Entwicklung und Validierung eines kompakten Solarladereglers für unbemannte Flugzeuge

Abstract

Der HAP-Trainer des DLR dient als Technologiedemonstrator für solarbetriebene Höhenplattformen. Die derzeit eingesetzte Lösung zur Leistungsmaximierung des Solarbetriebs, der Genasun GV10 Laderegler, weist Defizite auf: Das Gewicht von 100 g, fehlende Systemintegration sowie nicht vorhandene Telemetriefunktionen verhindern eine optimale wissenschaftliche Auswertung der Testflüge. Das Ziel dieser Arbeit besteht in der Entwicklung eines MPPT-Ladereglers mit einem Gewicht unter 50 g und maximalen Abmessungen von 140×55×17 mm für die Rumpfintegration. Der Laderegler soll das DroneCAN-Protokoll zur Echtzeitüberwachung implementieren und eine bidirektionale Kommunikation mit dem Autopilotensystem gewährleisten. Die Entwicklung basiert auf einer Anforderungsanalyse der HAP-Trainer-Spezifikationen. Als Kernkomponente der Hardware dient der LTC4015 MPPT-Controller. Die Softwareimplementierung erfolgt auf einem STM32L431 Mikrocontroller mittels Arduino-Framework. Das PCB-Design wurde mit KiCad realisiert, die Firmware-Entwicklung mit Visual Studio Code und PlatformIO. Die entwickelte Lösung erreicht eine Gewichtsreduktion und ermöglicht eine DroneCAN-Kommunikation. Die Ladefunktion wurde für 3 bis 4-zellige Lithium-Batteriekonfigurationen erfolgreich validiert. Das System verfügt über eine RGB-LED-Statusanzeige und ermöglicht die Echtzeitvisualisierung der Telemetriedaten in Mission Planner.