Контроллер солнечной батареи для литиевых аккумуляторов

MPPT контроллер заряда Li-Ion аккумулятора от солнечной батареи на м/сх CN3791

MPPT контроллер предназначен для заряда одной ячейки Li-Ion аккумулятора от солнечной батареи (можно использовать например такие аккумуляторы). Он выполнен на специально разработанной микросхеме “CN3791”, которая имеет такие функции как:

• предназначен для работы с 1-ой ячейкой литий-ионного аккумулятора 3.7 В
• защита перезаряда батареи
• автоматическая перезарядка
• автоматическая обработка глубоко разряженных батарей
• мягкий старт
• индикация статуса заряда
• MPPT функция
• автоматический переход в спящий режим, когда входное напряжение меньше чем напряжение батареи

MPPT контроллер имеет 2 индикатора: красный горит (зеленый не горит) когда идет заряд от солнечной батареи, зеленый горит (красный не горит) когда заряд литий-ионного аккумулятора закончен, в случае когда оба индикатора моргают – отсутствует батарея.

Подключение:

• “IN+” – плюсовой вход от солнечной батареи
• “IN-” – минусовой вход от солнечной батареи
• “+BAT” – плюсовой выход на литий-ионную батарею
• “-BAT” – минусовой выход на литий-ионную батарею

Технические характеристики:

• количество ячеек литий-ионной батареи: 1
• максимальное входное напряжение от солнечной батареи: 28 В
• максимальный зарядный ток, до: 4 А
• размеры: 50 x 30 x 10 мм

Используемые детали:

TPC8107, CN3791, D4185 (MOSFET P-CH, 40 В 50 А)

Типовая схема включения микросхемы “CN3791”:

Зарядный профиль устройства:

Для сборки MPPT контроллера своими руками также может потребоваться:

Добавить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Источник

Солнечная зарядка для литиевого аккумулятора

«я его слепила из того, что было» (с) Танич М.

Мой добрый давнишний друг – турист-водник. Когда-то очень давно, еще в прошлом веке, как говорит мой сын, я подарил другу солнечную батарею для зарядки аккумуляторов видеокамеры.

Тогда я купил в Чипе и Дипе пяток солнечных элементов отечественного производства, соединил их последовательно, добавил диод КД213. Получилась батарея с напряжением около 9 вольт и током порядка 300 мА. Механически элементы батареи были соединены полосками синей изоленты, батарея складывалась гармошкой, мой друг сделал для нее самодельный чехол. С тех пор прошло лет 15, батарея эта много раз бывала в походах и с неизменным успехом заряжала разнообразные Ni-Cd аккумуляторы.

Сейчас модно использовать литиевые источники питания как для фото-видео приборов и для фонарей на светодиодах. Все классно, но литиевые элементы требуют осторожного обращения – их надо аккуратно заряжать до напряжения 4.2 вольта, разряжать до определенного напряжения, иначе можно необратимо повредить аккумулятор или устроить пожар.

В поход мой друг берет налобный фонарь на аккумуляторах 18650. Зарядного механизма в таком фонаре нет, поэтому он попросил меня придумать, как заряжать эти элементы в походных условиях. Попутно есть задача подзарядить телефоны-смартфоны и другие гаджеты.
Я изучил предложения на Ebay.com, нашел любопытный прибор – аккумулятор емкостью 10000 мач, в одном корпусе с солнечной батареей и электроникой, управляющей зарядом-разрядом аккумулятора и обеспечивающей на двух USB разъемах напряжение 5 вольт при токе до 2А. Цена в 1000 р показалась адекватной, прибор был заказан. Название прибора: Solar Panel Power Bank Charger Battery for Mobile Samsung Iphone5s HTC 10000mAh

Также я нашел зарядку для 18650, состоящую из отличного корпуса-держателя и встроенного в разъем USB контроллера зарядки. Это стоило примерно 80 р. Этот предмет называется New USB 18650 Battery Function Charger.

Первоначальная идея состояла в том, что солнечным днем Power bank заряжал внутреннюю батарею, а потом отдавал энергию в 18650 через зарядку.

Довольно быстро оба прибора приехали из Китая и я приступил к их изучению. Зарядка для 18650 никаких сюрпризов не преподнесла – отличный корпус, заряжает 18650 емкостью 2400 мАч от порта USB током около 300 мА.

А вот PowerBank оказался с браком. Я измерил его емкость методом полной разрядки постоянным током около 300 мА – оказалось 1200 мАч. При заявленных 10000 мАч – обман.

Однако корпус был сделан очень добротно! Металлические крышки, все подогнано, в руках ощущается единым целым. Решил разобрать и посмотреть что там внутри.

Внутри оказалась вполне качественная электроника — плата контроллера зарядки литиевого элемента, совмещенная с преобразователем-стабилизатором на 5 вольт 2 А. Установить все типы микросхем не удалось, но сложилось впечатление, что плата сделана для многоэлементной литиевой батареи с индивидуальным контролем заряда-разряда каждого элемента. Однако все это богатство осталось не использовано, литиевые элементы просто соединены параллельно. Кстати сказать – пайка этой батареи развалилась буквально от касания паяльником… Разглядел потом отдельно элементы – имхо откровенный брак…

Преобразователь на 5 вольт сделан на современной микросхеме, работающей на частоте 500 кгц.

Попутно измерил максимальный отдаваемый ток – получилось 1.6А. При заявленных 2А – вполне адекватно.

На фото показана разрядная цепь. Проволочный переменный резистор 33 ома, два параллельно соединенных резистора по 2 ома (1 ом суммарно) для контроля тока разряда.

Поскольку в PowerBank имеется стабилизатор 5 в — то потребляемый ток достаточно выставить в начале эксперимента один раз.
Также на плате имеется светодиодный индикатор уровня зарядки батареи, работающий и в режиме разрядки и в режиме зарядки. Как водится – ярко синего «вырви глаз» цвета.

В общем, все хорошо, кроме батареи.

Списался с продавцом, потребовал вернуть часть денег за бракованную батарею. Продавец попытался смутить меня якобы неверной методикой измерения емкости – мол я не учел потери, но после моего второго письма, где я разложил все по полочкам – вернул часть денег.

Раз уж я разобрал PowerBank – решил попробовать, как он будет работать с 18650 и старой солнечной батареей. Результаты натурного эксперимента оказались вполне обнадеживающими: контроллер совершенно нормально работал с 18650, а солнечная батарея 15-ти летней давности обеспечивала зарядный ток около 370 мА. Измерение производилось в Москве 10 марта. Полагаю, что летнее Солнце даст еще больший ток заряда.

Измерение тока заряда-разряда производилось путем установки резистора номиналом 0.1 ом последовательно в цепь аккумулятора. Резистор 0.1 ом в моем случае состоял из двух параллельно включенных 0.2 ома. Мультиметром измерялось падение напряжения на этом резисторе. Ток пересчитывался из милливольт в миллиамперы умножением на 10.

Измерил ток, отдаваемый родным солнечным элементом – он оказался существенно ниже, впрочем, вполне ожидаемо – площадь поверхности намного меньше.

Таким образом, оптимальная конструкция стала выглядеть как держатель для 18650, обрезанный корпус с платой и отдельно подсоединяемая солнечная батарея. На держателе 18650 имеется штыревой разъем, ответную часть я отрезал от USB разъема и припаял к солнечной батарее. Из держателя 18650 выходит 4 провода – два от собственно батареи и два от солнечного элемента. Изолента в этот раз использована черного цвета, синяя прослужила 20 лет и находится в отличном состоянии, посмотрим, как поведет себя черная.

Пара часов с дремелем, дрелью и слесарными ножницами дали мне вот такую конструкцию:

В полностью собранном виде:

Получилась система, которая умеет заряжать 18650 от источника 5 вольт (USB) и солнечной батареи, умеет отдавать стабильные 5 вольт для заряда разнообразных гаджетов, благо в комплект PowerBank входило несколько переходников. Выявился глюк – если устройство долго находится без батареи – оно не включается от кнопки. Оказалось, что глюк обходится, если один-два раза вынуть-вставить аккумулятор.

Теперь это устройство будет испытано в очередном походе по Восточным или Западным Саянам или еще по какому-нибудь экзотическому месту России.

Источник

Солнечная батарея (+ контроллер) для доработки питания насоса домашнего водопада

Недавно опубликовывал отчет, про строительство водопада в саду — данный обзор об улучшении работы системы в моменты отсутствия солнца (облачность и вечернее время)

Как я писал в том отчете, при пропадании солнца (тучка набежала или вечереет) декоративный водопадик превращался в тыкву в эдакую альпийскую горку — вода переставала стекать по камням и все замолкало…
как-то так 🙁
Если рассматривать плохую (дождливую) погоду, то это не страшно- просто некому наблюдать за «красотой».
Кратковременные затенения тучками наоборот, даже некоторый цимус придают- меняется напор воды и форма/направления стекания ручейков.
А как вот как быть с относительно вечерним временем — когда еще хочется посидеть рядом с водопадиком, попить чай, «побаловаться плюшками», а солнца уже недостаточно для работы насоса? 🙂

Для решения вышеописанной проблемы, как минимум, требуется более крупная солнечная панель (с относительно недешевым ценником). Хотелось конечно сразу купить… но «жаба» давала о себе знать 🙁

Случайно попался на глаза, указанный в шапке лот, в котором, при отправке из России, получалась весьма приятная цена — не смог устоять! 🙂

Некоторое время даже не мог определиться с мощностью батареи- за указанную стоимость «чесалось» купить заметно бОльшую мощность, для использования не только с водопадом. Потом взял себя в руки, поумерил свои желания- и решил опробовать сначала небольшую батарею, во избежание попадания ее в кучу «бесполезных» покупок.

Основная идея покупки этого лота:
ну, во-первых, более мощная солнечная панель, что уже само по-себе будет давать более продолжительную работу (при меньшем освещении)
а во-вторых, что мне было даже более интересно — программируемый контроллер, который, кстати говоря, уже идет в комплекте.

Данный контроллер возможно настроить на отключение использования внешнего аккумулятора при разрядке до определенного напряжения… мысль улавливаете?

Рассматриваемая солнечная панель способна, кроме работы насоса, обеспечивать текущий подзаряд аккумулятора.
… наступает вечер или тучки набегают, контроллер переключается на работу от заряженного аккумулятора и работает до установленного нами напряжения!
То есть, например, ставим мы «граничное» напряжение на вольт ниже полностью заряженного, и насос работает полчаса от аккумулятора, затем выключается.
Устанавливаем напряжение отключение ниже на 2 вольта, и работает насос уже пару часов.

Пример чисто теоретический — зависит от емкости аккумулятора, потребляемого тока насосом и т.п., но думаю создать подобный регулируемый «буфер» вполне реально.

Заработает ли моя идея- узнаем вместе! 😉
На момент написания этой части обзора, я сам еще не знаю, чем закончится эксперимент!

Сначала немного покажу саму купленную солнечную панель, контроллер… а затем уже перейдем к «тактическим» и практическим экспериментам 😉

но на момент покупки не все были в наличии в России (по эконом цене)

DSP-10P + USB
Максимальная мощность (Pmax): 10 Вт
Максимальное напряжение питания (Vmp): 18,00 в
Максимальный ток мощности (Imp): 0.56A
Напряжение открытой цепи (Voc): 22,5 в
Ток короткого замыкания (Isc): 0.81A
Размеры: 280*350*17 мм
Вес: 1,5 кг

DSP-20P + USB
Максимальная мощность (Pmax): 20 Вт
Максимальное напряжение питания (Vmp): 18,00 в
Максимальный ток мощности (Imp): 1.11A
Напряжение открытой цепи (Voc): 21,60 в
Ток короткого замыкания (Isc): 1.3A
Вес: 1,9 кг
Размеры: 480*350*17 мм

DSP-30P + USB
Максимальная мощность (Pmax): 30 Вт
Максимальное напряжение питания (Vmp): 18,00 в
Максимальный ток мощности (Imp): 1.66A
Напряжение открытой цепи (Voc): 22,5 в
Ток короткого замыкания (Isc): 1.91A
Вес: 2,8 кг
Размеры: 350*660*25 мм

DSP-40P + USB
Максимальная мощность (Pmax): 40 Вт
Максимальное напряжение питания (Vmp): 18,00 в
Максимальный ток мощности (Imp): 2.22A
Напряжение открытой цепи (Voc): 21,60 в
Ток короткого замыкания (Isc): 2.47A
Вес: 3,5 кг
Размеры: 450*660*25 мм

DSP-50P + USB
Максимальная мощность (Pmax): 50 Вт
Максимальное напряжение питания (Vmp): 18,00 в
Максимальный ток мощности (Imp): 2.78A
Напряжение открытой цепи (Voc): 22,50 в
Ток короткого замыкания (Isc): 3.03A
Вес: 4,1 кг
Размеры: 530*660*25 мм

DSP-80P + USB
Максимальная мощность (Pmax): 80 Вт
Максимальное напряжение питания (Vmp): 18,00 в
Максимальный ток мощности (Imp): 4.44A
Напряжение открытой цепи (Voc): 21,60 в
Ток короткого замыкания (Isc): 4.69A
Вес: 6 кг
Размеры: 760*660*25 мм

DSP-100P
Максимальная мощность (Pmax): 100 Вт
Максимальное напряжение питания (Vmp): 18,00 в
Максимальный ток мощности (Imp): 5.81A
Напряжение открытой цепи (Voc): 21,6 в
Ток короткого замыкания (Isc): 5.56A
Вес: 4,1 кг
Размеры: 530*660*25 мм

Все панели, кроме самой мощной, укомплектованы контроллером заряда (с юсб выходом)

Солнечная панель

DSP-20P + USB
Максимальная мощность (Pmax): 20 Вт
Максимальное напряжение питания (Vmp): 18,00 в
Максимальный ток мощности (Imp): 1.11A
Напряжение открытой цепи (Voc): 21,60 в
Ток короткого замыкания (Isc): 1.3A
Вес: 1,9 кг
Размеры: 480*350*17 мм

В верхней части батареи находится коробка коммутации, открывается довольно туго…

Внутри, кроме диода (используется по-сути при групповых соединениях) и контактов ничего нет 🙂

Контроллер

Самая левая кнопка«меню» — при нажатии поочередно, по кругу, отображает: напряжение поддерживаемого заряда, напряжение на аккумуляторе включения нагрузки, напряжение отключения нагрузки, таймер работы нагрузки, тип используемого аккумулятора.
Правая кнопка — «ручное вкл/выкл нагрузки»

При удерживании кнопки «меню» на интересующем нас пункте можно войти в режим редактирования выбранного параметра (мигает индикация), при этом средняя и правая кнопки используются как ±

Имеется несколько вариантов работы нагрузки по расписанию:
24Н — нагрузка включена круглосуточно, возможно ручное управление правой кнопкой
0Н — нагрузка включается после захода солнца (в темноте) и выключается при появлении освещения.
1-23Н -продолжительность работы нагрузки, после захода солнца в часах.

При отключении аккумулятора, выбранные настройки сохраняются!

Довольно удобный таймер (при использовании в качестве нагрузки освещения ;), для моих же целей, логика работы таймеров не подходит 🙁

вид снизу

Сверху маркировка модели с краткими характеристиками

задняя часть пустая, металлическая плоская- бывают варианты использования рельефных пластин, так как задняя стенка на всех подобных контроллерах выполняет роль радиатора охлаждения.

Для сравнении две панели

На ярком солнце, без нагрузки, новая солнечная панель выдает до 21в

При затенении до 18.5в

и ток короткого замыкания 1А — т.е. в принципе мощность соответствует описанию.

Для примера, «старая» панель выдавала 19в на таком же солнце

и 16 при затенении

Ток, к сожалению, на этой панели сложно замерить — при замере только кратковременно появлялись цифры, и пропадали, наверное имеются какие-то элементы в залитой компаундом «черной коробочке» сзади панели.
Кратковременные показания появлялись примерно от 0.4 до 0.6А, то есть тоже примерно соответствуют заявленной мощности

Контроллер (и панель) в работе

Во всех инструкциях на подобные контроллеры имеется предупреждение о соблюдении последовательности подключения во избежании… неприятностей.

Первым подключается аккумулятор (его использование при работе контроллера обязательно), затем солнечная панель и уже последней нагрузка.

После подключения аккумулятора, на экране появляется его значок с текущим напряжением заряда и иконка подключенной нагрузки.

Текущее напряжение аккумулятора, контроллер показывает с заметной погрешностью — в моем экземпляре ошибка 0.3В

Как только подключаем солнечную панель, загорается иконка солнечной батареи и стрелка (от панели к аккумулятору) -начинает заряжаться аккумулятор, то есть на вид все нормально работает.

Значок нагрузки не светится — я отключил ее правой кнопкой

Зарядный ток
Кстати к USB выходам контроллера тоже нет претензий — смартфон заряжается без проблем, вот только токи заряда замерять не стал, особого смысла не вижу, да и пользоваться USB не планирую.

В процессе экспериментов оказалось, что контроллер настроить можно в определенных пределах, и например, установку отключения нагрузки невозможно установить выше 11.3в, а это не очень удобно для воплощения моей идеи- работа насоса будет слишком продолжительной

Поддерживаемое напряжение заряда возможно настроить в пределах:

Напряжение включения нагрузки (защита аккумулятора от разряда)

Напряжение отключения нагрузки (защита аккумулятора от разряда)

После отключения контроллера от аккумулятора, настройки сохраняются

Как я понимаю, что бы получить минимальное время работы необходимо установить минимальное напряжение заряда (12.7), 11.5 включение нагрузки и 11.3 отключение нагрузки… но и при таких настройках продолжительность работы даже от старой батареи УПСа оказалась более 9 часов!

Надо искать аккумулятор меньшей емкости, или подбирать более «дохлый» с УПСа (хорошо что у меня на работе их «как грязи», в принципе не проблема :)))

Хотя… в голову пришел еще один интересный вариант- можно увеличить нагрузку!
И сделать ее можно «полезной» — например подключить подсветку водопада с датчиком освещения, так даже симпатичнее должно получиться в сумерках и вечером.

К сожалению в этом обзоре не смогу Вам показать фото конечного результата -осень, холодает, не актуально сейчас этим уже заниматься. За зиму что-нибудь соберу/прикуплю интересное, весной буду собирать 🙂

В принципе доволен! Насос от этой солнечной панели ЯВНО работает дольше (при меньшем освещении) + ее мощности на солнце достаточно для заряда аккумулятора + имеется в комплекте контроллер, с помощью которого возможно организовать практически круглосуточную работу водопада.
Логика таймеров контроллера в большей степени «заточена» под работу освещения в вечернее и ночное время -мне не слишком удобна, но возможно пригодится другим пользователям.

Источник