Commissioning of Imperix B-Board Controller

Abstract

Turun ammattikorkeakoulun Uuden energian tutkimusryhmän vastuulla on järjestää tehoelektroniikan opintomoduuli energia- ja ympäristötekniikan koulutusohjelmaan. Lisäksi he tekevät tutkimus-, kehitys- ja innovaatiotoimintaa tehoelektroniikkaan liittyen. Näissä tehtävissä käytetään Sveitsiläisen Imperix-nimisen yrityksen valmistamaa BoomBox-ohjainta ja sen kanssa yhteensopivia komponentteja, kuten sensoreita ja DC/DC-muunninmoduuleita. Näitä järjestelmiä on kuitenkin vain yksi, ja kapasiteetin lisäämiseksi on hankittu saman valmistajan uudempia B Board PRO –ohjaimia. Niiden hyödyntämiseksi ne täytyy ottaa käyttöön. Käyttöönoton tarkoituksena oli saada ohjaimia, joita voidaan käyttää samalla tavalla kuin jo olemassa olevaa järjestelmää.

B-Board-ohjain on sulautettavaa elektroniikka, mikä tarkoitti, että sitä ei voitu ottaa suoraan käyttöön. Käyttöönottamiseksi tehtiin selvitys mitä ohjaimen rinnalle tarvittaisiin, jotta se voitaisiin yhdistää tutkimusryhmän käytössä oleviin tehoelektroniikan opetus- ja tutkimuskomponentteihin. Selvityksessä tutkittiin liittämiseen käytettyjä tekniikoita, ja yhteensopivuuden huomattiin vaativan sekä adaptereita, joilla olemassa olevat sensorit saataisiin kiinni ohjaimeen, että optoelektronisia muuntimia DC/DC-muunninmoduulien käyttämiseksi. Uusi ohjain vaatii myös toimiakseen uuden MATLAB-pohjaisen ohjelmistokehityspaketin, joka otettiin ohjaimen kanssa samaan aikaan käyttöön.

B-Board-ohjaimen ja ohjelmistokehityspaketin toimivuuden testaamiseksi määriteltiin vaadittavat komponentit laboratoriotyötä varten, joka tultaisiin toteuttamaan Imperixin komponenteilla ja ohjelmistokehityspaketilla. Laboratoriotyöksi valittiin akun purkamiseen ja lataamiseen kykenevä DC/DC-muunnin, sillä tämä sopi hyvin yhteen tutkimusryhmän käynnissä olevien projektien kanssa. DC/DC-muunnin suunniteltiin uuden ohjelmistokehityspaketin avulla, ja sen kanssa käytettävälle akkujärjestelmälle kirjoitettiin vaatimukset.

Aikarajan vuoksi laboratoriotyötä ei toteutettu fyysisesti, sillä adaptereita, optoelektronisia muuntimia ja akkujärjestelmää ei ehditty hankkia tai toteuttaa. Laboratoriotyön testaamiseksi ennen näiden puuttuvien osien hankkimista DC/DC-muunnin ja akusto mallinnettiin ja simuloitiin Simulink-ohjelmalla. Jotta laboratoriotyö voidaan joskus toteuttaa, suunniteltiin loppuun viemiseen vaadittavat toimenpiteet, ja pohdittiin mahdollisia parannuksia.

Turku University of Applied Sciences’ New Energy Research Center is tasked with producing a power electronics study module for the degree programme of Energy and Environmental Technology. Additionally, they also do Research, Development, and Innovation work in the field of power electronics. Some of the tools used for this are a BoomBox controller, manufactured by a Swiss company called Imperix, and components compatible with it, such as sensors and DC to-DC converter modules. Currently there are devices for only one system. To increase capacity newer B-Board PRO controllers have been acquired from Imperix and they need to be commissioned to be useful. The purpose of the commissioning is to have controllers that can be used in the same way as the already existing controller system.

The B-Board PRO is made as an embeddable controller, which meant that it could not be used out-of-the-box. In order to commission them an assessment into what additional components are required alongside the controller was made, so it could interface with the research group’s pre existing power electronics equipment. Technologies used in the interfacing were assessed and it was noticed that adapters were required to connect sensors to the controller in addition to optoelectronics couplers for using the DC-to-DC converter modules. The new controller also functions with a different MATLAB based software development kit to the pre-existing Imperix controller. This development kit will simultaneously be taken into use with the B-Board PRO.

To test the functionalities of the B-Board controller and the software development kit components required for a laboratory exercise were specified. This laboratory exercise will be implemented using Imperix’s components and development kit. For the laboratory exercise a DC-to-DC converter capable of charging and discharging a battery was selected, because this went together with ongoing projects at the New Energy Research Center. The DC-to-DC converter control software was implemented using the new software development kit, and requirements for the battery system were written.

Due to a strict time limit the laboratory exercise was not physically implemented, because the necessary adapters, optoelectronic couplers, and battery system were not acquired or realised. To test the converter and battery they were implemented as a model in Simulink and simulated. So that the exercise could be constructed in the future, the necessary steps were planned and future work in the form of possible improvements were devised.