Contrôleur de charge solaire pour batterie 100 Ah

Ce contrôleur de charge solaire complet est conçu pour charger efficacement une grosse batterie 12 V 100 Ah avec une efficacité maximale. Le chargeur solaire est pratiquement infaillible en termes de surcharge de la batterie, de court-circuit de charge ou de surintensité.

Les éléments clés de ce circuit régulateur solaire de 100 Ah sont bien entendu le panneau solaire et la batterie (12 V). La batterie fonctionne ici comme une unité de stockage d'énergie.

Les lampes CC basse tension et des trucs comme ça pourraient être tirés directement de la batterie, tandis qu'un onduleur pourrait être utilisé pour convertir la tension directe de la batterie en 240 V CA.

Néanmoins, toutes ces applications ne font généralement pas l'objet de ce contenu, qui se concentre sur brancher une batterie avec un panneau solaire . Il peut sembler trop tentant de connecter un panneau solaire directement à la batterie pour le charger, mais ce n'est jamais recommandé. Un approprié contrôleur de charge est crucial pour charger une batterie à partir d'un panneau solaire.

L'importance principale du contrôleur de charge est de réduire le courant de charge pendant les pics d'ensoleillement lorsque le panneau solaire alimente des quantités de courant supérieures au niveau requis de la batterie.

Cela devient important car la charge avec un courant élevé peut entraîner des dommages critiques à la batterie et peut certainement réduire la durée de vie de la batterie.

Sans contrôleur de charge, le danger de surcharge de la batterie est généralement imminente, car la sortie de courant d'un panneau solaire est directement déterminée par le niveau d'irradiation du soleil ou la quantité de lumière solaire incidente.

Essentiellement, vous trouverez quelques méthodes pour contrôler le courant de charge: à travers régulateur de série ou un régulateur parallèle.

Un système de régulation en série se présente généralement sous la forme d'un transistor qui est introduit en série entre le panneau solaire et la batterie.

Le régulateur parallèle se présente sous la forme d'un régulateur 'shunt' fixé en parallèle avec le panneau solaire et la batterie. Le Régulateur 100 Ah expliqué dans cet article est en fait un contrôleur de régulateur solaire de type parallèle.

La caractéristique clé d'un régulateur shunt est qu'il ne nécessite pas de grandes quantités de courant tant que la batterie n'est pas complètement chargée. En pratique, sa propre consommation de courant est tellement moindre qu'elle peut être ignorée.

Une fois la la batterie est complètement chargée cependant, la puissance excédentaire est dissipée en chaleur. Plus précisément dans les panneaux solaires plus gros, cette température élevée nécessite une structure relativement énorme du régulateur.

Avec son véritable objectif, un décent contrôleur de charge fournit en outre la sécurité de plusieurs manières, avec une protection contre la décharge profonde de la batterie, un fusible électronique et une sécurité fiable contre l'inversion de polarité pour la batterie ou le panneau solaire.

Tout simplement parce que l'ensemble du circuit est entraîné par la batterie via une diode de sauvegarde de polarité incorrecte, D1, le régulateur de charge solaire continue de fonctionner normalement même lorsque le panneau solaire ne fournit pas de courant.

Le circuit utilise la tension de batterie non régulée (jonction D2 -R4) avec une tension de référence extrêmement précise de 2,5 V. qui est générée à l'aide de la diode Zener D5.

Étant donné que le régulateur de charge fonctionne parfaitement à lui seul avec un courant inférieur à 2 mA, la batterie est à peine chargée pendant la nuit ou lorsque le ciel est nuageux.

La consommation de courant minimale du circuit est obtenue en utilisant des MOSFET de puissance de type BUZ11, T2 et T3, dont la commutation dépend de la tension, ce qui leur permet de fonctionner à une puissance d'entraînement pratiquement nulle.

Le contrôle de charge solaire proposé pour une batterie de 100 Ah surveille la batterie tension et régule le niveau de conduction du transistor T1.

Plus la tension de la batterie est élevée, plus le courant passant par T1 sera élevé. En conséquence, la chute de tension autour de R19 devient plus élevée.

Cette tension aux bornes de R19 devient la tension de commutation de grille pour le MOSFET T2, ce qui amène le MOSFET à commuter plus fort, faisant chuter sa résistance drain-source.

Pour cette raison, le panneau solaire est chargé plus lourdement, ce qui dissipe l'excès de courant à travers le R13 et le T2.

La diode Schottky D7 protège la batterie contre l'inversion accidentelle des bornes + et - du panneau solaire.

Cette diode arrête en outre le flux de courant de la batterie vers le panneau solaire dans le cas où la tension du panneau tombe sous la tension de la batterie.

Comment fonctionne le régulateur

Le schéma de circuit du régulateur de chargeur solaire 100 Ah peut être vu dans la figure ci-dessus.

Les principaux éléments du circuit sont un couple de MOSFET «lourds» et un IC quadruple ampli op.

La fonction de ce circuit intégré pourrait être divisée en 3 sections: le régulateur de tension construit autour de IC1a, le contrôleur de décharge excessive de la batterie configuré autour de IC1d et l'électronique protection de court circuit câblé autour de IC1c.

IC1 fonctionne comme le composant de contrôle principal, tandis que T2 fonctionne comme une résistance de puissance adaptable. T2 avec R13 se comporte comme une charge active à la sortie du panneau solaire. Le fonctionnement du régulateur est assez simple.

Une partie variable de la tension de la batterie est appliquée à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel de commande IC1a via le diviseur de tension R4-P1-R3. Comme indiqué précédemment, la tension de référence de 2,5 V est appliquée à l'entrée inverseuse de l'ampli opérationnel.

La procédure de fonctionnement de la régulation solaire est assez linéaire. L'IC1a vérifie la tension de la batterie, et dès qu'il atteint la pleine charge, il allume T1, T2, provoquant un shunt de la tension solaire via R13.

Cela garantit que la batterie n'est pas surchargée ou surchargée par le panneau solaire. Les pièces IC1b et D3 sont utilisées pour indiquer la condition de «charge de la batterie».

Le voyant s'allume lorsque la tension de la batterie atteint 13,1 V et lorsque le processus de charge de la batterie est lancé.

Comment fonctionnent les étapes de protection

L'opamp IC1d est configuré comme un comparateur pour surveiller le batterie faible niveau de tension, et assurer la protection contre les décharges profondes, et MOSFET T3.

La tension de la batterie est d'abord abaissée proportionnellement à environ 1/4 de la valeur nominale par le diviseur résistif R8 / R10, après quoi elle est comparée à une tension de référence de 23 V obtenue via D5. La comparaison est effectuée par IC1c.

Les résistances du diviseur de potentiel sont sélectionnées de telle manière que la sortie de IC1d baisse plus bas une fois que la tension de la batterie tombe en dessous d'une valeur approximative de 9 V.

Le MOSFET T3 inhibe et coupe ensuite la liaison au sol entre la batterie et la charge. En raison de l'hystérésis générée par la résistance de retour R11, le comparateur ne change pas d'état tant que la tension de la batterie n'a pas atteint à nouveau 12 V.

Le condensateur électrolytique C2 empêche la protection contre les décharges profondes d'être activée par des chutes de tension instantanées dues, par exemple, à la mise en marche d'une charge massive.

La protection contre les courts-circuits incluse dans le circuit fonctionne comme un fusible électronique. Lorsqu'un court-circuit se produit accidentellement, il coupe la charge de la batterie.

La même chose est également mise en œuvre via T3, qui montre la fonction jumelle cruciale du MOSFET T13. Non seulement le MOSFET fonctionne comme un disjoncteur de court-circuit, mais sa jonction drain-source joue également son rôle comme une résistance de calcul.

La chute de tension générée aux bornes de cette résistance est réduite par R12 / R18 et ensuite appliquée à l'entrée inverseuse du comparateur IC1c.

Ici aussi, la tension précise fournie par D5 est utilisée comme référence. Tant que la protection contre les courts-circuits reste inactive, l'IC1c continue de fournir une sortie logique «haute».

Cette action bloque la conduction D4, de sorte que la sortie IC1d décide uniquement du potentiel de porte T3. Une plage de tension de grille d'environ 4 V à 6 V est atteinte à l'aide du diviseur résistif R14 / R15, permettant d'établir une chute de tension nette sur la jonction drain-source de T3.

Une fois que le courant de charge atteint son niveau le plus élevé, la chute de tension augmente rapidement jusqu'à ce que le niveau soit juste suffisant pour faire basculer IC1c. Cela fait maintenant que sa sortie devient logique bas.

Pour cette raison, la diode D4 s'active maintenant, permettant à la porte T3 d'être court-circuitée à la terre. Pour cette raison, le MOSFET s'arrête maintenant, arrêtant le flux de courant. Le réseau R / C R12 / C3 décide du temps de réaction du fusible électronique.

Un temps de réaction relativement lent est réglé afin d'éviter une activation incorrecte du fonctionnement du fusible électronique en raison d'une augmentation momentanée et momentanée du courant dans le courant de charge.

La LED D6, en outre, est utilisée comme référence de 1,6 V, garantissant que C3 n'est pas capable de charger au-dessus de ce niveau de tension.

Lorsque le court-circuit est supprimé et la charge détachée de la batterie, C3 se décharge progressivement à travers la LED (cela peut prendre jusqu'à 7 secondes). Étant donné que le fusible électronique est conçu avec une réponse raisonnablement lente, cela ne signifie pas que le courant de charge sera autorisé à atteindre des niveaux excessifs.

Avant que le fusible électronique ne puisse être activé, la tension de grille T3 invite le MOSFET à restreindre le courant de sortie au point déterminé par le réglage du préréglage P2.

Afin de garantir que rien ne brûle ou ne frite, le circuit dispose en outre d'un fusible standard, F1, qui est fixé en série avec la batterie, et fournit l'assurance qu'une panne probable du circuit ne déclencherait pas une catastrophe immédiate.

En tant que bouclier défensif ultime, D2 a été inclus dans le circuit. Cette diode protège les entrées IC1a et IC1b contre les dommages dus à une connexion accidentelle de batterie inversée.

Sélection du panneau solaire

Le choix du panneau solaire le plus approprié dépend naturellement de la cote Ah de la batterie avec laquelle vous avez l'intention de travailler.

Le régulateur de charge solaire est essentiellement conçu pour les panneaux solaires avec une tension de sortie modérée de 15 à 18 volts et de 10 à 40 watts. Ces types de panneaux conviennent généralement aux batteries de 36 à 100 Ah.

Néanmoins, étant donné que le régulateur de charge solaire est spécifié pour fournir une consommation de courant optimale de 10 A, des panneaux solaires de 150 watts peuvent bien être appliqués.

Le circuit de régulation du chargeur solaire peut également être appliqué Moulins à vent et avec d'autres sources de tension, à condition que la tension d'entrée soit comprise entre 15 et 18 V.

La majeure partie de la chaleur est dissipée par la charge active, T2 / R13. Il va sans dire que le MOSFET doit être efficacement refroidi par un dissipateur thermique et que le R13 doit être évalué de manière adéquate pour résister à des températures extrêmement élevées.

La puissance R13 doit être conforme à la puissance nominale du panneau solaire. Dans le scénario (extrême) où un panneau solaire est branché avec une tension de sortie à vide de 21 V, ainsi qu'un courant de court-circuit de 10 A, dans un tel scénario T2 et R13 commence à dissiper une puissance équivalente à la tension différence entre la batterie et le panneau solaire (environ 7 V) multipliée par le courant de court-circuit (10 A), soit tout simplement 70 watts!

Cela peut se produire une fois que la batterie est complètement chargée. La majorité de la puissance est libérée via R13, puisque le MOSFET offre alors une très faible résistance. La valeur de la résistance MOSFET R13 peut être déterminée rapidement grâce à la loi d'Ohm suivante:

R13 = P x I^deux= 70 x 10^deux= 0,7 Ohms

Ce type de production extrême de panneaux solaires peut toutefois sembler inhabituel. Dans le prototype du régulateur de charge solaire, une résistance de 0,25 Ω / 40 W avait été appliquée constituée de quatre résistances fixées en parallèle de 1Ω / 10 W. Le refroidissement nécessaire pour T3 est calculé de la même manière.

En supposant que le courant de sortie le plus élevé soit de 10 A (ce qui se compare à une chute de tension d'environ 2,5 V sur la jonction drain-source), alors une dissipation maximale d'environ 27 W doit être évaluée.

Pour garantir un refroidissement adéquat du T3 même à des températures de fond excessives (par exemple, 50 ° C), le dissipateur thermique doit utiliser une résistance thermique de 3,5 K / W ou moins.

Les pièces T2, T3 et D7 sont disposées sur un côté particulier du PCB, ce qui facilite leur fixation sur un seul dissipateur thermique commun (avec des composants d'isolation).

La dissipation de ces trois semi-conducteurs doit donc être incluse, et nous voulons dans ce cas un dissipateur thermique ayant des spécifications thermiques de 1,5 K / W ou plus. Le type décrit dans la liste de pièces est conforme à cette condition.

Comment configurer

Heureusement, le circuit du régulateur solaire de batterie de 100 Ah est assez facile à installer. La tâche exige néanmoins quelques alimentations (régulées) .

L'un d'eux est ajusté à une tension de sortie de 14,1 V et couplé aux fils de batterie (appelés «accu») sur le PCB. La deuxième alimentation doit avoir un limiteur de courant.

Cette alimentation est ajustée à la tension en circuit ouvert du panneau solaire, (par exemple 21 V, comme dans l'état indiqué précédemment), et couplée aux bornes à fourche désignées par un 'cellules'.

Lorsque nous ajustons le P1 de manière appropriée, la tension devrait diminuer à 14,1 V. Ne vous inquiétez pas à ce sujet, car le limiteur de courant et le D7 garantissent que rien ne peut mal tourner!

Pour un réglage efficace de P2, vous devez travailler avec une charge un peu plus élevée que la charge la plus lourde qui peut éventuellement se produire en sortie. Si vous souhaitez extraire le maximum de cette conception, essayez de choisir un courant de charge de 10 A.

Ceci pourrait être réalisé en utilisant une résistance de charge de 1Ω x 120 W, composée, par exemple, de 10 résistances de 10Ω / 10 W en parallèle. Le préréglage P2 est au début tourné sur 'Maximum (essuie-glace vers R14).

Après cela, la charge est attachée aux fils désignés «charge» sur le PCB. Réglez lentement et prudemment P2 jusqu'à ce que vous atteigniez le niveau où T3 s'éteint et coupe la charge. Après le retrait des résistances de charge, les fils de «charge» peuvent être momentanément court-circuités pour vérifier que le fusible électronique fonctionne correctement.

Disposition PCB

Liste des pièces

Résistances:
RI = 1k
R2 = 120k
R3, R20 = 15 000
R4, R15, R19 = 82k
R5 = 12 000
R6 = 2,2 k
R7, R14, R18, R21 = 100k
R8, R9 = 150k
R10 = 47 000
R11 = 270 000
R12, R16 = 1 M
R13 = voir le texte
R17 = 10 000
P1 = préréglage 5k
P2 = préréglage 50k
Condensateurs:
Cl = 100 nF
C2 = 2,2 uF / 25 V radial
C3 = 10 uF / 16 V
Semi-conducteurs:
D1, D2, D4 = 1N4148
D3,136 = LED rouge
D5 = LM336Z-2,5
D7 = BYV32-50
T1 = BC547
T2, T3 = BUZ11
IC1 = TL074
Divers:
F1 = fusible 10 A (T) avec support de montage PCB
8 bornes à fourche pour montage à vis
Dissipateur thermique 1.251VW