Контролер за слънчево зареждане за 100 Ah батерия

Този изчерпателен контролер за слънчево зареждане е проектиран за ефективно зареждане на голяма 12 V 100 Ah батерия с максимална ефективност. Слънчевото зарядно устройство е практически надеждно по отношение на презареждане на батерията, късо съединение на натоварване или текущи условия.

Ключовите елементи на тази 100 Ah схема на соларен регулатор са, очевидно слънчевият панел и (12 V) батерията. Батерията тук работи като блок за съхранение на енергия.

DC лампи с ниско напрежение и подобни неща могат да се задвижват направо от батерията, докато a инвертор на захранването може да се управлява за преобразуване на директно напрежение на батерията в 240 V AC.

Независимо от това, всички тези приложения обикновено не са темата на това съдържание, върху която се фокусира свързване на батерия със слънчев панел . Може да изглежда твърде примамливо да свържете слънчев панел директно с батерията за зареждане, но това никога не се препоръчва. Подходящо контролер за зареждане е от решаващо значение за зареждане на всяка батерия от слънчев панел.

Основното значение на контролера за зареждане е да намали тока на зареждане по време на пикова слънчева светлина, когато слънчевият панел осигурява по-големи количества ток над необходимото ниво на батерията.

Това става важно, тъй като зареждането с висок ток може да доведе до критично увреждане на батерията и със сигурност може да намали продължителността на живота на батерията.

Без контролер за зареждане, опасността от презареждане на батерията обикновено е предстоящо, тъй като текущата мощност на слънчевия панел се определя пряко от нивото на облъчване от слънцето или количеството падаща слънчева светлина.

По същество ще намерите няколко метода за управление на зарядния ток: чрез сериен регулатор или паралелен регулатор.

Серийната регулаторна система обикновено е под формата на транзистор, който се въвежда последователно между слънчевия панел и батерията.

Паралелният регулатор е под формата на a „шънт“ регулатор прикрепен паралелно със соларния панел и батерията. The 100 Ah регулатор обяснено в тази публикация всъщност е паралелен тип контролер на соларен регулатор.

Ключовата характеристика на a шунтов регулатор е, че не изисква големи количества ток, докато батерията не се зареди напълно. Практически погледнато, собственото му текущо потребление е толкова по-малко, че може да се пренебрегне.

Веднъж батерията е напълно заредена обаче излишната мощност се разсейва в топлина. По-специално при по-големите слънчеви панели тази висока температура изисква относително огромна структура на регулатора.

Заедно с истинската си цел, приличен контролер за зареждане допълнително осигурява безопасност по много начини, заедно със защита от дълбоко разреждане на батерията, an електронен предпазител и надеждна безопасност за обръщане на полярността на батерията или слънчевия панел.

Просто защото цялата верига се задвижва от батерията чрез неправилен диод за защита на полярността, D1, регулаторът за слънчево зареждане продължава да работи нормално, дори когато слънчевият панел не подава ток.

Схемата използва нерегулираното напрежение на батерията (кръстовище D2-R4) заедно с изключително прецизно референтно напрежение от 2,5 V., което се генерира с помощта на ценеров диод D5.

Тъй като регулаторът на зареждане сам по себе си работи перфектно с ток под 2 mA, батерията едва се зарежда през нощта или когато небето е облачно.

Минималната консумация на ток от веригата се постига чрез използване на мощни MOSFET-и тип BUZ11, T2 и T3, чието превключване зависи от напрежението, което им позволява да функционират при практически нулева мощност на задвижване.

Предложеният контрол на слънчевия заряд за батерия 100 Ah следи батерията напрежение и регулира нивото на проводимост на транзистора Т1.

Колкото по-голямо е напрежението на батерията, толкова по-висок ще бъде токът, преминаващ през Т1. В резултат спадът на напрежението около R19 става по-висок.

Това напрежение на R19 се превръща в напрежение на превключване на портата за MOSFET T2, което кара MOSFET да се превключва по-силно, като намалява съпротивлението му към източване към източника.

Поради това слънчевият панел се натоварва по-силно, което разсейва излишния ток през R13 и T2.

Шотки диод D7 предпазва батерията от случайно обръщане на клемите + и - на соларния панел.

Този диод допълнително спира потока на тока от батерията в соларния панел, в случай че напрежението на панела падне под напрежението на батерията.

Как работи регулаторът

Електрическата схема на 100 Ah регулатор на соларно зарядно устройство може да се види на фигурата по-горе.

Основните елементи на веригата са няколко 'тежки' MOSFET и четворна интегрална схема.

Функцията на този IC може да бъде разделена на 3 секции: регулатор на напрежението, изграден около IC1a, контролер за претоварване на батерията, конфигуриран около IC1d и електронен защита от късо съединение свързан около IC1c.

IC1 работи като основния управляващ компонент, докато T2 функционира като адаптиращ се силов резистор. T2 заедно с R13 се държи като активен товар на изхода на слънчевия панел. Функционирането на регулатора е доста просто.

Променлива част от напрежението на батерията се прилага към неинвертиращия вход на управляващия усилвател IC1a чрез делител на напрежението R4-P1-R3. Както беше обсъдено по-рано, референтното напрежение 2,5 V се прилага към инвертиращия вход на операционния усилвател.

Работната процедура на слънчевата регулация е доста линейна. IC1a проверява напрежението на батерията и веднага след като достигне пълния заряд, той включва T1, T2, причинявайки маневриране на слънчевото напрежение чрез R13.

Това гарантира, че батерията не е претоварена или презаредена от слънчевия панел. Части IC1b и D3 се използват за индикация на състоянието на „зареждане на батерията“.

Светодиодът светва, когато напрежението на батерията достигне 13,1V и когато процесът на зареждане на батерията е стартиран.

Как работят защитните етапи

Opamp IC1d е настроен като компаратор за наблюдение на батерията е изтощена ниво на напрежение и осигурете защита срещу дълбоко разреждане и MOSFET T3.

Напрежението на батерията първоначално пропорционално спада до около 1/4 от номиналната стойност чрез резистивен делител R8 / R10, след което се сравнява с еталонно напрежение от 23 V, получено чрез D5. Сравнението се извършва от IC1c.

Потенциалните разделителни резистори са избрани по такъв начин, че изходът на IC1d да спадне по-ниско, след като напрежението на батерията падне под приблизителна стойност от 9 V.

Впоследствие MOSFET T3 инхибира и прекъсва земната връзка през батерията и товара. Поради хистерезиса, генериран от резистора за обратна връзка R11, компараторът не променя състоянието си, докато напрежението на батерията отново достигне 12 V.

Електролитичният кондензатор С2 инхибира защитата от дълбоко разреждане от активиране от моментални спада на напрежението поради, например, включване на масивен товар.

Защитата от късо съединение, включена във веригата, функционира като електронен предпазител. Когато случайно се случи късо съединение, то отрязва товара от батерията.

Същото се реализира и чрез T3, който показва решаващата двойна функция на MOSFET T13. MOSFET не само работи като прекъсвач на късо съединение, но и неговото кръстовище за източване към източник играе своята роля като изчислителен резистор.

Спадът на напрежението, генериран на този резистор, се намалява с R12 / R18 и впоследствие се прилага към инвертиращия вход на компаратора IC1c.

Тук също точното напрежение, предоставено от D5, се използва като еталон. Докато защитата от късо съединение остава неактивна, IC1c продължава да осигурява „висок“ логически изход.

Това действие блокира D4 проводимостта, така че изходът IC1d единствено решава потенциала на T3 порта. Диапазонът на напрежението на затвора от около 4 V до 6 V се постига с помощта на резистивен делител R14 / R15, което позволява да се установи ясен спад на напрежението над връзката отток към източник на Т3.

След като токът на товара достигне най-високото си ниво, спадът на напрежението се повишава бързо, докато нивото е достатъчно само за превключване на IC1c. Това сега кара изхода му да стане логически нисък.

Поради това сега се активира диод D4, което позволява на затвора Т3 да бъде късо към земята. Поради това сега MOSFET се изключва, спирайки текущия поток. R / C мрежата R12 / C3 решава времето за реакция на електронния предпазител.

Задава се относително бавно време за реакция, за да се избегне неправилно активиране на работата на електронния предпазител поради случайни моментни високи повишения на тока на товара.

Освен това LED D6 се използва като еталон от 1,6 V, като се увери, че C3 не е в състояние да се зарежда над това ниво на напрежение.

Когато късото съединение се отстрани и натоварването се отдели от батерията, C3 се разрежда постепенно през светодиода (това може да отнеме до 7 секунди). Тъй като електронният предпазител е проектиран с доста бавен отговор, не означава, че токът на натоварване ще може да достигне прекомерни нива.

Преди електронният предпазител да може да се активира, напрежението на порта T3 подканва MOSFET да ограничи изходния ток до точката, определена чрез настройката на предварително зададена P2.

За да се гарантира, че нищо не изгаря или пържи, веригата допълнително разполага със стандартен предпазител F1, който е прикрепен последователно към батерията, и осигурява увереност, че вероятната повреда във веригата няма да предизвика незабавна катастрофа.

Като краен защитен щит, D2 е включен във веригата. Този диод предпазва входовете IC1a и IC1b срещу повреди поради случайна обратна връзка на батерията.

Избиране на слънчевия панел

Вземането на решение за най-подходящия слънчев панел естествено зависи от рейтинга на батерията Ah, с който възнамерявате да работите.

Регулаторът за слънчево зареждане е основно проектиран за слънчеви панели с умерено изходно напрежение от 15 до 18 волта и 10 до 40 вата. Този тип панели обикновено стават подходящи за батерии с мощност между 36 и 100 Ah.

Въпреки това, тъй като регулаторът за слънчево зареждане е определен, за да осигури оптимално потребление на ток от 10 A, може да се приложат слънчеви панели с мощност 150 вата.

Схемата на регулатора на слънчевото зарядно устройство също може да бъде приложена вятърни мелници и с други източници на напрежение, при условие че входното напрежение е в диапазона 15-18 V.

По-голямата част от топлината се разсейва чрез активното натоварване, T2 / R13. Излишно е да казвам, че MOSFET трябва да се охлажда ефективно чрез радиатор и R13 трябва да бъде адекватно оценен за издържане на изключително високи температури.

Мощността R13 трябва да отговаря на номинала на соларния панел. В (екстремен) сценарий, когато слънчев панел е свързан с изходно напрежение на празен ход 21 V, а също и ток на късо съединение 10 A, в такъв сценарий T2 и R13 започва да разсейва мощност, еквивалентна на напрежението разлика между батерията и слънчевия панел (около 7 V), умножена по тока на късо съединение (10 A), или просто 70 вата!

Това всъщност може да се случи, след като батерията е напълно заредена. По-голямата част от мощността се освобождава чрез R13, тъй като MOSFET предлага много ниско съпротивление. Стойността на MOSFET резистора R13 може бързо да бъде определена чрез следния закон на Ом:

R13 = P x I^две= 70 х 10^две= 0,7 Ома

Този вид екстремни изходи на слънчеви панели обаче може да изглежда необичайно. В прототипа на регулатора за слънчево зареждане е приложено съпротивление от 0,25 Ω / 40 W, състоящо се от четири паралелно прикрепени резистора от 1 Ω / 10 W. Необходимото охлаждане за T3 се изчислява по същия начин.

Ако приемем, че най-високият изходен ток е 10 A (което се сравнява с спад на напрежението от приблизително 2,5 V над кръстовището източник-източник), тогава трябва да се оцени максимално разсейване от около 27W.

За да се гарантира адекватно охлаждане на T3 дори при прекомерни фонови температури (например 50 ° C), радиаторът трябва да използва термично съпротивление от 3,5 K / W или по-малко.

Части T2, T3 и D7 са разположени от едната страна на печатната платка, което улеснява лесното им закрепване към един общ радиатор (с изолиращи компоненти).

По този начин разсейването на тези три полупроводника трябва да бъде включено и в този случай ние искаме радиатор с термични характеристики 1,5 K / W или по-висока. Описаният в списъка с части тип отговаря на тази предпоставка.

Как да настроите

За щастие, схемата за соларен регулатор на 100 Ah батерия е доста лесна за настройка. Задачата обаче изисква няколко (регулирани) захранвания .

Един от тях е настроен на изходно напрежение от 14,1 V и е свързан към проводниците на батерията (обозначени като „акумулатор“) на печатната платка. Второто захранване трябва да има ограничител на тока.

Това захранване се регулира спрямо напрежението на отворен кръг на соларния панел (например 21 V, както е посочено по-рано) и се свързва към пиковите клеми, обозначени като „клетки“.

Когато регулираме P1 правилно, напрежението трябва да намалее до 14,1 V. Моля, не се притеснявайте за това, тъй като ограничителят на тока и D7 гарантират, че абсолютно нищо не може да се обърка!

За ефективно регулиране на P2 трябва да работите с товар, който е малко по-висок от най-тежкия товар, който може да възникне на изхода. Ако искате да извлечете максимума от този дизайн, опитайте да изберете ток на натоварване от 10 А.

Това може да се постигне с помощта на натоварващ резистор от 1Ω x120 W, съставен например от 10 резистора от 10Ω / 10 W паралелно. Предварително зададената P2 в началото се завърта на 'Максимум (чистачка към R14).

След това натоварването е прикрепено към изводите, обозначени „товар“ на печатната платка. Бавно и предпазливо прецизирайте P2, докато достигнете нивото, при което T3 просто се изключва и отрязва товара. След отстраняването на товарните резистори, проводниците за 'натоварване' могат да бъдат късо съединени за кратко, за да се провери дали електронният предпазител функционира правилно.

Разпределения на печатни платки

Списък с части

Резистори:
RI = 1k
R2 = 120k
R3, R20 = 15k
R4, R15, R19 = 82k
R5 = 12k
R6 = 2.2k
R7, R14, R18, R21 = 100k
R8, R9 = 150k
R10 = 47k
R11 = 270k
R12, R16 = 1M
R13 = виж текста
R17 = 10k
P1 = 5k предварително зададени
P2 = 50k предварително зададени
Кондензатори:
Cl = 100nF
C2 = 2.2uF / 25V радиално
C3 = 10uF / 16V
Полупроводници:
D1, D2, D4 = 1N4148
D3,136 = LED червен
D5 = LM336Z-2.5
D7 = BYV32-50
T1 = BC547
T2, T3 = BUZ11
IC1 = TL074
Разни:
F1 = предпазител 10 A (T) с държач за монтиране на печатни платки
8 лопатни клеми за винтов монтаж
Радиатор 1.251VW