Solarladeregler für 100 Ah Batterie

Dieser umfassende Solarladeregler wurde entwickelt, um eine große 12-V-100-Ah-Batterie mit höchster Effizienz effektiv zu laden. Das Solarladegerät ist praktisch kinderleicht in Bezug auf Batterieüberladung, Lastkurzschluss oder Überstrombedingungen.

Die Schlüsselelemente dieser 100-Ah-Solarreglerschaltung sind offensichtlich das Solarpanel und die (12-V-) Batterie. Die Batterie arbeitet hier als Energiespeicher.

Niederspannungs-Gleichstromlampen und ähnliches könnten direkt aus der Batterie angesteuert werden, während a Wechselrichter könnte betrieben werden, um direkte Batteriespannung in 240 V AC umzuwandeln.

Trotzdem sind all diese Anwendungen in der Regel nicht Gegenstand dieses Inhalts, auf den sich der Schwerpunkt konzentriert Schließen Sie eine Batterie mit einem Solarpanel an . Es mag zu verlockend erscheinen, ein Solarpanel zum Laden direkt an den Akku anzuschließen, aber das wird niemals empfohlen. Eine angemessene Laderegler ist entscheidend für das Laden eines Akkus über ein Solarpanel.

Die Hauptbedeutung des Ladereglers besteht darin, den Ladestrom während der Sonneneinstrahlung zu reduzieren, wenn das Solarpanel höhere Strommengen als über den erforderlichen Batteriestand hinaus benötigt.

Dies ist wichtig, da das Laden mit hohem Strom zu einer kritischen Schädigung des Akkus führen und die Lebensdauer des Akkus mit Sicherheit verringern kann.

Ohne Laderegler besteht die Gefahr von Überladen der Batterie ist normalerweise bevorstehend, da die Stromabgabe eines Solarmoduls direkt durch die Bestrahlungsstärke der Sonne oder die Menge des einfallenden Sonnenlichts bestimmt wird.

Im Wesentlichen finden Sie einige Methoden zur Steuerung des Ladestroms: durch Serienregler oder ein Parallelregler.

Ein Serienreglersystem hat üblicherweise die Form eines Transistors, der in Reihe zwischen dem Solarpanel und der Batterie eingeführt wird.

Der Parallelregler hat die Form a 'Shunt'-Regler parallel zum Solarpanel und zur Batterie angebracht. Das 100 Ah Regler In diesem Beitrag wird erklärt, dass es sich tatsächlich um einen parallelen Solarregler handelt.

Das Hauptmerkmal von a Nebenschlussregler ist, dass es keine hohen Strommengen benötigt, bis der Akku vollständig aufgeladen ist. In der Praxis ist der eigene Stromverbrauch so gering, dass er ignoriert werden kann.

Sobald die Akku ist voll aufgeladen Die überschüssige Leistung wird jedoch in Wärme umgewandelt. Insbesondere bei größeren Solarmodulen erfordert diese hohe Temperatur eine relativ große Struktur des Reglers.

Zusammen mit seinem eigentlichen Zweck ein anständiger Laderegler bietet darüber hinaus in vielerlei Hinsicht Sicherheit, zusammen mit einem Schutz vor tiefem Entladen der Batterie, ein elektronische Sicherung und eine zuverlässige Sicherheit in Bezug auf die Polaritätsumkehr für die Batterie oder das Solarpanel.

Einfach weil der gesamte Stromkreis von der Batterie über eine Schutzdiode mit falscher Polarität, D1, angetrieben wird, arbeitet der Solarladeregler auch dann normal weiter, wenn das Solarpanel keinen Strom liefert.

Die Schaltung nutzt die ungeregelte Batteriespannung (Anschluss D2 -R4) zusammen mit einer äußerst präzisen Referenzspannung von 2,5 V., die mit der Zenerdiode D5 erzeugt wird.

Da der Laderegler selbst mit einem Strom von weniger als 2 mA einwandfrei funktioniert, wird der Akku nachts oder bei bewölktem Himmel kaum geladen.

Die minimale Stromaufnahme durch die Schaltung wird durch die Verwendung von Leistungs-MOSFETs vom Typ BUZ11, T2 und T3 erreicht, deren Schaltung spannungsabhängig ist. Dadurch können sie bei praktisch null Antriebsleistung arbeiten.

Die vorgeschlagene Solarladesteuerung für 100 Ah Batterie überwacht die Batterie Spannung und regelt den Leitungspegel des Transistors T1.

Je größer die Batteriespannung ist, desto höher ist der über T1 fließende Strom. Infolgedessen wird der Spannungsabfall um R19 höher.

Diese Spannung an R19 wird zur Gate-Schaltspannung für den MOSFET T2, wodurch der MOSFET stärker schaltet und seinen Drain-Source-Widerstand abfällt.

Aufgrund dessen wird das Solarpanel stärker belastet, wodurch der überschüssige Strom durch R13 und T2 abgeleitet wird.

Die Schottky-Diode D7 schützt die Batterie vor versehentlichem Umkehren der + und - Anschlüsse des Solarpanels.

Diese Diode stoppt zusätzlich den Stromfluss von der Batterie in das Solarpanel, falls die Panelspannung unter die Batteriespannung fällt.

Wie der Regler funktioniert

Das Schaltbild des 100-Ah-Solarladereglers ist in der obigen Abbildung zu sehen.

Die Hauptelemente der Schaltung sind ein paar 'schwere' MOSFETs und ein Vierfach-Operationsverstärker-IC.

Die Funktion dieses IC kann in drei Abschnitte unterteilt werden: den um IC1a aufgebauten Spannungsregler, den um IC1d konfigurierten Batterieüberladungsregler und die Elektronik Kurzschlussschutz um IC1c verdrahtet.

IC1 funktioniert wie die Hauptsteuerungskomponente, während T2 als anpassbarer Leistungswiderstand fungiert. T2 verhält sich zusammen mit R13 wie eine aktive Last am Ausgang des Solarpanels. Die Funktionsweise des Reglers ist recht einfach.

Ein variabler Teil der Batteriespannung wird über den Spannungsteiler R4-P1-R3 an den nichtinvertierenden Eingang des Steuer-Operationsverstärkers IC1a angelegt. Wie bereits erwähnt, wird die 2,5-V-Referenzspannung an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers angelegt.

Der Arbeitsablauf der Solarregulierung ist ziemlich linear. Der IC1a überprüft die Batteriespannung und schaltet T1, T2 ein, sobald er die volle Ladung erreicht hat, wodurch die Sonnenspannung über R13 umgeleitet wird.

Dies stellt sicher, dass der Akku vom Solarpanel nicht überladen oder überladen wird. Die Teile IC1b und D3 dienen zur Anzeige des Ladezustands der Batterie.

Die LED leuchtet, wenn die Batteriespannung 13,1 V erreicht und der Ladevorgang der Batterie eingeleitet wird.

Wie die Schutzstufen funktionieren

Der Operationsverstärker IC1d ist wie ein Komparator zur Überwachung des IC eingerichtet Akku fast leer Spannungspegel und gewährleisten Schutz gegen Tiefenentladung und MOSFET T3.

Die Batteriespannung wird zunächst durch den Widerstandsteiler R8 / R10 proportional auf etwa 1/4 des Nennwerts abgesenkt und anschließend mit einer über D5 erhaltenen Referenzspannung von 23 V verglichen. Der Vergleich wird von IC1c durchgeführt.

Die Potentialteilerwiderstände werden so gewählt, dass der Ausgang von IC1d abfällt, sobald die Batteriespannung unter einen ungefähren Wert von 9 V fällt.

Der MOSFET T3 sperrt anschließend die Erdungsverbindung zwischen der Batterie und der Last und unterbricht sie. Aufgrund der vom R11-Rückkopplungswiderstand erzeugten Hysterese ändert der Komparator den Zustand erst, wenn die Batteriespannung wieder 12 V erreicht hat.

Der Elektrolytkondensator C2 verhindert, dass der Tiefentladungsschutz durch sofortige Spannungsabfälle aktiviert wird, beispielsweise durch das Einschalten einer massiven Last.

Der im Stromkreis enthaltene Kurzschlussschutz funktioniert wie eine elektronische Sicherung. Wenn versehentlich ein Kurzschluss auftritt, wird die Batterie entlastet.

Dasselbe wird auch durch T3 implementiert, das die entscheidende Doppelfunktion des MOSFET T13 zeigt. Der MOSFET arbeitet nicht nur als Kurzschlussschalter, sein Drain-Source-Übergang spielt auch eine Rolle wie ein Rechenwiderstand.

Der an diesem Widerstand erzeugte Spannungsabfall wird durch R12 / R18 verkleinert und anschließend an den invertierenden Eingang des Komparators IC1c angelegt.

Auch hier wird die von D5 gelieferte genaue Spannung als Referenz verwendet. Solange der Kurzschlussschutz inaktiv bleibt, liefert der IC1c weiterhin einen 'hohen' Logikausgang.

Diese Aktion blockiert die D4-Leitung, so dass der IC1d-Ausgang ausschließlich das T3-Gate-Potential bestimmt. Mit Hilfe des Widerstandsteilers R14 / R15 wird ein Gate-Spannungsbereich von etwa 4 V bis 6 V erreicht, wodurch ein deutlicher Spannungsabfall über dem Drain-Source-Übergang von T3 hergestellt werden kann.

Sobald der Laststrom seinen höchsten Pegel erreicht hat, steigt der Spannungsabfall schnell an, bis der Pegel gerade ausreicht, um IC1c umzuschalten. Dies führt nun dazu, dass sein Ausgang logisch niedrig wird.

Aus diesem Grund wird jetzt die Diode D4 aktiviert, wodurch das T3-Gate gegen Masse kurzgeschlossen werden kann. Aus diesem Grund schaltet sich der MOSFET jetzt aus und stoppt den Stromfluss. Das R / C-Netzwerk R12 / C3 bestimmt die Reaktionszeit der elektronischen Sicherung.

Eine relativ langsame Reaktionszeit wird eingestellt, um eine fehlerhafte Aktivierung des elektronischen Sicherungsbetriebs aufgrund eines gelegentlichen kurzzeitigen Anstiegs des Laststroms zu vermeiden.

Die LED D6 wird zusätzlich als 1,6-V-Referenz verwendet, um sicherzustellen, dass C3 nicht über diesen Spannungspegel aufgeladen werden kann.

Wenn der Kurzschluss behoben und die Last von der Batterie gelöst wird, wird C3 allmählich über die LED entladen (dies kann bis zu 7 Sekunden dauern). Da die elektronische Sicherung relativ träge reagiert, bedeutet dies nicht, dass der Laststrom übermäßige Werte erreichen darf.

Bevor die elektronische Sicherung aktiviert werden kann, fordert die T3-Gate-Spannung den MOSFET auf, den Ausgangsstrom auf den Punkt zu beschränken, der durch die Einstellung der Voreinstellung P2 bestimmt wird.

Um sicherzustellen, dass nichts brennt oder brät, verfügt der Stromkreis zusätzlich über eine Standardsicherung F1, die in Reihe mit der Batterie geschaltet ist, und bietet die Gewissheit, dass ein wahrscheinlicher Ausfall des Stromkreises keine unmittelbare Katastrophe auslösen würde.

Als ultimativer Verteidigungsschild wurde D2 in die Rennstrecke aufgenommen. Diese Diode schützt die IC1a- und IC1b-Eingänge vor Beschädigungen durch eine versehentliche umgekehrte Batterieanbindung.

Auswahl des Solarpanels

Die Entscheidung für ein am besten geeignetes Solarpanel hängt natürlich von der Ah-Bewertung der Batterie ab, mit der Sie arbeiten möchten.

Der Solarladeregler ist grundsätzlich für Solarmodule mit einer moderaten Ausgangsspannung von 15 bis 18 Volt und 10 bis 40 Watt ausgelegt. Diese Arten von Panels eignen sich normalerweise für Batterien mit einer Nennleistung zwischen 36 und 100 Ah.

Da der Solarladeregler so spezifiziert ist, dass er eine optimale Stromaufnahme von 10 A liefert, können Sonnenkollektoren mit einer Leistung von 150 Watt durchaus angewendet werden.

Die Solarladereglerschaltung kann auch in angewendet werden Windmühlen und mit anderen Spannungsquellen, vorausgesetzt, die Eingangsspannung liegt im Bereich von 15 bis 18 V.

Der größte Teil der Wärme wird über die aktive Last T2 / R13 abgeführt. Es ist unnötig zu erwähnen, dass der MOSFET durch einen Kühlkörper effektiv gekühlt werden sollte und R13 ausreichend ausgelegt sein sollte, um extrem hohen Temperaturen standzuhalten.

Die Leistung des R13 muss der Nennleistung des Solarpanels entsprechen. In dem (extremen) Szenario, in dem ein Solarpanel mit einer Leerlaufausgangsspannung von 21 V und einem Kurzschlussstrom von 10 A angeschlossen ist, beginnen in einem solchen Szenario T2 und R13, eine der Spannung äquivalente Leistung abzuleiten Differenz zwischen Batterie und Solarpanel (ca. 7 V) multipliziert mit dem Kurzschlussstrom (10 A) oder einfach 70 Watt!

Dies kann tatsächlich auftreten, wenn der Akku vollständig aufgeladen ist. Der größte Teil der Leistung wird über R13 abgegeben, da der MOSFET dann einen sehr geringen Widerstand bietet. Der Wert des MOSFET-Widerstands R13 konnte schnell durch das folgende Ohmsche Gesetz bestimmt werden:

R13 = P x I.^zwei= 70 x 10^zwei= 0,7 Ohm

Diese Art der extremen Leistung von Solarmodulen könnte jedoch ungewöhnlich erscheinen. Beim Prototyp des Solarladereglers wurde ein Widerstand von 0,25 Ω / 40 W angelegt, der aus vier parallel geschalteten Widerständen von 1 Ω / 10 W besteht. Die erforderliche Kühlung für T3 wird auf die gleiche Weise berechnet.

Angenommen, der höchste Ausgangsstrom beträgt 10 A (im Vergleich zu einem Spannungsabfall von ungefähr 2,5 V über dem Drain-Source-Übergang), muss eine maximale Verlustleistung von ungefähr 27 W bewertet werden.

Um eine ausreichende Kühlung von T3 auch bei übermäßigen Hintergrundtemperaturen (z. B. 50 ° C) zu gewährleisten, muss der Kühlkörper einen Wärmewiderstand von 3,5 K / W oder weniger verwenden.

Die Teile T2, T3 und D7 sind an einer bestimmten Seite der Leiterplatte angeordnet, so dass sie leicht an einem einzigen gemeinsamen Kühlkörper (mit Isolationskomponenten) angebracht werden können.

Die Verlustleistung dieser drei Halbleiter muss daher berücksichtigt werden, und wir möchten in diesem Fall einen Kühlkörper mit einer thermischen Spezifikation von 1,5 K / W oder höher. Der in der Teileliste beschriebene Typ erfüllt diese Voraussetzung.

Wie stellt man das ein

Zum Glück ist die 100-Ah-Batterie-Solarreglerschaltung ziemlich einfach einzurichten. Die Aufgabe erfordert jedoch ein paar (geregelte) Netzteile .

Eine davon ist auf eine Ausgangsspannung von 14,1 V eingestellt und mit den Batteriekabeln (mit 'accu' bezeichnet) auf der Leiterplatte verbunden. Das zweite Netzteil muss einen Strombegrenzer haben.

Diese Versorgung wird an die Leerlaufspannung des Solarpanels angepasst (zum Beispiel 21 V, wie im zuvor angegebenen Zustand) und an die mit a bezeichneten Flachstecker gekoppelt 'Zellen'.

Wenn wir P1 richtig einstellen, sollte die Spannung auf 14,1 V abfallen. Bitte machen Sie sich darüber keine Sorgen, da der Strombegrenzer und D7 garantieren, dass absolut nichts schief gehen kann!

Für eine effektive Einstellung von P2 müssen Sie mit einer Last arbeiten, die etwas höher ist als die schwerste Last, die möglicherweise am Ausgang auftritt. Wenn Sie das Maximum aus dieser Konstruktion extrahieren möchten, wählen Sie einen Laststrom von 10 A.

Dies könnte unter Verwendung eines Lastwiderstands von 1 Ω x 120 W erreicht werden, der beispielsweise aus 10 Widerständen von 10 Ω / 10 W parallel besteht. Die Voreinstellung P2 wird zu Beginn auf 'Maximum gedreht (Wischer in Richtung R14).

Danach wird die Last an die Kabel angeschlossen, die auf der Leiterplatte als 'Last' bezeichnet werden. Feineinstellung von P2 langsam und vorsichtig, bis Sie den Pegel erreicht haben, bei dem T3 gerade abschaltet und die Last abschaltet. Nach dem Entfernen der Lastwiderstände können die Lastleitungen kurzgeschlossen werden, um zu testen, ob die elektronische Sicherung ordnungsgemäß funktioniert.

Leiterplattenlayouts

Liste der Einzelteile

Widerstände:
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 = 270 k
R12, R16 = 1 M.
R13 = siehe Text
R17 = 10k
P1 = 5k voreingestellt
P2 = 50k voreingestellt
Kondensatoren:
Cl = 100 nF
C2 = 2,2 uF / 25 V radial
C3 = 10 uF / 16 V.
Halbleiter:
D1, D2, D4 = 1N4148
D3,136 = LED rot
D5 = LM336Z-2.5
D7 = BYV32-50
T1 = BC547
T2, T3 = BUZ11
IC1 = TL074
Verschiedenes:
F1 = Sicherung 10 A (T) mit Leiterplattenhalterung
8 Flachstecker zur Schraubbefestigung
Kühlkörper 1.251VW