Modulaarse ohutuskontrollahela arendus UP-generaatoritesse

PowerUp on rohetehnoloogia ettevõte, kes arendab ja toodab vesinik kütuseelemendi tehnoloogial põhinevaid elektrigeneraatoreid, ettevõtte tehnoloogial põhinevaid elektrivarustussüsteeme klientidele ja ka vesinik kütuseelemente. Ettevõtte põhieesmärk on vähendada mitte-taastuvenergia lahendusi ja suurendada akude, päikesepaneelide ja tuuleparkide efektiivsust lisades vesiniku tehnoloogial põhinevaid lahendusi nendesse. Up-generaatorid on innovatiivsed vesiniku tehnoloogial põhinevad elektrigeneraatorid. Upgeneraatorid on kerged, lõhnatud ja vaiksed, mis teeb nendest väga hea alternatiivi asendamaks liitiumakusi või diiselgeneraatoreid. Hetkelises arendusfaasis on kolm võimsuse varianti välja arendatud: 200 W (UP200), 400 W (UP400) ja 1 kW (UP1K). Tuleviku areduse koha pealt on plaanis välja arendada 6 kW ja 12 kW generaatorid, mis peaksid valmis saama aastaks 2023. Hetkeline arendusfookus on võetud UP1K peale, kuna PowerUp soovib sellele generaatorile saada CE sertifikaadi tunnust. Euroopaliidu nõuete kohaselt, peab toode olema verifitseeritud vastama Euroopa ohutus ja turvalisuse nõuetele, et seda toodet saaks müüa avalikul turul. Sellepärast PowerUp peab saama oma Up-generaatorid sertifitseeritud CE märgisega, et müüa oma tooteid avalikul turul Euroopas. PowerUp just vajab CE mägist sellepärast, et see on üks enim levinud sertifikaadi tunnuseid Euroopas ja ka üks usaldatumaid, mis valideerib toote kvaliteedi ja ohutuse. CE märgise saamiseks tootele, peab ettevõte uurima kõik standardid, mis võiksid kehtida tootele ja seejärel tuleb teha ka kindlaks, kas toode on tõesti vastavuses läbivaadatud standarditega. Tegu võib olla ühe lihtsa ohutus-regulatoorse standardiga, mis teatud tootele kehtib, aga kui tegemist on vesiniku + energeetika lahendusega, siis tuleb uurida mitmeid standardeid. Lõputöö eesmärk oli tagada ohutus UP1K vesinik kütuseelemendil töötavale 1 kW elektrigeneraatorile. Turvalisuse nõuded pidid olema tagatud IEC 62282-5-100 standardi alusel, mis ongi ülemaailmse elektroonika komitee poolt koostatud kütuseelemendi turvalisuse standard. Tehniliste dokumentide analüüs standardi ja vastavate sensorite kohta võttis tööd koostades kõige rohkem aega, põhjusteks oli analüüsimise põhjalikkus ja ka turuanalüüsi täielik läbiviimine, et ei jääks midagi märkamata või märkimata. Dokumentide analüüs oli üks põhilisi alustalasid selle lõputöö juures, kuna kõik testid ja sensorid pidid just vastama sellele, mida käsitleti töö esimeses peatükis. Kui tegemist on ohutussensoritega, et tagada kasutajale turvalisus seadet kasutades, pidi autor olema eriti põhjalik analüüsides standardit ja jälgides turgu vastavate sensorite kohapealt, et välja saaks valitud sensor, mis tõesti vastab standardi ohutusnõuetele. Töö disaini osa möödus suuremate probleemideta. Peamiseks põhjuseks võis olla, kui autor hakkas komponente valima sensorite implementeerimise jaoks olid autori poolt vastavad kalkulatsioonid juba tehtud, mis tegid komponentide valiku oluliselt lihtsamaks. Kuna vajalikud komponendid, mida pidi integreerimiseks vaja minema, olid juba ettevõtte laos olemas, siis polnud vaja keskenduda tellimisele. Testimisel selgus, et sensorid töötavad oodatust paremini. Tulemus tuli välja sellest, et sensorite tööloogika on tehtud võimalikult lihtsaks kasutajale. Lisaks sellele kirjutas autor autonoomse koodi, mille osa aitas sensoritel paremini infot edastada ja ka kõiki nende töö funktsioone täita ettenähtud kujul. Üks murekohti, mis tekkis enne sensorite testimist, oli, mis siis kui sensorid aeguvad nii, et ei suuda enam edastada adekvaatset infot protsessorisse. Hiljem testides aga selgus, et see ei osutunud probleemiks, kuna protsessor salvestab enda mällu algsed mõõtmistulemused, kui sensorid esimest korda käivitati, ja võrdleb neid tulemusi edasiste mõõtetulemustega. Kui mõõtetulemused hakkavad erinema oluliselt esialgsest, siis süsteem annab sellest märku. Analüüsides kogu tööprotsessi, on aru saada, et töö oli hästi põhjalikult etteplaneeritud ja ka läbimõeldud. Kogu loogika, mis oli seotud süsteemi kontrollimisega, töötas suurepäraselt koos sensoritega. PowerUp on nüüd valmis taotlema CE- sertifikaati ohutuse aspekti koha pealt, kuna kõik eeltöö on tehtud ohutuse tagamiseks nii kütuseelemendile, elektroonikale kui ka kasutajale. Lõputöö projekt annab hea ülevaate ja alustalad järgnevatele toodetele, mida tahetakse hakata sertifitseerima PowerUp-is tulevikus. Hetkel on PowerUp-i prioriteet sertifitseerida UP1K generaator, kuid tulevikus on plaanis veel teisedki tooted sertifitseerida, kuhu saab lihtsa vaevaga implementeerida lõputöös käsitletud ohutusahela.

This thesis project was completed successfully with complying to the IEC 62282-5-100 standard. The device designed performed better than expected, without any major blow-backs. The literature review section of the work took the longest time to complete. Reason being not to miss anything written in the standard and also not to miss any complying options on the market regards to the sensors. Literature review was the foundations for this thesis, that is why the author of the thesis needed to be very precise and punctual going through this part of the thesis to not miss anything. The design part of the thesis did not have any major problems, when the given calculations in chapter 2.3 were done and calculated, the component choice was imminent. The components were already available in-house stock, so it was not necessary to order those from the market. The power needed for the two different sensors were routed from existing voltage regulator and MCU, which made the implementation of the connectors handy. Testing of the sensors was done quickly with successful results. The main reason why it was a success was because of the analyzes of the literature and by that making the testing principle really clear. Setting up the tests with the given sensors did take some time but the testing itself was straight forward. The results were better than expected regards to the communication of the sensors. One misconception that arose was, what happens when the sensor stops giving accurate feedback info, what was later debunked with the algorithm of the code. When analyzing the tests and the work done, it became imminent that the work flow and the work itself was thought out thoroughly before the actual design and coding part started. That lead to great results on testing the device and the sensors. From the safety point of view, PowerUp is now ready to go through with CE-certification process because there will be no issues that will arise with the standardization of the sensors and the standardization of the logic controls. This thesis project gives a very well thought out outline for the future projects ahead. At the moment, PowerUp is concentrating on certifying the UP1K hydrogen fuel cell generator, with having the safety of the system as a top priority. In the future, there will be no issues implementing this system into other generator systems to make them applicable for the certification process.