Встает вопрос об утилизации лишней энергии, когда аккумулятор полностью заряжен, а ветрогенератор или панель продолжают вырабатывать энергию. Это чревато довольно негативными последствиями как для аккумулятора, так и для самих источников энергии - перезаряд приводит к разрушению пластин АКБ, а ветроколесо начинает набирать неконтролируемые обороты и может пойти в разнос.
Справится с этим нам поможет изготовление несложного, но довольно надежного универсального , подходящего для заряда батарей как от солнечных элементов,так и от ветрогенератора. Первоначальная схема агрегата была разработанна Майклом Дэвисом (Michael Davis).
Сигнал приходящий с выпрямителя ветрогенератора или солнечной панели коммутируется при помощи реле, управляеммым пороговой схемой с полевым транзисторным ключом. Пороги переключения режимов регулируются посредством подстроечных резисторов. В качестве нагрузки для утилизации энергии при полном заряде аккумулятора автор использовал 8 резисторов (тэнов) сопротивлением 4 Ома с мощностью рассеивания 50Вт. Готовое изделие было оформлено в пластиковый корпус.
Я специально не заострял вашего внимания на описании мелочей из данного проекта, так как вскоре автор пошел по пути усовершенствования и упрощения конструкции своего детища. Модернизированную и упрощенную конструкцию контроллера и предлагаю рассмотреть подробнее. Как видно из принципиальной эл.схемы, принцип действия прибора нисколько не изменился.
Упростилась сама схема - вместо микросхем ОУ и логической, автор применил самую распространенную микросхему таймера NE555P. Подробнее остановимся и на выборе деталей для проекта.
В качестве стабилизатора напряжения питания самой схемы используется широко распространенный интегральный стабилизатор 7805 (К142ЕН5А). Транзистор Q1 может быть заменен на NTE123, 2N3904 или любой другой биполярный NPN структуры с подходящими параметрами. То же касается и полевого транзистора IRF540 - его меняем на любой подходящий по параметрам. Подстроечные резисторы лучше взять многооборотные. Подойдут любые с интервалом подстройки от 0 до 100К (но все же при 10К резисторах подстройка выйдет гораздо точнее, что немаловажно при установке режимов заряда гелевой батареи).
В качестве коммутатора используется автомобильное реле на 12В с возможностью коммутации токов в 30-40А. Конденсаторы обвязки стабилизатора можно поставить любые - от керамических до пленочных, хотя я, как перестраховщик, ставил бы пленку. Светодиоды в контроллер заряда можно подобрать любые разного цвета свечения - LED1 индуцирует режим ""сброса"" энергии на нагрузку, а LED2 - режим заряда аккумулятора. Кнопки PB1 и PB2 любые надежные, без фиксации, служат для переключения схемы ""вручную"" при наладке (замере напряжения в контрольных точках TP1 и TP2). При первичной регулировке схемы, напряжение в контрольной точке TP1 выставляют равным 1.667В, а в контрольной точке TP2 - 3,333В. Все цепи питания устройства желательно снабдить предохранителями на соответствующие токи.
Однако один его предприимчивый соратник (Jason Markham) развел печатную плату для контроллера и успешно стал продавать через Интернет набор для самостоятельного изготовления (38долларов) и готовое изделие (54,95 долларов).
Ничего не попишешь - Америка, хотя наш самодельщик за такую сумму соберет с десяток таких контроллеров заряда батарей.
Испытания контроллера, проводимые долгое время как с ветроэнергоустановкой так и с солнечной панелью, показали высокую его надежность.
Напоследок одно небольшое замечание: включение контроллера в систему производить только после подключения аккумулятора к его контактам, в противном случае устройство может неправильно работать или выйти из строя. Автор статьи: Электродыч.
Принцип работы контроллеров для заряда солнечных батарей, устройство, что учитывать при выборе
В современных солнечных электростанциях для передачи выработанной электроэнергии рабочим аккумуляторам применяются разные схемы подключения источников тока. Они используют не одинаковые алгоритмы, созданы на основе микропроцессорных технологий, называются контроллерами.
Как работают контроллеры заряда солнечных батарей
Электроэнергия, вырабатываемая солнечной батареей, может передаваться накопительным аккумуляторным батареям:
2. через контроллер.
При первом способе электрический ток от источника пойдет к аккумуляторам и станет увеличивать напряжение на их клеммах. Вначале оно дойдет до определенного, предельного значения, зависящего от конструкции (типа) аккумуляторной батареи и окружающей температуры. Затем преодолеет рекомендуемый уровень.
На начальном этапе заряда схема работает нормально. А вот дальше начинаются крайне нежелательные процессы: продолжающееся поступление зарядного тока вызывает повышение напряжения сверх допустимых значений (порядка 14 В), возникает перезаряд с резким возрастанием температуры электролита, приводящей к его закипанию с интенсивным выбросом паров дистиллированной воды из элементов. Иногда вплоть до полного высыхания емкостей. Естественно, что ресурс аккумуляторной батареи резко снижается.
Поэтому задачу ограничения зарядного тока решают контроллерами или вручную. Последний способ: постоянно контролировать по приборам величину напряжения и коммутировать переключатели руками такой неблагодарный, что существует только в теории.
Алгоритмы работы контроллеров заряда солнечных батарей
По сложности способа ограничения предельного напряжения приборы изготавливают по принципам:
1. Откл/Вкл (или On/Off), когда схема просто коммутирует аккумуляторы к зарядному устройству по величине напряжения на клеммах,
2. широтно-импульсных (ШИМ) преобразований,
3. сканирования точки максимальной мощности.
Принцип №1: Схема Откл/Вкл
Это наиболее простой, но самый ненадежный метод. Его главный недостаток в том, что при возрастании напряжения на клеммах аккумумляторной батареи до предельного значения полного заряда емкости не происходит. Она доходит в этом случае примерно до 90% номинального значения.
У аккумуляторов постоянно происходит регулярный недобор энергии, который значительно снижает срок их эксплуатации.
Принцип №2: Схема ШИМ контроллеров
Сокращенное обозначение этих устройств на английском языке: PWM. Они выпускаются на основе конструкций микросхем. Их задачей является управление силовым блоком для регулирования напряжения на его входе в заданном диапазоне с помощью сигналов обратной связи.
PWM контроллеры дополнительно могут:
учитывать температуру электролита встроенным либо выносным датчиком (последний способ точнее),
создавать температурные компенсации зарядным напряжениям,
настраиваться под определенный тип аккумуляторов (GEL, AGM, жидко-кислотные) с разными показателями графиков напряжений в одинаковых точках.
Увеличение функций PWM контроллеров повышает их стоимость и надежность работы.
Принцип №3: сканирование точки максимальной мощности
Такие устройства обозначают английскими буквами MPPT. Они тоже работают по способу широтно-импульсных преобразователей, но предельно точны потому, что учитывают наибольшую величину мощности, которую способны отдать солнечные батареи. Это значение всегда точно определяется и вносится в документацию.
Например, для гелиобатарей 12 В точка отдачи максимальной мощности составляет порядка 17,5 В. Обыкновенный PWM контроллер прекратит заряд аккумумляторной батареи при достижении напряжения 14 - 14,5 В, а работающий по технологии MPPT — позволит дополнительно использовать ресурс солнечных батарей до 17,5 В.
С увеличением глубины разряда аккумуляторов возрастают потери энергии от источника. МРРТ контроллеры уменьшают их.
Характер отслеживания напряжения, соответствующего отдаче максимальной мощности солнечной батареи в 80 ватт, демонстрируется усредненным графиком.
Таким способом МРРТ контроллеры, используя широтно-импульсные преобразования во всех циклах заряда аккумуляторов, увеличивают отдачу солнечной батареи. В зависимости от разных факторов экономия может составлять 10 - 30%. При этом ток выхода из аккумулятора будет превышать ток входа в него из солнечной батареи.
Основные параметры контроллеров заряда солнечных батарей
При выборе контроллера для солнечной батареи кроме знания принципов его работы следует обратить внимание на условия, для которых он разработан.
Главными показателями приборов являются:
значение входного напряжения,
величина суммарной мощности солнечной энергии,
характер подключаемой нагрузки.
Напряжение солнечной батареи
На контроллер может подаваться напряжение от одной или нескольких солнечных батарей, соединенных по разным схемам. Для правильной работы прибора важно, чтобы суммарная величина подаваемого на него напряжения с учетом холостого хода источника не превышала предельной величины, указанной производителем в технической документации.
При этом следует сделать запас (резерв) ≥ 20% из-за ряда факторов:
не секрет, что отдельные параметры солнечной батареи иногда могут быть чуть-чуть завышены в рекламных целях,
происходящие на Солнце процессы не носят стабильного характера, а при аномально повышенных вспышках активности возможна передача энергии, создающая напряжение холостого хода солнечной батареи выше расчетного предела.
Мощность солнечной батареи
Она важна для выбора контроллера потому, что прибор должен быть способен надежно передавать ее рабочим аккумуляторам. В противном случае он просто сгорит.
Для определения мощности (в ваттах) умножают величину тока выхода из контроллера (в амперах) на напряжение (в вольтах), вырабатываемое солнечной батареей с учетом, созданного для него, 20% запаса.
Характер подключаемой нагрузки
Надо хорошо понимать назначение контроллера. Не стоит использовать его в качестве универсального источника питания, подключая к нему различные бытовые устройства. Конечно, часть из них сможет нормально работать, не создавая аномальных режимов.
Но…насколько долго это будет продолжаться? Прибор работает на основе широтно-импульсных преобразований, использует микропроцессорные и транзисторные технологии, которые учли в качестве нагрузки только , а не случайных потребителей со сложными переходными процессами при коммутациях и меняющимся характером потребляемой мощности.
Краткий обзор производителей
Выпуском контроллеров для солнечных электростанций занимаются многие страны. На Российском рынке популярна продукция компаний:
Morningstar Corporation (ведущий производитель США),
Beijing Epsolar Technology (работает с 1990-го года в Пекине),
AnHui SunShine New Energy Co (КНР),
Phocos (Германия),
Steca (Германия),
Xantrex (Канада).
Среди них всегда можно подобрать надежную модель контроллера, наиболее подходящую под конкретные условия эксплуатации солнечных электростанций с определенными техническими характеристиками. Для этого просто используете рекомендации этой статьи.
Контроллеры сами по себе устройства полезные. И чтобы лучше разобрать эту тему, необходимо работать с определённым примером. Поэтому мы и рассмотрим контролер заряда аккумулятора. Что он собой представляет? Как устроен? Какие особенности работы существуют?
Чем занимается контроллер заряда аккумулятора
Он служит для того, чтобы следить за восстановлением энергетических потерь и тратами. Сначала он занимается отслеживанием превращения электрической энергии в химическую, чтобы в последующем при наличии надобности было снабжение требуемых схем или приборов. Сделать контроллер заряда аккумулятора своими руками не сложно. Но его также можно извлечь из источников питания, которые вышли из строя.
Как устроен контроллер
Конечно, универсальной схемы не существует. Но многие в своей работе используют два посдтроечных резистора, которые регулируют верхний и нижний предел напряжения. Когда оно выходит за заданные рамки, то начинается взаимодействие с обмотками реле, и оно включается. Пока оно работает, напряжение не опустится ниже определённого, технически заранее предусмотренного уровня. Тут следует поговорить о том, что существует различный диапазон границ. Так, для аккумулятора может быть установлено и три, и пять, и двенадцать, и пятнадцать вольт. Теоретически всё упирается в аппаратную реализацию. Давайте рассмотрим, как работает контроллер заряда аккумулятора в разных случаях.
Какие бывают типы
Следует отметить значительное разнообразие, которым могут похвастаться контроллеры заряда аккумулятора. Если говорить о их видах, давайте сделаем классификацию в зависимости от сферы применения:
- Для возобновляемых источников энергии.
- Для бытовой техники.
- Для мобильных устройств.
Конечно, самих видов значительно больше. Но поскольку мы рассматриваем контроллер заряда аккумулятора с общей точки зрения, то нам хватит и их. Если говорить про те, что применяются для и ветряков, то в них верхний предел напряжения обычно равняется 15 вольтам, тогда как нижний - 12 В. При этом аккумулятор может генерировать в стандартном режиме 12 В. Источник энергии подключают к нему с использованием нормально замкнутых контактов реле. Что будет, когда напряжение аккумулятора превышает установленные 15 В? В таких случаях контроллером осуществляется замыкание контактов реле. В результате источник электроэнергии с аккумулятора переключается на нагрузочный балласт. Следует отметить, что его не особенно любят ставить для солнечных панелей из-за определённых побочных эффектов. А вот для они являются обязательными. Бытовая техника и мобильные устройства имеют свои особенности. Причем контроллер заряда аккумулятора планшета, сенсорного и кнопочного сотового телефонов являются практически идентичными.
Заглянем в литиево-ионный аккумулятор сотового телефона
Если расковырять любую батарею, то можно заметить, что к выводам ячейки припаивается маленькая Она называется схемой защиты. Дело в том, что требуют наличия постоянного контроля. Обычная схема контроллера представляет собой миниатюрную плату, на которой базируется схема, сделанная из SMD-компонентов. Она в свою очередь делится на две микросхемы - одна из них является управляющей, а другая - исполнительной. Давайте поговорим более детально о второй.
Исполнительная схема
Она базируется на Обычно их два. Сама же микросхема может иметь 6 или 8 выводов. Для раздельного контроля заряда и разряда ячейки аккумулятора используют два полевых транзистора, которые находятся в одном корпусе. Так, один из них может подключать или отключать нагрузку. Второй транзистор делает эти же действия, но уже с источником питания (в качестве которого выступает зарядное устройство). Благодаря такой схеме реализации можно без проблем влиять на работу аккумулятора. При желании ею можно воспользоваться и в другом месте. Но следует учитывать, что схема контроллера заряда аккумулятора и он сам может применяться только к устройствам и элементам, что обладают ограниченным диапазоном работы. Более детально о таких особенностях мы сейчас и поговорим.
Защита от перезаряда
Дело в том, что если напряжение превысит 4,2, то может возникнуть перегрев и даже произойти взрыв. Для этого подбираются такие элементы микросхем, которые будут прекращать заряд при достижении данного показателя. И обычно, пока напряжение не достигнет показателя в 4-4,1 В из-за использования или в процессе саморазряда, дальнейшая зарядка будет невозможной. Это важная функция, которая возложена на контроллер заряда литиевых аккумуляторов.
Защита от переразряда
Когда напряжение достигает критически малых значений, которые делают проблемным само функционирование устройства (обычно это диапазон в 2,3-2,5В), то выключается соответствующий MOSFET-транзистор, который отвечает за подачу тока мобильнику. Далее происходит переход в режим сна с минимальным потреблением. И тут имеется довольно интересный аспект работы. Так, пока напряжение ячейки аккумулятора не станет больше 2,9-3,1 В, мобильное устройство не получится включить для работы в обычно режиме. Наверное, такое вы могли замечать, что когда подключаешь телефон, он показывает, что идёт зарядка, но сам включаться и функционировать в обычном режиме не хочет.
Заключение
Как видите, контроллер заряда Li-Ion-аккумулятора играет важную роль в обеспечении длительности работоспособности мобильных устройств и позитивно сказывается на сроке их службы. Благодаря простоте производства их можно найти практически в любом телефоне или планшете. Если будет желание собственными глазами увидеть, а руками потрогать контроллер заряда Li-Ion-аккумулятора и его содержимое, то при разборе следует помнить, что работа ведётся с химическим элементомв, поэтому следует соблюдать определённую осторожность.
Это ещё одна статья о всем известной микросхеме TP4056, многим она уже полюбилась и была протестирована неоднократно армией радиолюбителей. Да и ко мне дошли слухи о чудодейственной микросхеме. Заказал у китайцев пять подопытных, стал думать гадать, как собрать - навесом или на платке. Тут самая обычная схема - несколько деталек и сама микросхема.
Тут мне под руку попали кусочки текстолита и решил собрать на печатной плате, но не все так просто. Картридж у меня выдохнулся от пары десятков перезаправок. Встал вопрос купить новый, но цена у него заоблачная, как для меня. Тогда есть только один выход, рисовать лаком для ногтей, но лака мне больше не дают, сказали, что лак покупался не для того, чтоб я тратил его на какие-то бляшки нет, это не опечатка, какие-то бляшки - да, не ожидал...
В общем сидел я и думал чем бы себя занять, вспомнил, что платки можно рисовать не только лаком, но и парафином и маркером, парафин не для меня, я только если на Пасху яйцо раскрасить могу, и то не очень. Но с маркером идея неплоха.
Сел за руль своего двух колёсного педального байка и отправился в магазин на поиски заветного перманентного маркера. Нашёл сразу если кому интересно такой маркер стоит 6 грн. Это на 29.02.2016
Рисуем платку, мой метод такой: сделать метки канцелярской кнопкой на текстолите и соединить их маркером, как в детстве в журналах такая игра была.
Ладно, отклонился от темы, продолжаем. Травил в растворе медного купороса, могу сказать, что это наилучшее средство, я говорю конечно от своего лица - у каждого свои предпочтения, скажу лишь, что мне в нем нравится это цена, долговечность и конечно то, что он не пачкает все вокруг как хлорное железо.
Припаиваем наши деталюхи: пара SMD резисторов и два конденсатора.
Для тестирование выбрал аккумулятор с батареи ноутбука. Что-ж, заряд пошел, ну а зарядит или не зарядит - увижу утром, а сейчас спать.
Утро показало, что заряд прошел успешно, но спешил в школу и забыл сфотографировать. Всем удачи в повторении, а с вами, как всегда, был Kalyan.Super.Bos
Частый вопрос всех новичков о том, какой стоит покупать контроллер на тот или иной аккумулятор. И что значат Амперы в характеристиках контроллера. Давайте в этой теме я вам отдельно постараюсь рассказать, что это за такие амперы. Начнем с того и пожалуй самого главного, что амперы, которые указываются на контроллере, это понятие разное для разных производителей как солнечных, так и контроллеров для ветрогенератора. Все производители трактуют данные по своему, отсюда у многих возникают путаницы и непонятки по выбору контроллера. Ниже я постараюсь привести примеры и способы, как избежать проблем в будущем.
Первое с чего мы начнем это:
- Контроллер заряда, это устройство, которое контролирует процесс заряда аккумулятора, делятся они на две популярных категории:
1. что такое PWM — это контроллер широтно импульсной модуляции, его задача зарядить аккумулятор импульсами, контролируя уровень напряжения батареи: при этом контроль заряда может осуществляться жестко (иначе говоря якобы в автоматическом режиме). Либо в ручном режиме, где можно выставить в ручную нужные напряжения для заряда АКБ. Читайте инструкции на контроллер. Рекомендую выбирать контроллер с возможностью ручного ввода. И редкость — это контроллеры с предустановленными значениями. Редкость, потому что в настоящее время часто подобные контроллеры идут с возможностью выбора ручного режима. Данный контроллер хорош тем, что для его работы энергия почти не требуется, а потребление подобных контроллеров редко переваливает за 100 мА.
Они меньше привязаны к плохой погоде , и если есть на входе ток хотя бы 10 мА, и напряжение превышает напряжение аккумулятора, контроллер будет заряжать. Так же к плюсам я отнесу недавно выявленный эффект быстрого старения панели, за счет деградации клеток от температуры. С данными контроллерами мощность, снимаемая с панелей, составляет от 0 до 80% по мере заряда АКБ. При этом солнечные панели меньше греются, а элементы даже в самый жаркий день из-за перегрева не страдают деградацией, так как температура не повышается выше +60-70 градусов Цельсия. Из плюсов можно отметить стабильную работу при любой погоде!
2. что такое MPPT — Это контроллер который имеет функцию отслеживания максимальной точки солнечной панели, по русски — это контроллеры ОМТП. По английски — это звучит как maximum power point tracking. Задача данного контроллера выжать все соки из солнечной панели, и при этом получать с солнечной электростанции или ветрогенератора, в зависимости от типа контроллера, всю мощность в пике на что способна ваша система. Звучит замечательно, но так ли это на самом деле, почитать можно . Есть контроллеры которые могут ограничивать ток заряда, но это редкость, нужно читать описание контроллера. Одним из примеров контроллера с ограничением тока заряда, является солнечный контроллер заряда от Сибконтакта СКЗ 40
Итак, что такое ток, который указывается на контроллерах. Опять таки для каждого контроллера, ток который указывается, может иметь абсолютно разное значение, давайте разберем основные:
- ток может быть указан максимальный — при котором контроллер либо выйдет из строя при долгой нагрузке, либо сработает защита и аккумулятор заряжаться перестанет от контроллера, пока его не перезагрузишь, либо не настанет новый световой день.
- ток может быть кратковременным или другими словами рекомендуется ниже, но при всплесках контроллер будет продолжать работать.
- ток может быть указан как ток заряда аккумулятора, то есть выше этого тока не рекомендуется подключать аккумуляторные батареи. Иначе контроллер может не выдержать
- ток может быть номинальным рекомендованным, но не максимальным, для примера можно отнести сюда старые трейсеры, которые имеют запас по току отдачи, но при этом контроллер хорошо нагревается, так что требуется дополнительное охлаждение.
В большинстве современных контроллеров бюджетного сегмента, ток указывается максимальный, то есть в сумме подключенные источники не должны его пересекать,а и у некоторых даже доходить, иначе срабатывает защита.