Контроллер для солнечной батареи

Обозначение символов на дисплее

• V -измеренное напряжение на АБ
• Vs(max) -напряжение до какого будет произведен заряд
• Vmin(m) -минимальное напряжение на АБ при котором разряд будет отключен 
• I -измеренный ток заряда
• Is -установленный ток заряда
• Id — измеренный ток разряда
• Ii -установленный в меню ток разряда(стабилизация тока разряда)
• Imin -минимальный ток при котором заряд будет окончен
• H -время таймера. Для вех режимов.
• Hi -оставшееся время до отключения по таймеру
• P -емкость АБ-Аh
• LED -подсветка

1.При подключении к сети устройства вывести на дисплей информацию-если АБ подключена

1.1.Напряжение до какого будет произведен заряд. По умолчанию  Vs=14.2 (Диапазон выбора в меню 1-30 вольт.)

1.2.Установленный ток заряда. По умолчанию Is=0.5А.( диапазон выбора в меню 0.5 -10А.дискретность 0.5А.)

1.3.Реальное напряжение на АБ. Например-V=13.7

1.4.Режим по умолчанию — зарядка (режим можно изменить в меню. Названия режимов. заряд . разряд. ктц акб.)

РЕЖИМ 1.заряд

Если АБ не подключена-вместо напряжения на АБ вывести надпись — no bat.Все остальное как и при подключённой АБ.

Пример 1.0. батарея не подключена

Vs=14.2       Is=0.5A
? АКБ         Заряд

При нажатии кнопки start — запустить установленный режим. При повторном нажатии — остановить. при запущенном режиме — название выбранного режима мигает. при остановленном — горит постоянно.

Пример 1.1. батарея подключена.

Vs=14.2      Is=0.5A    
V=13.7       Заряд

При запущенном режиме вместо установленного напряжения до которого будет произведен заряд отображать реальный ток заряда. Пример I = 3.6 A

Пример 1.2. идет заряд.

I=3.6A     Is=0.5A
V=13.7   заряд

После окончания заряда (по таймеру или по достижению установленного напряжения на АБ или ток заряда снизится до I=min) отключить заряд и вывести – заряд выкл.

Если ток заряда превышает установленный в меню. А также напряжение на АБ превысило установленное в меню-отключить заряд и вывести надпись — ERROR.

РЕЖИМ 2. разряд

2.При выборе режима- разряд (при запуске этого режима автоматически зарядить АБ до установленного напряжения и затем начать разряд.

Пример 2.0. Индикация в основном окне режима. Если режим не запущен-название режима (разряд) не мигает. При запущенном режиме, название режима используемого в данный момент (заряд или разряд) мигает.

Если режим запущен. АБ не заряжена. Идет автоматический   заряд, после  которого  начнется  разряд.

I=0.5A     заряд
P=0Ah  

2.1 Ток разряда по умолчанию Id = 0.5 A. Диапазон выбора в меню 0.5-10 А. дискретность 0.5 А.

2.2. Hi — Время оставшееся до конца разряда после истечения которого разряд будет отключен по умолчанию. 

2.3. Измеренная емкость батареи P=????Ah (пример Р = 45.4Ah).
 
Пример 2.1. окно в процессе разряда

Id=0.5A Hi=10
P=45.4Ah разряд

После окончания разряда подать сигнал с паузой 1 секунду. И так пока не будет включен другой режим. Сигнал подать на вывод 4 МК. Светодиод out. На дисплей вывести надпись верху — P=????Ah. Vm=11.0 внизу — разряд OFF.

Пример 2.2. разряд окончен

P=100.3Ah Vm=11.0
Разряд выкл

РЕЖИМ 3. Ктц акб. Десульфатация.

В основном окне режима, если режим запущен, название режима (КТЦ) мигает. Если не запущен — не мигает.

3.1. Ток заряда по умолчанию Is = 5А. Диапазон 0.5-10 А

3.2. Ток разряда Id = 0.5А. Диапазон 0.5-10 А.

3.3. Напряжение на АБ. Частота 1 Гц.

Пример 3.0. идет десульфатация.

I=5.0A  Id=0,5A
V=14.2  КТЦ-АКБ

После окончания заряда(по таймеру или при достижении установленного напряжения, режим отключить) вывести надпись — КТЦ ВЫКЛ. И напряжение на АБ.

Пример 3.1.конец работы.

V=14.7
КТЦ ВЫКЛ

   Обсудить статью ЗАРЯДНОЕ ДЛЯ АВТО НА КОНТРОЛЛЕРЕ

Параметры выбора

Критериев выбора всего два:

1. Первый и очень важный момент – это входящее напряжение. Максимум данного показателя должен быть выше примерно на 20% от напряжения холостого хода солнечной батареи.
2. Вторым критерием является номинальный ток. Если выбирается типаж PWN, то его номинальный ток должен быть выше, чем ток короткого замыкания у батареи примерно на 10%. Если выбирается МРРТ, то его основная характеристика – это мощность. Этот параметр должен быть больше, чем напряжение всей системы, умноженной на номинальный ток системы. Для расчетов берется напряжение при разряженных аккумуляторах.

Как сделать своими руками

Если нет возможности приобрести уже готовый продукт, то его можно создать своими руками. Но если разобраться в том, как работает контроллер заряда солнечной батареи довольно просто, то вот создать его будет уже сложнее. При создании стоит понимать, что такой прибор будет хуже аналога, произведенного на заводе.

Это простейшая схема контроллера солнечной батареи, которую создать будет проще всего. Приведенный пример пригоден для создания контроллера для зарядки свинцово-кислотного аккумулятора с напряжением в 12 В и подключением маломощной солнечной батареей.

Если заменить номинальные показатели на некоторых ключевых элементах, то можно применять эту схему и для более мощных систем с аккумуляторами. Суть работы такого самодельного контроллера будет заключаться в том, что при напряжении ниже, чем 11 В нагрузка будет выключена, а при 12,5 В будет подана на аккумулятор.

Стоит сказать о том, что в простой схеме используется полевой транзистор, вместо защитного диода. Однако если есть некоторые знания в электрических схемах, можно создать контроллер более продвинутый.

Данная схема считается продвинутой, так как ее создание намного сложнее. Но контроллер с таким устройством вполне способен на стабильную работу не только с подключением к солнечной батарее, а еще и к ветрогенератору.  

Балансировочная плата для li-ion аккумулятора 18650

Какую функцию выполняет балансир в литийных аккумуляторах? Если последовательно соединять несколько банок, их напряжение складывается в общую сумму, а емкость батареи равняется самой низкой из всех элементов.

Чтобы предотвратить перезаряд самой «ленивой» части, ее отключают от питания, что позволяет оставшимся частям продолжать заряжаться. Балансир контролирует равномерно распределяющийся заряд, поэтому его включают в цепи с последовательным соединением элементов. При параллельном соединении в балансировке нет необходимости: здесь равномерное распределение заряда. Балансировочная плата обычно входит в общий защитный корпус MBS и носит название «балансировочный шлейф».

Причины блокировки контроллером li-ion аккумулятора 18650

Главная причина – возникновение короткого замыкания из-за превышения предельно допустимого напряжения тока внутри АКБ. Микросхема разрывает электрическую цепь. Для разблокировки батареи достаточно зарядить ее.

Вторая причина – глубокий разряд аккумулятора. При глубоком некритичном разряде батарейку можно разблокировать с помощью зарядного устройства.

При разряжении до критичного состояния устройство не включится: внутренние химические процессы приводят к образованию металлических литиевых кристаллов, которые создают опасный контакт между положительным и отрицательным полюсами, приводящий к взрыву.

Виды контроллеров

Принцип зарядки батареи зависит от установленного оборудования. Нижеперечисленные контроллеры используют для солнечных батарей, аналогичные устройства применяют и в других сферах восполняемого электричества.

Некоторые делают самодельные приборы, которые уступают покупным моделям по ряду характеристик.

Приборы On/Off

Устройство начального сегмента, которое отключает подачу питания после достижения аккумулятором максимального напряжения. Это защищает батарею от перегрева, перезарядки.

Срабатывает “защита”, когда восстановлено 70-85% емкости — пик напряжения. Далее, ток должен уменьшиться и зарядить АКБ до 100% за 1-3 часа, но этого не происходит из-за особенностей прибора. Как итог, постоянная недозарядка уменьшает срок эксплуатации и емкость аккумулятора.

PWM

Контроллер носит второе название ШИМ и работает по принципу широтно-импульсной модуляции тока. По аналогии с печатной платой в смартфонах, где установлены литейно-ионные источники питания, устройство понижает входящее напряжение по достижению его пика и доводит зарядку до 100%. Стоит устройство выше предыдущего варианта, но позволяет сохранить “резервуары для энергии”.

PWM Контроллер заряда аккумулятора.

MPPT

В прибор заложены алгоритмы для замеров тока и напряжения системы энергоснабжения и определения оптимального соотношения параметров для стабильной работы подключенной станции. Согласно статистике, MPPT на 35% продуктивнее распределяют энергию, полученную с внешнего источника питания, нежели PWM-варианты. Учитывая стоимость девайса, его принято использовать для автоматизации “солнечных ферм”. Из-за сниженной стоимости, в частных домах практичнее использовать ШИМ.

Гибридные устройства

Такие контроллеры совмещают особенности PWM и MPPT. Их используют для распределения энергии, полученной с ветрогенераторов, которые совмещают с солнечными панелями. Главным отличием от обычных моделей являются вольтамперные параметры.

Гибриды “выравнивают” полученную энергию и равномерно распределяют ее между элементами питания. Такая необходимость возникает у ветряков, которые вырабатывают электричество с перебоями.

Гибридное устройство.

Измерения заряда аккумулятора

Для изучения процесса заряда аккумулятора была реализована следующая измерительная схема:

Полученный с ее помощью график, представлен на следующей картинке. Для удобства синим обозначена зависимость тока, а красным — зависимость напряжения от времени. При этом время указанно в секундах.

6000 секунд соответствуют 100 минутам или же в более привычном виде это 1 час 40 минут. Соответственно полная зарядка аккумулятора заняла около 6 часов. При емкости аккумулятора в 3000 мАч, средний ток заряда можно считать равным 500мА.

На графике отлично видны все три описанные выше фазы зарядки. Схемка отрабатывает все как и положено. Между разными экземплярами модулей присутствует небольшой разброс конечного напряжения, но он не критичен.

В любом случае получившаяся зависимость отлично удовлетворяет всем правилам заряда аккумулятора.

Какими бывают литиевые аккумуляторы

В зависимости от того, из какого материала изготовлен положительный электрод литиевого аккумулятора, существует их несколько разновидностей:

• с катодом из кобальтата лития;
• с катодом на основе литированного фосфата железа;
• на основе никель-кобальт-алюминия;
• на основе никель-кобальт-марганца.

У всех этих аккумуляторов имеются свои особенности, но так как для широкого потребителя эти нюансы не имеют принципиального значения, в этой статье они рассматриваться не будут.

Также все li-ion аккумуляторы производят в различных типоразмерах и форм-факторах. Они могут быть как в корпусном исполнении (например, популярные сегодня 18650) так и в ламинированном или призматическом исполнении (гель-полимерные аккумуляторы). Последние представляют собой герметично запаянные пакеты из особой пленки, в которых находятся электроды и электродная масса.

Наиболее распространенные типоразмеры li-ion аккумуляторов приведены в таблице ниже (все они имеют номинальное напряжение 3.7 вольта):

Обозначение	Типоразмер	Схожий типоразмер
XXYY0, где XX – указание диаметра в мм,YY – значение длины в мм, – отражает исполнение в виде цилиндра	10180	2/5 AAA
10220	1/2 AAA (Ø соответствует ААА, но на половину длины)
10280
10430	ААА
10440	ААА
14250	1/2 AA
14270	Ø АА, длина CR2
14430	Ø 14 мм (как у АА), но длина меньше
14500	АА
14670
15266, 15270	CR2
16340	CR123
17500	150S/300S
17670	2xCR123 (или 168S/600S)
18350
18490
18500	2xCR123 (или 150A/300P)
18650	2xCR123 (или 168A/600P)
18700
22650
25500
26500	С
26650
32650
33600	D
42120

Внутренние электрохимические процессы протекают одинаково и не зависят от форм-фактора и исполнения АКБ, поэтому все, сказанное ниже, в равной степени относится ко всем литиевым аккумуляторам.

Для чего нужен контроллер заряда аккумулятора

Основная функция зарядного контроллера для аккумулятора – регулировка восстановления энергетических потерь. Вначале отслеживается превращение электрической энергии в химическую, а затем она аккумулируется, чтобы использоваться в случае необходимости для определенных приборов и механизмов.

Сделать такой приборчик можно и своими руками, что с успехом делают домашние умельцы, подбирая границы в аппаратах до 15 Вольт.

Существуют такие виды зарядных контроллеров в зависимости от их применения:

• Для техники, применяемой в быту;
• Для мобильных устройств и гаджетов;
• Для восстанавливаемых энергетических источников.

Кроме этого, контроллеры могут применяться для различных солнечных батарей и ветродуев. Верхняя граница напряжения в таких устройствах обычно – 15 В, а нижняя – 12 В.

Применение контроллера заряда АКБ подойдет и для мобильных устройств. Разницы между прибором для смартфона, кнопочного телефона или планшета особо нет никакой.

Виды контроллеров

Существует три типа контроллеров для солнечных батарей, отличающиеся своей функциональностью и ценой соответственно.

• ON/OFF контроллер – самый простой из существующих. Редко применяется в современных системах, т.к. имеет массу недостатков. Суть его работы заключается в том, что он просто отключает поступление электричества с солнечной панели при достижении максимального заряда батареи. Напряжение и сила тока при этом будет изменяться в зависимости от интенсивности работы самих панелей. АКБ при этом сама регулирует сколько «взять» тока.
  В итоге, максимальный ток достигается при 70% уровня заряда, контроллер срабатывает. Батарея быстро приходит в негодность. Двумя ощутимыми достоинствами такого устройства является его стоимость и возможность собрать такой контроллер солнечных батарей своими руками.
• ШИМ или PWM – контроллеры обеспечивают ступенчатую зарядку АКБ путем переключения между различными режимами заряда. Эти режимы, в свою очередь, выбираются автоматически в зависимости от степени разряженности аккумулятора. АКБ заряжается до 100% за счет повышения напряжения и понижения силы тока. Недостатком такого контроллера являются потери при зарядке аккумулятора – до 40%
• MPPT контроллер. Наиболее экономичный и современный способ организовать зарядку аккумуляторной батареи от солнечных панелей. Этот вид контроллеров работает по вычислительной технологии. В каждый момент времени он сравнивает напряжение, подаваемое с солнечных панелей с напряжением на аккумуляторе и выбирает оптимальные преобразования для того, чтобы получить максимальный заряд АКБ.

Можно ли обойтись без контроллера для солнечной батареи

Иногда при самостоятельной разработке солнечной электрической станции возникает вопрос, а можно ли обойтись без контроллера? Для ответа на поставленный вопрос необходимо вспомнить о роли данного устройства в системе преобразования солнечной энергии в электрическую. Если сформулировать коротко, то — контроллер управляет процессом заряда аккумуляторных батарей.

При отсутствии данного элемента схемы управления, возможно закипание электролита в АКБ, что в свою очередь приведет к повреждению аккумуляторной батареи, стоимость которой значительно превышает стоимость контроллера. Из этого делаем вывод, что работа солнечной электрической станции в автоматическом режиме без контроллера недопустима.

Единственный случай, когда можно исключить контроллер из схемы управления — это не продолжительное по времени использование солнечных панелей. В этом случае, в цепь зарядки АКБ, устанавливается вольтметр и в моменты, когда заряд достигает пиковых значений, аккумуляторные батареи в ручном режиме отключают. После прохождения пиковых нагрузок, цепь зарядки, опять же в ручном режиме, включается в работу.

В настоящее время изготовлением разнообразных электронных устройств занимается большое количество отечественных и зарубежных компаний. Стоимость контроллеров разнообразных типов колеблется от 5,0 до 10,0 тысяч рублей, поэтому нет необходимости изготавливать такое сложное электронное устройство самому или вообще исключать его из схемы управления солнечной электростанции.

Получив экономию в малом, можно потерять больше при выходе из строя АКБ, к тому же работа в автоматическом режиме, которую осуществляет прибор, изготовленный профессионалами, позволяет экономить время владельца, а в современном мире, когда все быстро течет и происходит, это немаловажный фактор. Однако каждый для себя делает индивидуальный выбор, благо он, это выбор, есть всегда.

А теперь самое интересное — будем мерить

Мерить мы будем следующее:

1. Процесс зарядки — посмотрим, как меняется ток заряда от напряжения на аккумуляторе.
2. Разрядку, а точнее умение модуля продолжительно отдавать ток в нагрузку, а так же умение отрубать аккумулятор по достижении порога разряда.

Для этих целей нам понадобится вольтметр и амперметр. Но я рожа ленивая, да и мерить вручную в наш век — мартышкин труд. Поэтому на помощь был позван микроконтроллер PIC18F4550. Он умеет общаться с компом по USB и обладает 10-битным АЦП на борту.

Амперметр и вольтметр далее изображены условно. И вольтметр и амперметр реализованы на дифференциальных усилителях. Для измерения тока использован низкоомный резистор, разность напряжений с выводов которого и снимается дифференциальным усилителем. Такому методу измерения тока недавно была посвящена отдельная статья.

С выходов диф. усилителей сигнал поступает на АЦП микроконтроллера. Шаг АЦП по напряжению составляет около 5 мВ, чего для таких измерений более чем достаточно. Но для большей точности было дополнительно реализовано усреднение данных приходящих за каждые 10 секунд ( каждые 200 приходящих значений).

Отличительные особенности МРРТ и ШИМ контроллеров и как это отражается при изготовлении их своими руками

Отличительной особенностью МРРТ моделей, является высокий КПД. Работа подобных приборов основана на поиске максимальной точки мощности, определяемой на соотношении силы тока и напряжения на источнике электрической энергии (солнечная батарея).

ШИМ устройства – это более дешевые приборы, работающие по принципу широтно-импульсной модуляции.

При изготовлении подобных устройств своими руками наиболее просто изготовить ШИМ-прибор, но для использования в автоматическом режиме все-таки лучше МРРТ аналоги, об одном из которых было рассказано выше.

Достоинствами подобных устройств являются:

• Универсальность использования (гелио и комбинированные системы, ветровые генераторы).
• Возможность создания оптимальных условий для заряда АКБ, даже при низкой освещенности, что увеличивает срок их эксплуатации;
• Высокий КПД использования.

Недостатки тоже есть, их можно сформулировать следующим образом:

• Высокая стоимость у готовых изделий;
• Сложность при изготовлении своими руками, обусловленная технологией обеспечивающей работу устройства.

В заключение хочется отметить, что даже сложные приборы можно изготовить самостоятельно в домашних условиях, используя электронные комплектующие заводского производства, а главными условиями успеха в этом деле, будет желание и умение работать своими руками.

Спасибо, что дочитали до конца! Не забывайте , Если статья Вам понравилась!

Делитесь с друзьями, оставляйте ваши комментарии

Добавляйтесь в нашу группу в ВК:        

ALTER220 Портал о альтернативную энергию

и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее!!!

Обзор лучших моделей контролеров заряда аккумулятора на Алиэкспресс

Ниже представлено описание моделей контроллеров, характеристики которых были по достоинству оценены многочисленными покупателями:

TZT DC 6-60 в 30A

Предназначена для свинцово-кислотных аккумуляторов. Диапазон напряжения – от 6 до 60В. Модель оснащена ЖК-дисплеем XY-L30A. На мониторе отображаются напряжение, процент и продолжительность заряда. На базе устройства реализована опция автоматического контроля заряда. Также имеется функция установки времени заряда, формат – 24 часа, максимальная продолжительность – 100 часов.

CORE SET XY-L10A

Данный контроллер заряда аккумулятора с Алиэкспресс адаптирован для работы со свинцово-кислотными аккумуляторами. Рабочие параметры и время зарядки отображаются на ЖК дисплее. В числе предлагаемых функций: автоматический контроль, установка времени, управление с мобильных устройств и ПК через последовательное подключение.

Diymore XH-M604

Рассчитан на входное напряжение в пределах 6-60В. Модель отличается высокой точностью отображения и управления – 0,1В. Уровень заряда отображается на ЖК-мониторе. Допускает установку уровней начального и конечного напряжения. Имеет компактные размеры 81*54*18 мм.

EASUN POWER ICharger PWM 10A 20A 30A

Встроенный промышленный микроконтроллер, на базе которой реализована 4-х ступенчатая функция широтно-импульсного преобразования PWM. Работает со свинцово-кислотными и гелиевыми аккумуляторными батареями. Рассчитан на напряжение 12-24В и силу тока 10A, 20A, 30A в зависимости от модификации. Все рабочие параметры отображаются на ЖК-дисплее. Также в числе достоинств модели – встроенная защита от короткого замыкания, обратная защита, защита от перегрузки. В процессе работы отмечен низкий уровень нагревания устройства.

SLAR MG 60A/50A/40A/30A/20A/10A

Контроллер с PWM-функцией. На LED-индикаторе отображается входное и выходное напряжение, а также – уровень заряда батареи в реальном времени. Может подключаться и управляться с компьютера через USB-порт. Возможен выбор одного из трех режимов заряда – быстрый, стабильный и поддерживающий с опцией контроля заряда. Встроена защита от перезаряда, перегрузки и от короткого замыкания.

Y-SOLAR Z10/Z20/Z30

Модель контроллера заряда аккумулятора с Алиэкспресс с PWM-функцией в нескольких вариантах исполнения, в зависимости от силы тока 30A, 20A, 10A напряжением 12-24В и мощностью от 120 до 360Вт. Подходит для различных типов свинцово-кислотных батарей с таймером нагрузки. Установлен двойной светодиодный дисплей. Возможно подключение и управление через USB-порт. На базе контроллера реализована 4-ступенчатая зарядка Boost, ABS, Equalization, Float благодаря использованию промышленного микропроцессора STM 8. Имеется опция таймера и запоминания ранее настроенных параметров. Встроена защита от перегрева, обратного тока, короткого замыкания, разрядки и перегрузки. На устройство предоставляется гарантия производителя 12 месяцев.

Типы гелиосистем

Выделяют два основных типа гелиосистем: сезонные, всесезонные или круглогодичные.

Вакуумные солнечные батареи, сконструированные на базе технологии прямой теплопередачи, относятся к сезонным системам. Принцип действия таких систем достаточно прост: вода из бака поступает в соединенные медные трубки, где нагревается и затем возвращается в контур.

Тепло в таком типе солнечных батарей передается воде без использования в работе дополнительных элементов и блоков. При этом требуется большой объем воды в контуре теплообменника (от 60 до 200 л). Основными преимуществами сезонных систем являются низкая стоимость при высоком КПД, составляющий до 98%. Это конечно при условии использования и покупки селективного покрытия для солнечных коллекторов.

К круглогодичным системам относят вакуумные солнечные батареи, в которых дополнительно установлены термотрубки. Принцип работы таких коллекторов схож с работой установок центрального отопления. Через коллектор и змеевик протекает специальная жидкость («незамерзайка»). Эта жидкость предназначена для забора тепла из медных трубок. Далее она поступает в бак, аккумулирующий тепло для непосредственного нагрева воды через змеевик. Процесс протекает до тех пор, пока значения температуры бака и теплового приемника не сравняются. Насос контролируется электроникой, датчики температуры при этом устанавливаются как в коллекторе, так и в баке-аккумуляторе. Давление в системе может быть выше требуемых значений при недостатке потребления воды. Расширительный бак также позволяет избежать подобных ситуаций.