Controler de încărcare solar pentru baterie de 100 Ah

Acest controler de încărcare solar complet este conceput pentru a încărca în mod eficient o baterie mare de 12 V 100 Ah cu o eficiență maximă. Încărcătorul solar este practic infailibil în ceea ce privește supraîncărcarea bateriei, scurtcircuitul de sarcină sau condițiile curente.

Elementele cheie ale acestui circuit regulator solar de 100 Ah sunt, evident, panoul solar și bateria (12 V). Bateria de aici funcționează ca o unitate de stocare a energiei.

Lămpile de curent continuu de joasă tensiune și altele de acest gen ar putea fi conduse direct de la baterie, în timp ce a invertor de putere ar putea fi acționat pentru a converti tensiunea directă a bateriei în 240 V c.a.

Cu toate acestea, toate aceste aplicații nu sunt în general subiectul acestui conținut, pe care se concentrează conectând o baterie cu un panou solar . Poate părea prea tentant să conectați un panou solar direct la baterie pentru încărcare, dar acest lucru nu este niciodată recomandat. Un adecvat controler de încărcare este crucial pentru încărcarea oricărei baterii de pe un panou solar.

Importanța principală a controlerului de încărcare este de a reduce curentul de încărcare în timpul vârfului soarelui atunci când panoul solar are resurse mai mari de curent dincolo de nivelul necesar al bateriei.

Acest lucru devine important deoarece încărcarea cu curent ridicat poate duce la deteriorarea critică a bateriei și cu siguranță ar putea scădea speranța de viață a bateriei.

Fără controler de încărcare, pericolul de supraîncărcarea bateriei este de obicei iminent, deoarece puterea curentă a unui panou solar este direct determinată de nivelul de iradiere de la soare sau de cantitatea de lumină solară incidentă.

În esență, veți găsi câteva metode pentru guvernarea curentului de încărcare: prin regulator de serie sau un regulator paralel.

Un sistem de reglare în serie este de obicei sub forma unui tranzistor care este introdus în serie între panoul solar și baterie.

Regulatorul paralel este sub forma unui regulator de „șunt” atașat în paralel cu panoul solar și bateria. Regulator 100 Ah explicat în această postare este de fapt un regulator de regulator solar de tip paralel.

Caracteristica cheie a regulator de șunt este că nu necesită cantități mari de curent până când bateria nu este complet încărcată. Practic vorbind, propriul său consum curent este atât de mic încât poate fi ignorat.

Odata ce bateria este complet încărcată cu toate acestea, puterea în exces este disipată în căldură. Mai exact, în panourile solare mai mari, această temperatură ridicată necesită o structură relativ mare a regulatorului.

Împreună cu scopul său real, un decent controler de încărcare oferă în plus siguranță în multe moduri, împreună cu o protecție împotriva descărcării profunde a bateriei, și siguranță electronică și o siguranță fiabilă la inversarea polarității pentru baterie sau panoul solar.

Pur și simplu pentru că întregul circuit este condus de baterie printr-o diodă de protecție greșită a polarității, D1, regulatorul de încărcare solară continuă să funcționeze normal chiar și atunci când panoul solar nu furnizează curent.

Circuitul folosește tensiunea neregulată a bateriei (joncțiunea D2-R4) împreună cu o tensiune de referință extrem de precisă de 2,5 V. generată folosind dioda zener D5.

Deoarece regulatorul de încărcare funcționează singur cu un curent mai mic de 2 mA, bateria este abia încărcată în timpul nopții sau ori de câte ori cerul este înnorat.

Consumul minim de curent al circuitului este realizat prin utilizarea MOSFET-urilor de putere tip BUZ11, T2 și T3, a căror comutare depinde de tensiune, ceea ce le permite să funcționeze la o putere de acționare practic nulă.

Controlul propus al încărcării solare pentru bateria de 100 Ah monitorizează bateria tensiune și reglează nivelul de conducere al tranzistorului T1.

Cu cât tensiunea bateriei este mai mare, cu atât va fi mai mare curentul care trece prin T1. Ca urmare, căderea de tensiune în jurul R19 devine mai mare.

Această tensiune de-a lungul R19 devine tensiunea de comutare a porții pentru MOSFET T2, ceea ce determină comutarea mai puternică a MOSFET-ului, renunțând la rezistența de scurgere la sursă.

Datorită acestui fapt, panoul solar se încarcă mai mult, ceea ce disipează excesul de curent prin R13 și T2.

Dioda Schottky D7 protejează bateria de inversarea accidentală a bornelor + și - ale panoului solar.

Această diodă oprește în plus fluxul de curent de la baterie în panoul solar în cazul în care tensiunea panoului scade sub tensiunea bateriei.

Cum funcționează regulatorul

Diagrama circuitului regulatorului de 100 Ah al încărcătorului solar poate fi văzută în figura de mai sus.

Elementele primare ale circuitului sunt câteva MOSFET-uri „grele” și un IC de patru ori op amplificator.

Funcția acestui IC, ar putea fi împărțită în 3 secțiuni: regulatorul de tensiune construit în jurul IC1a, regulatorul de supra-descărcare a bateriei configurat în jurul IC1d și electronicul protecție la scurtcircuit conectat în jurul IC1c.

IC1 funcționează ca principala componentă de control, în timp ce T2 funcționează ca un rezistor de putere adaptabil. T2 împreună cu R13 se comportă ca o sarcină activă la ieșirea panoului solar. Funcționarea regulatorului este destul de simplă.

O porțiune variabilă a tensiunii bateriei este aplicată intrării neinversibile a amplificatorului de control IC1a prin divizorul de tensiune R4-P1-R3. După cum sa discutat mai devreme, tensiunea de referință de 2,5 V este aplicată intrării inversoare a amplificatorului op.

Procedura de lucru a reglării solare este destul de liniară. IC1a verifică tensiunea bateriei și, de îndată ce atinge încărcarea completă, pornește T1, T2, provocând o manevrare a tensiunii solare prin R13.

Acest lucru asigură faptul că bateria nu este supraîncărcată sau supraîncărcată de panoul solar. Părțile IC1b și D3 sunt utilizate pentru a indica starea „încărcării bateriei”.

LED-ul se aprinde atunci când tensiunea bateriei ajunge la 13,1V și când este inițiat procesul de încărcare a bateriei.

Cum funcționează etapele de protecție

Opamp IC1d este configurat ca un comparator pentru a monitoriza baterie descărcată nivelul de tensiune și asigură protecția împotriva descărcărilor profunde și MOSFET T3.

Tensiunea bateriei este redusă proporțional la aproximativ 1/4 din valoarea nominală de către divizorul rezistiv R8 / R10, după care este comparată cu o tensiune de referință de 23 V obținută prin D5. Comparația este realizată de IC1c.

Rezistențele divizoare potențiale sunt selectate în așa fel încât ieșirea IC1d să scadă odată ce tensiunea bateriei scade sub o valoare aproximativă de 9 V.

MOSFET T3 inhibă și întrerupe ulterior legătura de masă de pe baterie și din sarcină. Datorită histerezisului generat de rezistorul de feedback R11, comparatorul nu schimbă starea până când tensiunea bateriei nu a atins din nou 12 V.

Condensatorul electrolitic C2 inhibă protecția împotriva descărcării profunde de a fi activat de căderile instantanee de tensiune datorate, de exemplu, pornirii unei sarcini masive.

Protecția la scurtcircuit inclusă în circuit funcționează ca o siguranță electronică. Când se întâmplă accidental un scurtcircuit, acesta întrerupe sarcina bateriei.

Același lucru este implementat și prin T3, care arată funcția dublă crucială a MOSFET T13. Nu numai că MOSFET funcționează ca un întrerupător de scurtcircuit, joncțiunea sa de scurgere la sursă joacă în plus rolul său ca un rezistor de calcul.

Căderea de tensiune generată pe acest rezistor este redusă cu R12 / R18 și aplicată ulterior intrării inversoare a comparatorului IC1c.

Și aici se folosește ca referință tensiunea precisă furnizată de D5. Atâta timp cât protecția împotriva scurtcircuitului rămâne inactivă, IC1c continuă să ofere o ieșire logică „ridicată”.

Această acțiune blochează conducerea D4, astfel încât ieșirea IC1d decide exclusiv potențialul porții T3. O gamă de tensiune a porții de aproximativ 4 V la 6 V este atinsă cu ajutorul separatorului rezistiv R14 / R15, permițând stabilirea unei căderi clare de tensiune peste joncțiunea de scurgere la sursă a T3.

Odată ce curentul de încărcare ajunge la cel mai înalt nivel, căderea de tensiune crește rapid până când nivelul este suficient pentru a comuta IC1c. Acest lucru face ca ieșirea sa să devină logică scăzută.

Datorită acestui fapt, acum dioda D4 se activează, permițând ca poarta T3 să fie scurtcircuitată la masă. Datorită acestui fapt, MOSFET se oprește, oprind fluxul curent. Rețeaua R / C R12 / C3 decide timpul de reacție al siguranței electronice.

Un timp de reacție relativ lent este setat pentru a evita activarea incorectă a funcționării siguranței electronice din cauza creșterii ocazionale a curentului momentan ridicat în curentul de sarcină.

În plus, LED-ul D6 este utilizat ca referință de 1,6 V, asigurându-se că C3 nu este capabil să se încarce peste acest nivel de tensiune.

Când scurtcircuitul este îndepărtat și sarcina se desprinde din baterie, C3 este descărcat treptat prin LED (acest lucru poate dura până la 7 secunde). Deoarece siguranța electronică este proiectată cu un răspuns destul de lent, nu înseamnă că curentul de încărcare va fi permis să atingă niveluri excesive.

Înainte ca siguranța electronică să poată fi activată, tensiunea porții T3 solicită MOSFET-ului să restricționeze curentul de ieșire la punctul determinat prin setarea presetată P2.

Pentru a se asigura că nimic nu arde sau se prăjește, circuitul are în plus o siguranță standard, F1, care este atașată în serie cu bateria și oferă asigurarea că o defecțiune probabilă a circuitului nu ar declanșa o catastrofă imediată.

Ca un scut defensiv suprem, D2 a fost inclus în circuit. Această diodă protejează intrările IC1a și IC1b împotriva deteriorării, din cauza unei conexiuni accidentale a bateriei inversate.

Selectarea panoului solar

Decizia asupra unui panou solar cel mai potrivit depinde, în mod firesc, de clasificarea Ah a bateriei cu care intenționați să lucrați.

Regulatorul de încărcare solară este conceput practic pentru panourile solare cu o tensiune de ieșire moderată de 15 la 18 volți și 10 la 40 de wați. Aceste tipuri de panouri devin de obicei potrivite pentru baterii cu o valoare cuprinsă între 36 și 100 Ah.

Cu toate acestea, deoarece regulatorul de încărcare solară este specificat pentru a oferi un consum optim de curent de 10 A, panourile solare cu o putere de 150 wați pot fi bine aplicate.

Circuitul regulatorului încărcătorului solar poate fi de asemenea aplicat în morile de vânt și cu alte surse de tensiune, cu condiția ca tensiunea de intrare să fie în intervalul 15-18 V.

Cea mai mare parte a căldurii este disipată prin sarcina activă, T2 / R13. Inutil să spun că MOSFET ar trebui răcit eficient printr-un radiator, iar R13 ar trebui să fie evaluat în mod adecvat pentru a rezista la temperaturi extrem de ridicate.

Puterea R13 trebuie să fie în conformitate cu ratingul panoului solar. În scenariul (extrem) când un panou solar este conectat cu o tensiune de ieșire fără sarcină de 21 V și, de asemenea, un curent de scurtcircuit de 10 A, într-un astfel de scenariu T2 și R13 încep să disipeze o putere echivalentă cu tensiunea diferența dintre baterie și panoul solar (în jur de 7 V) înmulțită cu curentul de scurtcircuit (10 A) sau pur și simplu 70 de wați!

Acest lucru se poate întâmpla de fapt după ce bateria este complet încărcată. Majoritatea puterii este eliberată prin R13, deoarece MOSFET oferă atunci o rezistență foarte scăzută. Valoarea rezistorului MOSFET R13 poate fi determinată rapid prin următoarea lege a lui Ohm:

R13 = P x I^Două= 70 x 10^Două= 0,7 Ohmi

Totuși, acest tip de ieșire extremă a panoului solar ar putea părea neobișnuit. În prototipul regulatorului de încărcare solară, a fost aplicată o rezistență de 0,25 Ω / 40 W formată din patru rezistențe atașate în paralel de 1Ω / 10 W. Răcirea necesară pentru T3 este calculată în același mod.

Presupunând că cel mai mare curent de ieșire este de 10 A (care se compară cu o cădere de tensiune de aproximativ 2,5 V peste joncțiunea sursă de scurgere), atunci trebuie evaluată o disipare maximă de aproximativ 27W.

Pentru a garanta o răcire adecvată a T3 chiar și la temperaturi de fond excesive (de exemplu, 50 ° C), radiatorul trebuie să utilizeze o rezistență termică de 3,5 K / W sau mai mică.

Părțile T2, T3 și D7 sunt aranjate pe o parte anume a PCB-ului, facilitându-le să fie atașate cu ușurință la un singur radiator comun (cu componente de izolare).

Disiparea acestor trei semiconductori trebuie, așadar, inclusă și, în acest caz, dorim un radiator cu specificații termice de 1,5 K / W sau mai mare. Tipul descris în lista pieselor respectă această condiție prealabilă.

Cum se configurează

Din fericire, circuitul regulatorului de baterie de 100 Ah este destul de ușor de configurat. Cu toate acestea, sarcina necesită câteva surse de alimentare (reglementate) .

Unul dintre ele este reglat la o tensiune de ieșire de 14,1 V și este cuplat la cablurile bateriei (denumite „accu”) de pe PCB. A doua sursă de alimentare trebuie să aibă un limitator de curent.

Această sursă este ajustată la tensiunea în circuit deschis a panoului solar, (de exemplu 21 V, ca în starea anterioară menționată anterior) și este cuplată la bornele spade desemnate ca „celule”.

Când ajustăm P1 este corect, tensiunea ar trebui să scadă la 14,1 V. Vă rugăm să nu vă faceți griji în legătură cu acest lucru, deoarece limitatorul de curent și D7 garantează că absolut nimic nu poate merge rău!

Pentru o reglare eficientă a P2, trebuie să lucrați cu o sarcină puțin mai mare decât cea mai grea sarcină care poate apărea la ieșire. Dacă doriți să extrageți maximul din acest design, încercați să alegeți un curent de încărcare de 10 A.

Acest lucru ar putea fi realizat folosind un rezistor de sarcină de 1Ω x120 W, alcătuit, de exemplu, din 10 rezistențe de 10Ω / 10 W în paralel. Presetarea P2 este rotită la început la „Maxim (ștergător spre R14).

După aceea, sarcina este atașată la cablurile denumite „sarcină” de pe PCB. Reglați încet și cu precauție P2 până atingeți nivelul în care T3 tocmai se oprește și întrerupe sarcina. După îndepărtarea rezistențelor de sarcină, cablurile de „sarcină” pot fi scurtcircuitate momentan pentru a testa dacă siguranța electronică funcționează corect.

Aspecte PCB

Lista de componente

Rezistențe:
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 = vezi text
R17 = 10k
P1 = 5k presetat
P2 = 50k presetat
Condensatoare:
Cl = 100nF
C2 = 2.2uF / 25V radial
C3 = 10uF / 16V
Semiconductori:
D1, D2, D4 = 1N4148
D3,136 = LED roșu
D5 = LM336Z-2.5
D7 = BYV32-50
T1 = BC547
T2, T3 = BUZ11
IC1 = TL074
Diverse:
F1 = siguranță 10 A (T) cu suport de montare PCB
8 terminale de pică pentru montarea cu șurub
Radiator 1.251VW