Solarregler mit BJT-Transistor und PIC24-Mikrocontroller zum Laden von 3,6-V-NiMH-Akkus

tl, dr: In Ihrem Fall brauchen Sie anscheinend überhaupt keine Ladekontrolle, und es ist aus verschiedenen Gründen komplizierter, als Sie zu sinken scheinen. Legen Sie einfach einen 1N4001 zwischen die Solarzelle und die Batterie.

Die NiMH-Batterie hat eine ziemlich niedrige Impedanz und zieht so viel Strom aus der Solarzelle, wie bei der Zellenspannung verfügbar ist. Während des Ladevorgangs liegt sie wahrscheinlich bei etwa 1,4 V/Zelle. Dies ist eine Ausgangsspannung von 4,2 Volt. Bei hellem Sonnenlicht überschreiten Sie wahrscheinlich die für den maximalen Leistungspunkt angegebenen 170 mA. Erwarten Sie etwa 200-220 mA, was unter C / 10 der Zellen liegt. Ich habe keine Ahnung, wie Sie die NiMH-Ladesteuerung bei stark variierenden Ladeströmen durchführen möchten, die C / 10 niemals überschreiten (kein -deltaU, kein dT / T scheint anwendbar zu sein, aber lassen Sie uns das ignorieren).

Das Erste, was zu beachten ist: Ihre Schaltung wird nicht wie gezeichnet funktionieren. Sie haben einen NPN-Transistor gezeichnet. Es benötigt eine Spannung an der Basis, die die Emitterspannung (um etwa 0,6 V) übersteigt, um es leitend zu machen, aber der uC hat keinen Zugriff auf die erforderlichen 4,8 V (Batteriespannung + 0,6 V). Sie benötigen stattdessen einen PNP-Transistor. In diesem Fall müssen Sie Strom vom Basisanschluss zu einer negativeren Senke liefern. Außerdem würden Sie in diesem Fall den Emitter mit der Solarzelle verbinden. Beachten Sie, dass Sie zum Ausschalten des Transistors die Basisspannung bis auf 0,5 V unter die unbelastete Solarzellenspannung bringen müssen, dies sind etwa 8 V.

Beginnen Sie mit dem gewünschten Kollektorstrom (220mA maximaler Zellenausgang) und werfen Sie einen Blick in das Transistordatenblatt. Wählen wir einen BC327für seine höhere Nennstromstärke im Vergleich zu den typischen 100-mA-Transistoren. Schauen Sie sich Abbildung 4 (Sättigungsbereich) an, wenn Sie niedrige Verluste am Transistor haben möchten, was jetzt eine gute Idee zu sein scheint (aber siehe später). Sie haben Kurven für 100mA und 300mA Kollektorstrom. Da wir nicht viel Energie zu verschwenden haben, ist es eine gute Idee, einen Basisstrom am unteren Ende des nahezu flachen Endes der Sättigungsspannungskurve zu wählen, was etwa 4 mA ergibt, wenn Sie zwischen 100 mA und 300 mA interpolieren Kurve. Um den Transistor einzuschalten, müssen Sie bei 4,4 V Solarzellenspannung, 200 mV Transistorabfall und 4,2 V Batteriespannung 4 mA bei 4,4 V-0,6 V (Emitter-Basis-Spannung) senken. Zum Ausschalten muss die Basis auf 8 V ansteigen (siehe oben). Das heißt, Sie benötigen einen Pull-up-Widerstand zwischen Basis und Emitter,

Die Schaltung sieht also so aus: PNP mit Emitter zur Solarzelle und Kollektor zur Batterie. Ein Widerstand, der Emitter mit Basis verbindet (der Wert spielt keine große Rolle, und etwas um 100 k liefert einen ausreichenden Pull-Off-Effekt, ohne die Schaltung zu stören, während der Transistor eingeschaltet ist), eine Diode und ein Widerstand in Reihe zum uC. Der uC muss 4 mA sinken, um den Transistor einzuschalten. Daraus ergibt sich eine Ausgangsspannung von 0,4V. Der Widerstand muss also 4 mA sinken, während er am uC-Ende 0,4 V über Masse und am Diodenende 3,8 V über Masse hat. 4 mA bei 3,4 V sind 850 Ohm. 900 Ohm in Ihrer Schaltung scheinen also nicht so viel zu sein.

Sie werden mit dieser Schaltung jedoch aus verschiedenen Gründen überhaupt nicht zufrieden sein: Ständig sinkende 4 mA nehmen zu viel Ladestrom auf (an einem hellen sonnigen Sommertag im Freien 220 mA zu erhalten, ist eine Sache, an bewölkten Tagen drinnen zu sein, erwarten Sie so etwas wie 10 mA maximal), und Sie verschwenden davon 4 mA, nur um diesen Transistor einzuschalten. Außerdem ziehen die Solarzellen bei Dunkelheit durch ihren Leckstrom Strom und entladen die Batterie, indem sie den Transistor im Sperrbetrieb betreiben (Kollektor fungiert als Emitter, Basisstrom wird von den Solarzellen bereitgestellt und der 100k-Widerstand als Pull- nach oben, und der Emitter fungiert als Kollektor). Eine allgemeine Weisheit ist, dass Sie sich dagegen schützen müssen, indem Sie beispielsweise eine Diode zwischen Kollektor und Batterie schalten. Dort verlierst du allerdings Spannung. Eine andere Möglichkeit wäre ein "

Tatsächlich ist Ihr Ladestrom im Vergleich zur Zellenkapazität sehr gering. Wie oben geschätzt, kommt man nur unter außergewöhnlich guten Bedingungen auf C/12, man kann den Ladestrom getrost als "Erhaltungsladung" bezeichnen, es sei denn, man hält das Gerät 24/7 in den Strahl eines hellen Scheinwerfers. Sie brauchen keine Ladekontrolle. Sie müssen nur eine Entladung durch Zellleckage verhindern, und dies kann durch eine einzelne Diode zwischen Solarzelle und Batterie bereitgestellt werden.

Die Batterie hat 2450 mAh, aber das Solarpanel kann nur 170 mA ausgeben, sodass Sie keine komplexe Ladeschaltung benötigen. Einfach das Panel direkt an der Batterie einhängen, fertig!

Aber wie ist das möglich?

Es dauert mindestens 2450/170 = 14,4 Stunden, um den leeren Akku vollständig aufzuladen. Das ist bereits langsamer als die standardmäßige Erhaltungsladung von 10 Stunden, aber die Sonne scheint 14 Stunden lang nicht mit voller Helligkeit, sodass der durchschnittliche Strom noch niedriger ist. Ein NiMH-Akku wird durch kontinuierliches Laden mit diesem niedrigen Strom nicht beschädigt.

Der Zweck einer Diode in Reihe besteht darin, zu verhindern, dass der Sperrstrom im Panel die Batterie entlädt. Der Leckstrom eines solchen Low-Power-Panels ist jedoch wahrscheinlich unbedeutend. Setzen Sie also eine Diode ein, wenn Sie möchten, aber es ist wahrscheinlich nicht notwendig.

Es macht wenig Sinn, die Ladung abzuschalten, wenn man den Zustand der Batterie nicht kennt. Wenn der Ladestrom bekannt wäre, könnte man den Ladezustand durch Messen der Batteriespannung abschätzen. Sie messen jedoch nicht den Strom, sodass Sie nicht wissen, wie viel der Spannung auf den Ladezustand und wie viel auf den Ladestrom zurückzuführen ist.

Daher können Sie den Akku genauso gut kontinuierlich auf Erhaltungsladung belassen und ihn die geringe Menge an überschüssiger Ladung als Wärme abführen lassen, sobald er die volle Ladung erreicht hat. Wenn es so aufgefüllt wird, bleibt es im Gleichgewicht, da schließlich alle Zellen eine volle Ladung erhalten, auch wenn einige früher als andere dort ankommen.

Mein Punkt ist: Es fehlen einige Sensoren LDR (lichtabhängiger Widerstand), um Dunkelheit und Tag zu erkennen. Es ist immer besser, einen Akku tagsüber aufzuladen.

Wie bereits erwähnt, ist das Laden von Batterien in Reihe gefährlich. Sie sollten sorgfältig ausbalanciert und thermokontrolliert sein. Andernfalls können sie unausgeglichen werden und sich unter 0 V entladen (was zu dauerhaften Schäden an den Batterien führen kann).

Sie können Ihre Batterien für LiPo mit Schutzschaltungsmodul PCM für 2S 7,4 V 7,2 V ändern.

Verwendung eines Spannungsteilers V1*(R2)/(R1+R2)=V2 (0–5 V) zum Erfassen der analogen Spannung von der Batterie. Sie können den Batteriestatus überwachen.