä projektisuunnitelman. Tähän vaiheeseen kuului myös aloitusluento ja tapaaminen ohjaajan kanssa. Tähän vaiheeseen suunnittelimme käyttävämme noin 14 tuntia per henkilö. 2.2 EAGLE- ohjelman opettelu Tässä vaiheessa tutustumme EAGLE-piirisuunnitteluohjelman toimintaan. Tavoitteena on saada riittävä osaaminen piirien suunnitteluun. Tähän vaiheeseen suunnittelimme käyttävämme noin 7 tuntia per henkilö, koska ohjelma on meille ennalta tuntematon. Heti kun saamme riittävästi osaamista, siirrymme kortin suunnitteluun. Näin ollen nämä vaiheet voivat olla osittain päällekkäiset. 2.3 Kortin suunnittelu EAGLE:lla Oleellinen osa projektia on kortin suunnittelu. Kun olemme opetelleet käyttämään EAGLE:a, alamme suunnittelemaan akkujen tasauskorttia. Tämän vaiheen tavoitteena on piirustus, josta seuraavassa vaiheessa voidaan valmistaa tasauskortti. Tässä onnistuminen edellyttää, että olemme edellisessä vaiheessa oppineet käyttämään EAGLE:a. Tämä vaihe tulee olemaan osittain päällekkäin EAGLE-ohjelman opettelun kanssa, mutta arvioimme käyttävämme tähän vaiheeseen noin 18 tuntia per henkilö. Tämän vaiheen aikana kirjoitamme myös väliraportin. 2.4 Väliraportti Väliraporttia tehdessä vertaamme sen hetkistä edistymistä projektisuunnitelmaan ja raportoimme kaikista muutoksista. Tähän vaiheeseen suunnittelemme käyttävämme noin 6 tuntua per henkilö. 2.5 Kortin valmistus ja kokoonpano Kun olemme suunnitelleet kortin, alamme valmistamaan sitä. Tämän vaiheen aloittaminen, aikataulu ja onnistuminen riippuvat kortin suunnittelun onnistumisesta. Piirien valmistaminen ei ole meille tuttua, joten yritämme varata tähän riittävästi aikaa, noin 14 tuntia per henkilö.
2.6 Testaus ja muutokset Testaamisvaiheessa kokeilemme valmistamamme kortin toimintaa ja teemme korttiin vaadittavat muutokset. Tavoitteena on tarkastaa kortin toiminta ja saada kortti toimintakuntoon. Voimme aloittaa tämän vaiheen vasta, kun kortti on valmistettu. Tähän vaiheeseen suunnittelemme käyttävämme noin 10 tuntia per henkilö. 2.7 Loppuraportti ja esitys Tässä vaiheessa raportoimme, mitä projektissa on tehty, miten hyvin projektisuunnitelma on toteutunut ja projektin lopputulokset. Raportoimme toteutuneen ajankäytön sekä kohtaamamme ongelmat. Analysoimme projektimme kulkua ja tuloksia ja pohdimme, mitä olisi pitänyt tehdä toisin. Lopuksi pidämme esityksen, jossa kerromme työstä ja lopputuloksista. Tähän vaiheeseen suunnittelemme käyttävämme noin 9 tuntia per henkilö. 2.8 Viimeistely Esitelmän jälkeen viimeistelemme loppuraporttia. Tavoitteena on siisti ja selkeä tieteellinen raportti projektityöstämme. Tähän suunnittelemme käyttävämme noin 2 tuntia per henkilö.
3 Projektin aikataulu Projektin ensimmäinen vaihe on aiheeseen tutustuminen ja projektisuunnitelman tekeminen. Projektisuunnitelman määräaika on maanantaina 30.9.2013, jonka jälkeen projektisuunnitelma esitellään muille ryhmille seuraavana päivänä. Olemme määritelleet, että aiheeseen tutustumisella on sama määräaika kuin projektisuunnitelmalla. Suunnitelman esittämisen jälkeen tutustumme EAGLE-ohjelmaan. Koska EAGLE:n opettelu ja kortin suunnittelu voivat olla osittain päällekkäisiä vaiheita, määritämme näille yhteisen määräajan, joka on viikko 45. Tämän vaiheen aikana on myös väliraportin määräaika, joka on maanantaina 28.10.2013. Väliraportti esitellään muille ryhmille seuraavana päivänä. Kortin suunnittelun jälkeen siirrymme sen valmistukseen. Haluamme, että kortin valmistamiseen ja testaamiseen on riittävästi aikaa, joten suunnittelun määräaika on melko kriittinen. Kortin valmistamisen ja kokoonpanon määräajaksi määrittelimme viikon 46. Seuraavana vaiheena on kortin testaaminen ja uudelleen rakentaminen, jos tarpeellista. Tämä on viimeinen vaihe projektissamme. Jotta loppuraportin tekemiseen jää riittävästi aikaa, määrittelimme testaamisen määräajaksi viikon 48. Loppuraportin määräaika on maanantaina 2.12.2013, jonka jälkeen se esitellään muille ryhmäläisille seuraavana päivänä. Loppuraportin jälkeen on mahdollista vielä viimeistellä työtä ja ehdoton eräpäivä on sunnuntaina 15.12.2013. Aikataulu on havainnollistettu alla taulukossa 1.
Taulukko 1: Aikataulu Aloitusluento Aiheeseen tutustuminen Suunnitelma ja esitys (1.10.) EAGLE:n opettelu Kortin suunnittelu Väliraportti ja esitys (29.10.) Kortin valmistus ja kokoonpano Testaus ja muutokset Loppuraportti ja esitys (3.12.) Viimeistely (DL 15.12.) 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 X X X X Ryhmätyöskentelyn järjestely on helppoa, koska ryhmässämme on kaksi jäsentä. Sovimme yhteisistä sopivista ajoista ja tapaamme koululla tai muualla. Tällä tavoin molemmat tekevät myös yhtä suuren työmäärän. Taulukossa 2 alla on esitetty arviot ja toteutuneet työtunnit henkilöä kohden. Taulukko 2: Tuntiseuranta 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 Yht. Suunnitelma 6 8 6 6 6 6 6 6 8 8 9 3 2 80 Toteutunut: Aku 6 9 15 Toteutunut: Arto 5 9 14
4 Riskien hallinta Suurin riski projektin onnistumiselle lienee kokemattomuus aiheesta. Meillä ei ole kokemusta piirien suunnittelusta, EAGLE-ohjelmasta eikä piirin valmistuksesta. Tämän takia emme osaa kovin hyvin arvioida eri työvaiheiden vaikeutta ja työläyttä ja aikataulun tekeminen on haastavaa. Kokemattomuudesta johtuva virheellinen kortin suunnittelu tai valmistus on riski, joka pahimmillaan saattaa pilata koko projektin. Paras tapa ehkäistä kokemattomuudesta johtuvia riskejä on kysyä ajoissa neuvoa. Komponenttien hajoaminen on riski, jonka takia aikaa saattaa mennä hukkaan, koska joudumme tilaamaan uusia osia ja rakentamaan kortin uudestaan. Tätä riskiä voidaan ehkäistä varaamalla tarpeeksi aikaa projektin loppupäähän. Projekti saattaa viivästyä myös sairastumisen takia. Tätä viivästymistä voi ehkäistä väljällä aikataululla ja töiden jakamisella.