Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Regulator MPPT z funkcją ładowania akumulatorów

kankos5 22 Lut 2017 20:48 1707 12
  • #1 22 Lut 2017 20:48
    kankos5
    Poziom 8  

    Witam wszystkich.
    Chciałbym prosić bardziej doświadczonych użytkowników o poradę.
    Jak w temacie mam zadanie zaprojektować układu energoelektronicznych z wbudowanym algorytmem MPPT.
    Sterownik przeznaczony byłby do wysokonapięciowych paneli amorficznych oraz zwyczajnych polikrystalicznych. Maksymalne napięcie wejściowe ze względu na panele amorficzne było by na poziomie 120Vdc moc wyjściowa wynosiła by około 120W
    Dla systemu 12V maksymalny prąd wynosił by 10A.
    Część silnoprądową stanowi przekształtnik DC/DC obniżający 2 fazowy lub obniżająco-podwyższający napięcie jednofazowy.
    Układ na wejściu posiadał by pomiar natężenia prądu zrealizowany na czujniku hala i napięcia oparty o dzielnik rezystancyjny. Na podstawie tych danych układ obliczał by moc dostarczaną przez panel oraz badał jej zmiany w wyniku odziaływania przetwornicy DC/DC.
    Początkowo do testów zastosował bym mały akumulator „Żelowy” a do dłuższych testów akumulator kwasowo-ołowiowy z ciężarówki (wiem ze to nienajlepszy ale przyjdzie czas będzie rada).

    I na tym etapie zaczęły się pytania :D
    :arrow: Wiem kontrolery PWM do ładowania akumulatorów stosują 3 fazy ładowania.
    Nie wiem jednak jak ugryźć to w moim projekcie, wymyśliłem takie coś proszę o weryfikację rozumowania.
    Faza 1. Akumulator nienaładowany napięcie poniżej 12V. Regulator działa w trybie MPPT czyli ładuje baterie a napięcie ładowania jest dobierane względem „wyciągnięcia” z paneli maksymalnej mocy. Zapewnia to szybkie ładowanie oraz odbiór całej energii z paneli i szybkie ładowanie.
    Faza 2. Akumulator się naładował napięcie wzrosło powyżej około 13,8V. Regulator przechodzi w stan doładowywania akumulatora czyli zamiast szukać punktu o maksymalnej mocy stabilizuje napięcie na poziomie 14V. Zapewnia to zmniejszenie prądu ładowania i regenerację baterii.
    Faza 3. Noc akumulator jest rozładowywany przez odbiorniki jeżeli napięcie spadnie poniżej 10.8V odbiorniki są odłączane lub podłączane do innego źródła zasilania.
    Nie mam pewności czy dobrze to zrozumiałem czy takie sposób ładowania nie tyczy się tylko PWM i czy napisałem odpowiedzenie poziomy napięć .
    :arrow: Zastanawiam się czy w pierwszym etapie muszę ograniczać natężenia prąd ładowania czy będzie to niejako działo się automatycznie w wyniku działania algorytmu MPPT.
    Szukam odpowiedzi na te pytania ponieważ pozwoli to stworzyć algorytm programu sterującego.

    :arrow: Kolejne pytanie dotyczy pomiaru napięcia na akumulatorze. Ponieważ podczas działania przekształtnika napięcie na akumulatorze będzie równe napięciu generowanemu poprzez układ DC/DC (przynajmniej tak sądzę jeżeli się mylę to proszę o krytykę). W jaki sposób zmierzyć napięcie realne jakie będzie na zaciskach akumulatora w stanie „jałowym” by określić czy nie jest on przeładowywany.

    Dziękuje wszystkim którzy przebyli przez tę plątaninę słów :) i wszystkim którzy udzielą odpowiedzi. :please:
    Jeżeli temat zostanie przyjęty będę dalej dzielił się z wami wiadomościami z placu boju :oops: .

    0 12
  • #2 23 Lut 2017 23:42
    snout
    Poziom 9  

    Zakladam, ze 120V to napiecie przy rozwartego panelu. W zimie, przy -10 i ladnym slonoczku bedziesz mial pod 150V. Przewaznie takie ukaldy sa na 80V (wtedy masz max 110V). Obniz napiecie pracy i kup scalaka od lineara czy st. Ciezki temat.

    0
  • #3 26 Lut 2017 16:25
    kankos5
    Poziom 8  

    Dziękuje za odpowiedz rzeczywiście sterownik zakładany był do paneli amorficznych 80W ale napięcie przewyższało by 120V. Po rozważeniu kwestii napięcia przyjmę 80V co pozwoli na podłączenie paneli 50W których napiecie Vos=62V i nawet w mrozny i słoneczny dzień nie przewyższy zakładanego napięcia sterownika.
    Zmiana napięcia wpłynie chyba jedynie na wartość napięcia pracy kondensatorów wejściowych oraz tranzystora i pośrednio na wielkość cewki. Czy się mylę?
    Po przeczytaniu kilkunastu instrukcji określiłem ze sterownik bedzie pracował w trybie MPPT w fazie ładowania akumulacyjnego czyli gdy napięcie na akumulatorze wynosi niższe niż 12.4V.
    Następnie, po osiągnięcie napięcia 14.4V, sterownik przejdzie w tryb stało napięciowy utrzymując napięcie 14.4V przez określony czas np 2 h
    Po tym czasie sterownik rozpocznie ładowanie spoczynkowe utrzymując 13.5V

    Nadal nie rozwiązałem pomiaru napięcia w stanie jałowym czy jest potrzebna informacja o jego wartości czy nie.
    Oraz jeżeli podczas stanu 2 podłączymy obciążenie i napięcie spadnie poniżej określonej granicy np 14V to czy sterownik powinien powrócić do trybu MPPT?

    0
  • #4 27 Lut 2017 21:59
    Zbig63
    Poziom 9  

    Masz ti dwie sprawy. Pierwsza to akumulator ołowiowy, który ładuje się CC/CV, czyli gdy napięcie jest poniżej 14,4V to ładuje się stałym prądem (CC) o wartości zależnej od parametrów akumulatora (maksymalny prąd ładowania). Oczywiście jeśli panel nie jest w stanie dostarczyć odpowiedniej mocy, prąd ładowania będzie odpowiednio mniejszy. Gdy napięcie osiągnie 14.4V, to utrzymujemy stałe napięcie na akumulatorze a prąd ładowania wynika ze stopnia naładowania akumulatora (stopniowo maleje do zera). Tu znowu drugim kryterium jest moc jaką może dać panel, więc prąd ładowania może być niższy.
    Druga sprawa to obciążenie akumulatora przez odbiorniki energii, wówczas prąd z panelu może wzrosnąć do wartości będącego sumą prądu ładowania i prądu obciążenia (o ile panel daje radę).
    Reasumując twoja przetwornica musi dawać tyle prądu na wyjście, aby:
    1. nie przeciążyć panelu dla danych warunków naświetlenia
    2. Nie przekroczyć nominalnego prądu ładowania akumulatora (samego akumulatora, bez odbiorników energii)
    3. Nie przekroczyć 14.4V na akumulatorze.
    To wszystko.

    0
  • #5 26 Kwi 2017 19:34
    kankos5
    Poziom 8  

    Witam pod dłuższej przerwie związanie z projektami na uczelni.
    Dziękuje wszystkim za odpowiedzi na forum i te prywatne.
    Po przemyśleniach związanych z tematem dokonałem następujących założeń:
    Moc przetwornicy 250W (12V 20A)
    Rodzaj paneli Amorficzne cienkowarstwowe GS-50 w ilości 5 sztuk.
    Topologia układu Przetwornica obniżająca napięcie synchroniczna o częstotliwości przełączania 62,5kHz
    Napięcie wejściowe przetwornicy 100V
    2 etapowe ładowanie
    Układ sterowania oparty o mikrokontroler ATmega328 z rezonatorem kwarcowym 16MHz
    Pomiar mocy dostarczonej przez panele pośredni na podstawie natężenia prądu oraz napięcia.

    Na razie takie mam założenia. zajmę się obliczaniem parametrów elementów przetwornicy i zobaczę czy element indukcyjny nie zajmie całego pokoju.
    Panele niedługo zastaną zakupione zamontowane na dachu oraz przebadane w celu potwierdzenia lub obalenia mitów krążących po internecie na ich temat .

    Jeżeli macie jakieś co do projektu lub byście coś dodali zapraszam do dyskusji.

    0
  • #6 05 Maj 2017 09:13
    atom1477
    Poziom 43  

    Ja bym do tego celu użył przerobionego zasilacza ATX.
    I nie trzeba by nawet mikrokontrolera.
    A zamiast MPPT ustawił bym punkt MPP napięcia na tyle ile podaje producent panela (zwykle to napięcie się niewiele zmienia wraz ze zmianami oświetlenia).
    Ewentualnie mikrokontrolera użył bym jedynie do ustalania napięcia zakładanego napięcia "MPP". Tzn. mikrokontroler nie był by w sprzężeniu zwrotnym przetwornicy, a jedynie ustawiał by jej napięcie.
    Koszt takiego czegoś był by dość niski.

    0
  • #7 11 Maj 2017 17:42
    kankos5
    Poziom 8  

    Dziękuje za odpowiedz.
    Zaprojektowanie oraz konstrukcję takiej przetwornicy wiozłem jako temat mojej pracy inz więc przeróbki zasilaczy odpadają.
    Posiadam już panele jak narzazie przeprowadzono tylko testy naziemne oraz w występujących dotychczas warunkach pogodowych.
    Jako obciążenie służyła grzałka o rezystancji 100Ohm po podłączeniu do wyjść z panelu napięcie spadało z 52V do 38-42V.
    Grzałka stawała się momentalnie gorąca a więc panele pracują.
    W kolejnych dniach przemyśle oraz wykonam konstrukcje do montażu paneli na dachu oraz obliczeniem parametrów.
    Początkowo swoje obliczenie oparłem na stronie http://schmidt-walter-schaltnetzteile.de..
    Zastanawiam się nad częstotliwością przełączania jak dotychczas stosowałem 33kHz ale do tego projektu będzie potrzebna wyższa częstotliwość spróbuje uzyskać w granicach 63kHz.
    Regulator MPPT z funkcją ładowania akumulatorów
    Indukcyjność cewki z obliczeń wychodzi około 90uH 22A
    Posiadam sporo rdzeni z starych zasilacy ATX a więc myślę ze tutaj się przydadzą najwyżej zastosuje 2 cewki połączone szeregowo. Drut jaki zastosuje będzie o średnicy 2.5mm Wiec bedzie trzeba zastosować 3 wiązki przewodu aby nie dopuścić do jego przepalenia.
    Elementami przełączającymi bedą Tranzystory Mosfet IRFB4620PBF 200V 26A

    Narzazie tyle. Z góry dziękuje za nakierowanie mnie w dobrą stronę.

    0
  • #8 11 Maj 2017 21:15
    atom1477
    Poziom 43  

    kankos5 napisał:
    Indukcyjność cewki z obliczeń wychodzi około 90uH 22A
    Posiadam sporo rdzeni z starych zasilacy ATX a więc myślę ze tutaj się przydadzą najwyżej zastosuje 2 cewki połączone szeregowo. Drut jaki zastosuje będzie o średnicy 2.5mm Wiec bedzie trzeba zastosować 3 wiązki przewodu aby nie dopuścić do jego przepalenia.

    Kiepskie pomysły.
    W zasilaczu ATX nie znajdzie odpowiednich cewek. Jedynie rdzeń z dławika sprzężonego mógł by się nadawać ale musiał być użyć wielu takich rdzeni żeby uzyskać wymagane prarametry. Prościej zastosować jakiś rdzeń RTMSS.
    Drut o grubości 2.5mm nie ma sensu. Dla tej częstotliwości trzeba licę z drutów max 0.6mm.

    0
  • #9 11 Maj 2017 22:09
    kankos5
    Poziom 8  

    Witam
    Rzeczywiście po do czytaniu wiem teraz ze rdzenie proszkowe są przewidywane do pracy przy niższych częstotliwościach do 50kHz a wiec jeżeli rozpędzę przetwornicę do zawrotnych 65kHz mogą pojawić się problemy.
    Co do zastosowania licy to rzeczywiście pomoże ona zniwelować efekt naskórkowości Dziękuje za przypomnienie :)
    Muszę tylko obliczyć jaką wartość skuteczną będzie miało natężenie prądu płynącego przez zwije cewki i na podstawie tego dobiorę średnice licy nawojowej jeszcze muszę pomyśleć gdzie taką pozyskać.

    0
  • #10 11 Maj 2017 22:20
    atom1477
    Poziom 43  

    Tak grubą można łatwo zrobić samemu.

    0
  • #11 12 Maj 2017 18:08
    kankos5
    Poziom 8  

    Tak licę wykonam z przewodu typu linka który pokryję lakierem elektrotechnicznym.
    Wśród posiadanych rdzeni znalazłem rdzeń S15081A. Doczytałem ze jest on z materiału o tajemniczej nazwie Sendust dla którego Al=81nH/N^2 oraz powinien zapewnić pracę nawet przy częstotliwości 100kHz

    0
  • #12 12 Maj 2017 20:47
    atom1477
    Poziom 43  

    kankos5 napisał:
    Tak licę wykonam z przewodu typu linka który pokryję lakierem elektrotechnicznym.

    Kolejny zły pomysł.
    Lica ma posiadać druty odizolowane od siebie, a więc powinna być wykonana z drutów już poizolowanych.

    kankos5 napisał:
    Wśród posiadanych rdzeni znalazłem rdzeń S15081A. Doczytałem ze jest on z materiału o tajemniczej nazwie Sendust dla którego Al=81nH/N^2 oraz powinien zapewnić pracę nawet przy częstotliwości 100kHz

    SENDUST to materiał rdzeni RTMSS:
    http://www.feryster.pl/polski/mm/marnold_catalog.pdf
    Dobry materiał.

    0
  • #13 12 Maj 2017 22:16
    kankos5
    Poziom 8  

    Jesteś wielki :)
    Moim sposobem na lice będzie odizolowanie przewodu tupu linka rozplecenie i zaizolowanie w lakierze każdego przewodu.
    Lecz znalazłem cewkę (pętle indukcyjną) ze starego monitora i chyba posłużę się materiałem odzyskanym właśnie z niej.

    Przedstawię tutaj dalsze etapy walki o zieloną energie

    0