Solar Charge Controller til 100 Ah batteri

Denne omfattende solopladningsregulator er designet til effektivt at oplade et stort 12 V 100 Ah batteri med den største effektivitet. Solopladeren er næsten idiotsikker med hensyn til batteri over opladning, kortslutning eller over aktuelle forhold.

Hovedelementerne i dette 100 Ah solregulator kredsløb er naturligvis solcellepanelet og (12 V) batteriet. Batteriet her fungerer som en energilagringsenhed.

Lavspændings DC-lamper og lignende kan køres direkte fra batteriet, mens a strøm inverter kunne betjenes for at konvertere direkte batterispænding til 240 V AC.

Ikke desto mindre er alle disse applikationer generelt ikke emnet for dette indhold, som fokuserer på tilslutte et batteri med et solpanel . Det kan synes for fristende at forbinde et solpanel direkte med batteriet til opladning, men det anbefales aldrig. En passende ladestyring er afgørende for opladning af ethvert batteri fra et solpanel.

Den primære betydning af opladningsregulatoren er at reducere opladningsstrømmen i maksimalt sollys, når solpanelet anvender større mængder strøm ud over batteriets krævede niveau.

Dette bliver vigtigt, fordi opladning med høj strøm kan føre til kritisk skade på batteriet og muligvis mindske batteriets levetid.

Uden opladningsregulator er faren for overopladning af batteriet er normalt forestående, da det nuværende output fra et solpanel bestemmes direkte af bestrålingsniveauet fra solen eller mængden af ​​indfaldende sollys.

I det væsentlige finder du et par metoder til styring af ladestrømmen: igennem serie regulator eller en parallel regulator.

Et serieregulatorsystem er normalt i form af en transistor, der introduceres i serie mellem solpanelet og batteriet.

Den parallelle regulator er i form af en 'shunt' regulator monteret parallelt med solpanelet og batteriet. Det 100 Ah regulator forklaret i dette indlæg er faktisk en parallel type solregulator controller.

Nøglefunktionen i en shunt regulator er, at det ikke kræver store mængder strøm, før batteriet er fuldt opladet. Rent praktisk er dets eget aktuelle forbrug så mindre, at det ikke kan ignoreres.

En gang batteriet er fuldt opladet dog overføres den overskydende kraft til varme. Specifikt i større solpaneler kræver den høje temperatur en relativt enorm struktur af regulatoren.

Sammen med dens virkelige formål, en anstændig ladestyring giver desuden sikkerhed på mange måder sammen med en beskyttelse mod dyb afladning af batteriet, og elektronisk sikring og en pålidelig sikkerhed mod vending af polaritet for batteriet eller solpanelet.

Simpelthen fordi hele kredsløbet drives af batteriet gennem en forkert polaritetsbeskyttelsesdiode, D1, fortsætter solopladningsregulatoren med at fungere normalt, selv når solpanelet ikke leverer strøm.

Kredsløbet benytter den uregulerede batterispænding (krydset D2-R4) sammen med en ekstremt præcis referencespænding på 2,5 V. der genereres ved hjælp af zenerdiode D5.

Da opladningsregulatoren i sig selv fungerer perfekt med en strøm, der er lavere end 2 mA, er batteriet næsten ikke fyldt om natten, eller når himlen er overskyet.

Det minimale strømforbrug ved kredsløbet opnås ved hjælp af MOSFET'er af typen BUZ11, T2 og T3, hvis skifte er spændingsafhængig, hvilket gør det muligt for dem at fungere med praktisk talt nul driveffekt.

Den foreslåede solopladningskontrol til 100 Ah batteri overvåger batteriet spænding og regulerer ledningsniveauet for transistoren T1.

Jo større batterispænding, jo højere vil strømmen passere via T1. Som et resultat bliver spændingsfaldet omkring R19 højere.

Denne spænding på tværs af R19 bliver gate-switch spændingen for MOSFET T2, hvilket får MOSFET til at skifte hårdere og dropper dens afløb til kilde modstand.

På grund af dette belastes solpanelet tungere, hvilket spreder den overskydende strøm gennem R13 og T2.

Schottky-diode D7 beskytter batteriet mod utilsigtet vending af + og - terminalerne på solpanelet.

Denne diode stopper desuden strøm af strøm fra batteriet til solpanelet i tilfælde af, at panelspændingen falder under batterispændingen.

Sådan fungerer regulatoren

Kredsløbsdiagrammet til 100 Ah sol-opladningsregulator kan ses i figuren ovenfor.

De primære elementer i kredsløbet er et par 'tunge' MOSFET'er og en firdobbelt op-amp IC.

Funktionen af ​​denne IC kunne opdeles i 3 sektioner: spændingsregulatoren bygget omkring IC1a, batterioverladningsregulatoren konfigureret omkring IC1d og den elektroniske kortslutningsbeskyttelse kablet omkring IC1c.

IC1 fungerer som den vigtigste styrende komponent, mens T2 fungerer som en tilpasningsbar effektmodstand. T2 opfører sig sammen med R13 som en aktiv belastning ved solpanelets output. Regulatorens funktion er ret enkel.

En variabel del af batterispændingen påføres den ikke-inverterende indgang på styringsforstærker IC1a gennem spændingsdeleren R4-P1-R3. Som diskuteret tidligere påføres 2,5-V-referencespændingen på op-forstærkerens inverterende indgang.

Arbejdsproceduren for solreguleringen er ret lineær. IC1a kontrollerer batterispændingen, og så snart den når den fulde opladning, tænder den T1, T2 og forårsager en shunt af solspændingen via R13.

Dette sikrer, at batteriet ikke er overbelastet eller overopladet af solpanelet. Dele IC1b og D3 bruges til at indikere tilstanden 'batteriopladning'.

LED'en lyser, når batterispændingen når 13,1 V, og når batteriopladningsprocessen startes.

Sådan fungerer beskyttelsesstadierne

Opamp IC1d er indstillet som en komparator til at overvåge lavt batteri spændingsniveau og sikre beskyttelse mod dyb afladning og MOSFET T3.

Batterispændingen sænkes først proportionalt ned til omkring 1/4 af den nominelle værdi af resistiv skillevæg R8 / R10, hvorefter den sammenlignes med en referencespænding på 23 V opnået via D5. Sammenligningen udføres af IC1c.

De potentielle skillemodstande vælges på en sådan måde, at udgangen fra IC1d falder lavere, når batterispændingen falder til under en omtrentlig værdi på 9 V.

MOSFET T3 inhiberer og afskærer derefter jordforbindelsen over batteriet og belastningen. På grund af den hysterese, der genereres af R11-feedbackmodstanden, ændrer komparatoren ikke tilstand, før batterispændingen igen har nået 12 V.

Elektrolytkondensator C2 hæmmer dybdeafladningsbeskyttelsen fra at blive aktiveret af øjeblikkelige spændingsfald på grund af for eksempel tænding af en massiv belastning.

Kortslutningsbeskyttelsen, der er inkluderet i kredsløbet, fungerer som en elektronisk sikring. Når en kortslutning ved et uheld sker, afbryder den belastningen fra batteriet.

Det samme implementeres også gennem T3, som viser MOSFET T13's afgørende tvillingfunktion. Ikke kun fungerer MOSFET som en kortslutningsafbryder, dens afløb-til-kilde-krydsning spiller desuden sin rolle som en computermodstand.

Spændingsfaldet genereret over denne modstand skaleres ned af R12 / R18 og påføres derefter den inverterende indgang på komparator IC1c.

Også her anvendes den nøjagtige spænding leveret af D5 som reference. Så længe kortslutningsbeskyttelsen forbliver inaktiv, fortsætter IC1c med at give en 'høj' logisk output.

Denne handling blokerer D4-ledning, således at IC1d-udgangen udelukkende bestemmer T3-portpotentialet. Et gate spændingsområde på omkring 4 V til 6 V opnås ved hjælp af modstandsdeler R14 / R15, der gør det muligt at etablere et klart spændingsfald over T3's afløb til kilde-krydset.

Når belastningsstrømmen når sit højeste niveau, stiger spændingsfaldet hurtigt, indtil niveauet lige er tilstrækkeligt til at skifte IC1c. Dette får sit output til at blive logisk lavt.

På grund af dette aktiveres nu diode D4, så T3-porten kortsluttes til jorden. På grund af dette lukker MOSFET nu ned og stopper den aktuelle strøm. R / C-netværket R12 / C3 bestemmer reaktionstiden for den elektroniske sikring.

En relativt træg reaktionstid er indstillet for at undgå forkert aktivering af den elektroniske sikringsoperation på grund af lejlighedsvis øjeblikkelig høj strømstigning i belastningsstrømmen.

LED D6 er desuden anvendt som en 1,6 V-reference, hvilket sikrer, at C3 ikke er i stand til at oplade over dette spændingsniveau.

Når kortslutningen fjernes og belastningen løsnes fra batteriet, aflades C3 gradvist gennem LED'en (dette kan tage op til 7 sekunder). Da den elektroniske sikring er designet med en rimelig træg respons, betyder det ikke, at belastningsstrømmen får lov til at nå for høje niveauer.

Inden den elektroniske sikring kan aktiveres, beder T3-portens spænding MOSFET om at begrænse udgangsstrømmen til det punkt som bestemt ved indstilling af forudindstillet P2.

For at sikre intet forbrænding eller pommes frites, har kredsløbet desuden en standard sikring, F1, der er fastgjort i serie med batteriet og giver sikkerhed for, at en sandsynlig nedbrydning i kredsløbet ikke vil udløse en øjeblikkelig katastrofe.

Som et ultimativt defensivt skjold er D2 inkluderet i kredsløbet. Denne diode beskytter IC1a- og IC1b-indgangene mod skader på grund af utilsigtet omvendt batteriforbindelse.

Valg af solpanel

Beslutningen om et mest passende solpanel afhænger naturligvis af batteriets Ah-klassificering, som du agter at arbejde med.

Solopladningsregulatoren er grundlæggende designet til solpaneler med en moderat udgangsspænding på 15 til 18 volt og 10 til 40 watt. Disse slags paneler bliver typisk egnede til batterier med en nominel værdi mellem 36 og 100 Ah.

Da solopladningsregulatoren er specificeret til at tilvejebringe en optimal strømforbrug på 10 A, kan der alligevel anvendes solpaneler med en effekt på 150 watt.

Solar oplader regulator kredsløb kan også anvendes i vindmøller og med andre spændingskilder, forudsat at indgangsspændingen er i området 15-18 V.

Det meste af varmen spredes gennem den aktive belastning, T2 / R13. Det er overflødigt at sige, at MOSFET skal afkøles effektivt gennem en køleplade, og R13 bør klassificeres tilstrækkeligt til at modstå ekstremt høje temperaturer.

R13-watt skal være i overensstemmelse med solpanelets rating. I (ekstreme) scenarier, når et solpanel er tilsluttet med en ubelastet udgangsspænding på 21 V, og også en kortslutningsstrøm på 10 A, i et sådant scenario begynder T2 og R13 at sprede en effekt svarende til spændingen forskel mellem batteriet og solpanelet (ca. 7 V) ganget med kortslutningsstrømmen (10 A) eller simpelthen 70 watt!

Dette kan faktisk ske, når batteriet er fuldt opladet. Størstedelen af ​​strømmen frigives gennem R13, da MOSFET derefter tilbyder en meget lav modstand. Værdien af ​​MOSFET-modstanden R13 kunne hurtigt bestemmes gennem følgende Ohms lov:

R13 = P x I^to= 70 x 10^to= 0,7 ohm

Denne form for ekstrem solpaneludgang kan dog virke usædvanlig. I prototypen af ​​solopladningsregulatoren var der anvendt en modstand på 0,25 Ω / 40 W bestående af fire parallelt monterede modstande på 1 Ω / 10 W. Den nødvendige afkøling til T3 beregnes på samme måde.

Hvis vi antager, at den højeste udgangsstrøm er 10 A (der kan sammenlignes med et spændingsfald på ca. 2,5 V over afløbskildekrydsningen), skal en maksimal spredning på ca. 27 W evalueres.

For at garantere tilstrækkelig afkøling af T3 selv ved høje baggrundstemperaturer (f.eks. 50 ° C) skal kølelegemet bruge en termisk modstand på 3,5 K / W eller mindre.

Dele T2, T3 og D7 er anbragt på en bestemt side af printkortet, hvilket gør det let for dem at blive fastgjort til en enkelt fælles kølelegeme (med isoleringskomponenter).

Spredningen af ​​disse tre halvledere skal således medtages, og vi ønsker i så fald en kølelegeme med en termisk specifikation på 1,5 K / W eller højere. Den type, der er beskrevet i delelisten, overholder denne forudsætning.

Sådan opsættes

Heldigvis er det 100 Ah batteri solregulator kredsløb ret nemt at opsætte. Opgaven kræver ikke desto mindre et par (regulerede) strømforsyninger .

En af dem justeres til en udgangsspænding på 14,1 V og kobles til batterikablerne (betegnet 'accu') på printkortet. Den anden strømforsyning skal have en strømbegrænser.

Denne forsyning justeres til solpanelets åbne kredsløbsspænding (for eksempel 21 V, som i den tidligere angivne tilstand) og kobles til spadeterminalerne betegnet en 'celler'.

Når vi justerer P1 korrekt, skal spændingen falde til 14,1 V. Vær ikke bekymret over dette, da den nuværende begrænser og D7 garanterer, at absolut intet kan gå dårligt!

For en effektiv justering af P2 skal du arbejde med en belastning, der er lidt højere end den mest tunge belastning, der muligvis kan forekomme ved udgangen. Hvis du ønsker at udtrække det maksimale fra dette design, kan du prøve at vælge en belastningsstrøm på 10 A.

Dette kunne opnås ved hjælp af en belastningsmodstand på 1Ω x120 W, der for eksempel består af 10 modstande på 10Ω / 10 W parallelt. Forudindstillet P2 er i starten spundet til 'Maksimum (visker mod R14).

Derefter fastgøres belastningen til de ledninger, der er betegnet 'belastning' på printkortet. Finjuster P2 langsomt og forsigtigt, indtil du når det niveau, hvor T3 bare slukker og afskærer lasten. Efter fjernelse af belastningsmodstandene kan 'belastningsledningerne' kortsluttes kortvarigt for at teste, om den elektroniske sikring fungerer korrekt.

PCB-layout

Liste over dele

Modstande:
RI = 1k
R2 = 120k
R3, R20 = 15k
R4, R15, R19 = 82k
R5 = 12k
R6 = 2,2 k
R7, R14, R18, R21 = 100k
R8, R9 = 150k
R10 = 47k
R11 = 270k
R12, R16 = 1M
R13 = se tekst
R17 = 10k
P1 = 5k forudindstillet
P2 = 50k forudindstillet
Kondensatorer:
Cl = 100nF
C2 = 2,2uF / 25V radial
C3 = 10uF / 16V
Halvledere:
D1, D2, D4 = 1N4148
D3,136 = LED rød
D5 = LM336Z-2.5
D7 = BYV32-50
T1 = BC547
T2, T3 = BUZ11
IC1 = TL074
Diverse:
F1 = sikring 10 A (T) med PCB-holder
8 spadeterminaler til skruemontering
Kølelegeme 1.251VW