Solar Charge Controller for 100 Ah batteri

Denne omfattende ladekontrolleren er designet for effektivt å lade et stort 12 V 100 Ah batteri med maksimal effektivitet. Solladeren er praktisk talt idiotsikker når det gjelder batteri over lading, kortslutning eller over gjeldende forhold.

Hovedelementene i denne 100 Ah solregulatorkretsen er åpenbart solcellepanelet og (12 V) batteriet. Batteriet her fungerer som en energilagringsenhet.

Lavspennings DC-lamper og sånt kan kjøres rett fra batteriet, mens en strømomformer kunne betjenes for å konvertere direkte batterispenning til 240 V AC.

Likevel er alle disse applikasjonene generelt ikke temaet for dette innholdet, som fokuserer på koble et batteri med et solcellepanel . Det kan virke for fristende å koble et solcellepanel direkte til batteriet for lading, men det anbefales aldri. En passende ladekontroller er avgjørende for å lade batterier fra et solcellepanel.

Den primære viktigheten av ladekontrolleren er å redusere ladestrømmen i topp sollys når solcellepanelet bruker større mengder strøm utover det nødvendige nivået på batteriet.

Dette blir viktig fordi lading med høy strøm kan føre til kritisk skade på batteriet, og kan sikkert redusere batteriets levetid.

Uten ladestyring, faren for overladning av batteriet er vanligvis overhengende, siden strømmen til et solcellepanel bestemmes direkte av nivået på bestråling fra solen, eller mengden innfallende sollys.

I hovedsak finner du et par metoder for å styre ladestrømmen: gjennom serie regulator eller en parallell regulator.

Et serieregulatorsystem er vanligvis i form av en transistor som blir introdusert i serie mellom solcellepanelet og batteriet.

Parallellregulatoren er i form av en 'shunt' regulator festet parallelt med solcellepanelet og batteriet. De 100 Ah regulator forklart i dette innlegget er faktisk en parallell solcelle regulator kontroller.

Nøkkelfunksjonen til en shuntregulator er at det ikke krever store mengder strøm før batteriet er fulladet. Rent praktisk er dets eget nåværende forbruk så mindre at det ikke kan ignoreres.

Først når batteriet er fulladet imidlertid blir overflødig kraft spredt til varme. Spesielt i større solcellepaneler krever den høye temperaturen en relativt stor struktur av regulatoren.

Sammen med sin virkelige hensikt, en anstendig ladekontroller gir i tillegg sikkerhet på mange måter, sammen med en beskyttelse mot dyp utlading av batteriet, og elektronisk sikring og en pålitelig sikkerhet mot polaritets reversering for batteriet eller solcellepanelet.

Rett og slett fordi hele kretsen drives av batteriet gjennom en feil polaritetsbeskyttelsesdiode, D1, fortsetter solenergiladningsregulatoren å fungere normalt, selv når solcellepanelet ikke leverer strøm.

Kretsen bruker den uregulerte batterispenningen (kryss D2-R4) sammen med en ekstremt presis referansespenning på 2,5 V. som genereres ved hjelp av zenerdiode D5.

Siden ladestyringen i seg selv fungerer perfekt med en strøm som er lavere enn 2 mA, er batteriet knapt ladet om natten, eller når himmelen er overskyet.

Det minimale strømforbruket av kretsen oppnås ved å bruke strøm-MOSFET-er type BUZ11, T2 og T3, hvis svitsjing er spenningsavhengig, dette gjør at de kan fungere med praktisk talt null drivkraft.

Den foreslåtte solladningskontrollen for 100 Ah batteri overvåker batteriet spenning og regulerer ledningsnivået til transistoren T1.

Jo større batterispenningen er, desto høyere vil strømmen passere via T1. Som et resultat blir spenningsfallet rundt R19 høyere.

Denne spenningen over R19 blir portbryterspenningen for MOSFET T2, noe som får MOSFET til å bytte hardere og slippe motstanden mot avløp og kilde.

På grunn av dette blir solcellepanelet belastet tyngre, noe som sprer overflødig strøm gjennom R13 og T2.

Schottky-dioden D7 beskytter batteriet mot utilsiktet reversering av + og - terminalene på solcellepanelet.

I tillegg stopper denne dioden strøm fra batteriet til solcellepanelet i tilfelle panelspenningen faller under batterispenningen.

Hvordan regulatoren fungerer

Kretsskjemaet til 100 Ah solcelle-regulator kan sees i figuren ovenfor.

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

Funksjonen til denne IC, kan deles inn i 3 seksjoner: spenningsregulatoren bygget rundt IC1a, batterioverladningskontrolleren konfigurert rundt IC1d og den elektroniske kortslutningsbeskyttelse kablet rundt IC1c.

IC1 fungerer som den viktigste kontrollerende komponenten, mens T2 fungerer som en tilpasningsdyktig motstand. T2 oppfører seg sammen med R13 som en aktiv belastning ved utgangen fra solcellepanelet. Regulatorens funksjon er ganske enkel.

En variabel del av batterispenningen påføres den ikke-inverterende inngangen til styringsop-amp IC1a gjennom spenningsdeleren R4-P1-R3. Som diskutert tidligere, blir 2,5-V referansespenningen påført den inverterende inngangen til op-forsterkeren.

Arbeidsprosedyren for solreguleringen er ganske lineær. IC1a sjekker batterispenningen, og så snart den når fulladet slår den seg på T1, T2, og forårsaker en shunting av solspenningen via R13.

Dette sikrer at batteriet ikke er overbelastet eller overoppladet av solcellepanelet. Delene IC1b og D3 brukes til å indikere tilstanden for batterilading.

LED-lampen lyser når batterispenningen når 13,1 V, og når batteriladingsprosessen startes.

Hvordan beskyttelsesstadiene fungerer

Opamp IC1d er satt opp som en komparator for å overvåke lavt batteri spenningsnivå, og sikre beskyttelse mot dyp utladning, og MOSFET T3.

Batterispenningen faller aller første proporsjonalt ned til rundt 1/4 av nominell verdi av resistiv skillelinje R8 / R10, hvoretter den sammenlignes med en referansespenning på 23 V oppnådd via D5. Sammenligningen utføres av IC1c.

De potensielle skillemotstandene er valgt på en slik måte at utgangen fra IC1d faller ned når batterispenningen faller under en omtrentlig verdi på 9 V.

MOSFET T3 hemmer og kutter deretter jordforbindelsen over batteriet og lasten. På grunn av hysteresen generert av R11 tilbakemeldingsmotstanden, endrer ikke komparatoren tilstand før batterispenningen har nådd 12 V igjen.

Elektrolytkondensator C2 hindrer dyputladningsbeskyttelsen fra å bli aktivert av øyeblikkelige spenningsfall på grunn av for eksempel innkobling av en massiv belastning.

Kortslutningsbeskyttelsen som inngår i kretsen fungerer som en elektronisk sikring. Når en kortslutning ved et uhell skjer, kutter den belastningen fra batteriet.

Det samme implementeres også gjennom T3, som viser den avgjørende tvillingfunksjonen til MOSFET T13. Ikke bare fungerer MOSFET som en kortslutningsbryter, dens avløp-til-kildekryss spiller i tillegg sin rolle som en datamotstand.

Spenningsfallet generert over denne motstanden skaleres ned med R12 / R18 og påføres deretter den inverterende inngangen til komparator IC1c.

Også her brukes den nøyaktige spenningen fra D5 som referanse. Så lenge kortslutningsbeskyttelsen forblir inaktiv, fortsetter IC1c å gi en 'høy' logisk utgang.

Denne handlingen blokkerer D4-ledning, slik at IC1d-utgangen bare bestemmer T3-portpotensialet. Et portspenningsområde på rundt 4 V til 6 V oppnås ved hjelp av motstandsdeler R14 / R15, slik at et klart spenningsfall kan etableres over avløp-til-kilde-krysset til T3.

Når laststrømmen når sitt høyeste nivå, stiger spenningsfallet raskt til nivået er tilstrekkelig til å veksle IC1c. Dette fører nå til at produksjonen blir logisk lav.

På grunn av dette aktiveres nå diode D4, slik at T3-porten kan kortsluttes til bakken. På grunn av dette slås MOSFET nå av og stopper strømmen. R / C-nettverket R12 / C3 bestemmer reaksjonstiden til den elektroniske sikringen.

En relativt svak reaksjonstid er innstilt for å unngå feil aktivering av den elektroniske sikringsoperasjonen på grunn av sporadisk øyeblikkelig høy strømøkning i laststrømmen.

I tillegg brukes LED D6 som en 1,6 V-referanse, og sørger for at C3 ikke er i stand til å lade over dette spenningsnivået.

Når kortslutningen fjernes og lasten løsnes fra batteriet, blir C3 gradvis utladet gjennom LED-en (dette kan ta opptil 7 sekunder). Siden den elektroniske sikringen er designet med en svak respons, betyr ikke det at laststrømmen får lov til å nå for høye nivåer.

Før den elektroniske sikringen kan aktiveres, ber T3-portens spenning MOSFET om å begrense utgangsstrømmen til punktet som bestemt gjennom innstillingen av forhåndsinnstilt P2.

For å sikre at ingenting brenner eller frites, har kretsen i tillegg en standard sikring, F1, som er festet i serie med batteriet, og gir forsikring om at en sannsynlig sammenbrudd i kretsen ikke vil utløse en øyeblikkelig katastrofe.

Som et ultimate forsvarsskjold, har D2 blitt inkludert i kretsen. Denne dioden beskytter IC1a- og IC1b-inngangene mot skader på grunn av en utilsiktet tilkobling av omvendt batteri.

Velge solcellepanel

Å bestemme seg for et mest passende solcellepanel er naturligvis avhengig av batteriets Ah-vurdering som du har tenkt å jobbe med.

Sol-ladningsregulatoren er i utgangspunktet designet for solcellepaneler med en moderat utgangsspenning på 15 til 18 volt og 10 til 40 watt. Disse typene paneler blir vanligvis egnet for batterier med en nominell verdi på mellom 36 og 100 Ah.

Likevel, siden solladningsregulatoren er spesifisert for å gi en optimal strømforbruk på 10 A, kan solcellepaneler med en effekt på 150 watt godt brukes.

Solar Charger Regulator Circuit kan også brukes i vindmøller og med andre spenningskilder, forutsatt at inngangsspenningen er i området 15-18 V.

Det meste av varmen ledes gjennom den aktive belastningen, T2 / R13. Det er unødvendig å si at MOSFET bør kjøles effektivt gjennom en kjøleribbe, og R13 bør klassifiseres tilstrekkelig for å motstå ekstremt høye temperaturer.

R13 watt må være i samsvar med klassifiseringen til solcellepanelet. I det (ekstreme) scenariet når et solcellepanel er koblet til en ubelastet utgangsspenning på 21 V, og også en kortslutningsstrøm på 10 A, begynner T2 og R13 i et slikt scenario å spre en effekt som tilsvarer spenningen forskjellen mellom batteriet og solcellepanelet (rundt 7 V) multiplisert med kortslutningsstrømmen (10 A), eller bare 70 watt!

Dette kan faktisk oppstå når batteriet er fulladet. Størstedelen av kraften frigjøres gjennom R13, siden MOSFET da gir en veldig lav motstand. Verdien av MOSFET-motstanden R13 kunne raskt bestemmes gjennom følgende Ohms lov:

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

Denne typen ekstreme solcellepanelutgang kan imidlertid virke uvanlig. I prototypen til solladningsregulatoren var det påført en motstand på 0,25 Ω / 40 W bestående av fire parallelltilkoblede motstander på 1Ω / 10 W. Den nødvendige kjøling for T3 beregnes på samme måte.

Anta at den høyeste utgangsstrømmen er 10 A (som kan sammenlignes med et spenningsfall på omtrent 2,5 V over avløpskildekrysset), så må en maksimal spredning på ca. 27 W vurderes.

For å garantere tilstrekkelig kjøling av T3 selv ved høye bakgrunns temperaturer (f.eks. 50 ° C), må kjøleplaten bruke en termisk motstand på 3,5 K / W eller mindre.

Delene T2, T3 og D7 er anordnet på en bestemt side av kretskortet, slik at de lett kan festes til en enkelt felles kjøleribbe (med isolasjonskomponenter).

Spredningen av disse tre halvlederne må altså inkluderes, og vi vil i så fall ha en kjøleribbe som har en termisk spesifikasjon på 1,5 K / W eller høyere. Typen beskrevet i delelisten oppfyller denne forutsetningen.

Hvordan sette opp

Heldigvis er 100 Ah batteriregulatorregulatoren ganske enkel å sette opp. Oppgaven krever likevel et par (regulerte) strømforsyninger .

En av dem er justert til en utgangsspenning på 14,1 V, og koblet til batterikablene (betegnet 'accu') på kretskortet. Den andre strømforsyningen må ha en strømbegrenser.

Denne forsyningen justeres til solcellepanelets åpne kretsspenning, (for eksempel 21 V, som i den tidligere oppgitte tilstanden), og kobles til spadeterminalene betegnet som 'celler'.

Når vi justerer P1 på riktig måte, bør spenningen reduseres til 14,1 V. Vær ikke bekymret for dette, siden den nåværende begrenseren og D7 garanterer at absolutt ingenting kan gå dårlig!

For en effektiv justering av P2 må du jobbe med en belastning som er litt høyere enn den mest tunge lasten som muligens kan oppstå ved utgangen. Hvis du ønsker å trekke ut maksimalt fra dette designet, kan du prøve å velge en belastningsstrøm på 10 A.

Dette kan oppnås ved hjelp av en lastmotstand på 1Ω x120 W, bestående av for eksempel 10 motstander på 10Ω / 10 W parallelt. Forhåndsinnstilt P2 ble i begynnelsen spunnet til 'Maksimum (visker mot R14).

Etter det er lasten festet til ledningene som er betegnet som 'belastning' på kretskortet. Finjuster P2 sakte og forsiktig til du når nivået der T3 bare slår av og kutter lasten. Etter at lastmotstandene er fjernet, kan belastningsledningene kortsluttes kortvarig for å teste at den elektroniske sikringen fungerer som den skal.

PCB-oppsett

Deleliste

Motstander:
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 = se tekst
R17 = 10k
P1 = 5k forhåndsinnstilt
P2 = 50k forhåndsinnstilt
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 for skruemontering
Varmeavleder 1.251VW