Контроллер заряда для АКБ от солнечных панелей: как выбрать

Контроллер заряда аккумуляторной батареи выполняет несколько важнейших функций, которые сводятся к оптимизации схемы питания АКБ, сохранению ресурсов солнечной батареи и предотвращению фатальных поломок. Контроллер регулирует уровень заряда на системах как автономного, так и резервного электропитания.

Покупка контроллера заряда АКБ – на что обратить внимание

Выбирая контроллер, следует обратить внимание на ряд технических параметров, которые позволят получить оптимальную по мощности систему электроснабжения. Прежде всего, следует знать о технологических различиях контроллеров, которые реализованы в основных видах этих устройств, существующих на сегодняшний день.

Схема заряда батареи АКБ

В первую очередь вам нужно выяснить схему заряда вашей аккумуляторной батареи. Существуют две основные технологии: MPPT и PWM. Первая расшифровывается как Maximum Power Point Tracking и переводится с английского как «слежение за точкой максимальной мощности». Устройства, поддерживающие эту технологию, в среднем на 30% эффективнее стандартных PWM-аккумуляторов, так как последние не используют всю мощность солнечной панели, в результате чего часть ее просто теряется. Принцип работы контроллера для АКБ со схемой заряда MPPT основан на обнаружении точек с наивысшей мощностью и распределением всего объема энергии в среде доступа. Последние модели подобных контроллеров обладают сверхвысокой скоростью обнаружения точек максимальной мощности, которая исчисляется секундами, и на 10% превосходят стандартные MTTP-устройства по эффективности в эксплуатации.

Регулировка параметров и выбор схемы заряда

Немаловажным фактором, определяющим срок службы АКБб, является правильно подобранное напряжение в сети. Напряжение на одних и тех же участках заряда различается в зависимости от типа батареи (кислотные, литий-ионные, АГМ, гелиевые, наливные). Контроллер заряда АКБ в свою очередь имеет функционал параметров, позволяющий производить настройку под тот или иной тип аккумуляторного устройства.

Датчик температуры

Показателем качественного контроллера является, среди прочего, наличие встроенного или внешнего датчика температуры. Функция датчика состоит в определении температуры устройства и компенсации температуры напряжений заряда. Это регулирование напряжения заряда в соответствии с температурой аккумуляторной батареи предотвращает преждевременный износ и продлевает срок службы АКБ.

Выбор контроллера с учетом напряжения аккумуляторной батареи

Технические характеристики солнечных панелей и аккумуляторов имеют определяющее значение при выборе подходящей модели контроллера заряда. Изучая ассортимент актуальных на сегодняшний день моделей контролеров, несложно заметить, что они способны работать со всеми возможными уровнями напряжения солнечных панелей и батарей (12, 24, 36 и 48 вольт). Для долговечной работы АКБ должно соблюдаться условие: контроллер соответствует максимальному напряжению устройства энергосбережения.

Ориентация на входное напряжение солнечной батареи

Для того чтобы обезопасить ваше регулирующее устройство от поломки в связи с не гарантийным случаем, необходимо обращать внимание не только на характеристики входного напряжения солнечной панели, но и на так называемый «холостой ход» при невысоких температурах воздуха в окружающей среде. Если этот момент не учитывать, поломка входных каскад регуляторов неминуема. Чтобы верно рассчитать «холостой ход», используйте коэффициент 25%, который будет учитывать увеличение напряжения сети при низком температурном режиме. Приведем наглядный пример. При использовании для электропитания солнечной панели с «холостым ходом» 37,4 вольт в комплекте с контроллером заряда с наивысшей мощностью 150 вольт, необходимо создавать одну цепь не более чем из трех панелей. Считаем по формуле: «холостой ход» * 25% * количество панелей. Получаем 37,4 вольт *25%*3 шт. = 140,25. Превышение максимальной мощности приведет к выходу из строя оборудования.

Выбор по силе выходного тока

Помимо входного напряжения, важным фактором при выборе контроллера является соответствие по силе выходного тока. Расчет производят по формуле: складываем мощности всех батарей и делим получившееся число на напряжение всего объема энергонакопителей в стадии разряда.

Рассмотрим конкретный пример: система содержит солнечную батарею (2250 W) из 9 плит, каждая обладает мощностью 250 W, и вы применяете аккумулятор с характеристикой 48 вольт. По указанной выше формуле вам нужно суммарную мощность разделить на минимальное напряжение аккумулятора в разряженном состоянии, другими словами – минимальное выходное напряжение, что в данном случае соответствует значению 44 В, и далее умножить на коэффициент 25%. Получим: 2250/44*25%= 64 А. Следовательно, для данной системы предпочтительными являются контроллеры с силой выходного тока 64 А и более.

При использовании всех вышеперечисленных правил подбора контроллер минимизирует нагрузки на систему и позволяет получить самый высокий заряд аккумуляторов.

Источник

Как выбрать контроллер заряда солнечной батареи

Давайте на примере рассмотрим последовательность шагов для выбора контроллера.

Знакомство с предложениями

В первую очередь я через поисковые системы, к примеру, Яндекс и Гугл, собираю информацию по всем контроллерам заряда, которые предлагают интернет-магазины внутри страны. Конечно же, обращаю внимание на предложения в своем регионе. Если цены с учетом доставки в родном регионе сопоставимы с ценами в других районах страны, я принимаю такие предложения во внимание. Если же они “заоблачны” – не рассматриваю вовсе.

В моей ситуации подобных предложений поблизости не оказалось и выбор мой был несколько “облегчен”. Приводить примеры магазинов, которые попали в поле моего зрения не стану, чтобы, не дай бог, не навязать своего субъективного мнения, тем более, не спровоцировать вас на ошибку, если, вдруг, мой выбор окажется не верным.

Скажу лишь одно. В любом случае до оформления заказа у вас должно произойти, как минимум, два сеанса связи с представителями выбранного интернет-магазина. По телефону, через форму контакта, e-mail сообщение и т. д., лучше если по нескольким каналам связи. Это важно, если речь не идет о магазине с безусловным брендом и достойной репутацией.

Во-первых, вы увидите как быстро реагируют на ваш запрос, и реагируют ли вообще. Во вторых, можете уточнить какие-то вопросы и понять с кем имеете дело. Ну а в третьих, новые знакомства и контакты пойдут лишь на пользу дела.

Но вернемся к нашим…, конечно, контроллерам заряда аккумулятора. Предложений оказалось не так уж и много, тем более, что часть продавцов, видимо, даже представления не имеет о том, что продают. Технические характеристики переведены с языка производителя не корректно, а иногда указаны не полностью. Величина некоторых параметров не верна. Цена не указана (даже не рассматриваю!).

Так или иначе, картина по производителям контроллеров заряда сложилась у меня следующая:

Morningstar Corporation, США;

Beijing Epsolar Technology, Китай;

OutBack Power Systems, США;

China Ningbo Star Solar, Китай;

Professional Solar Products, США;

Steca Solarelektronik, Германия;

Xantrex Technology, США.

Конечно же это не полный перечень, но в нем лишь те, о продукции которых я хоть что-то читал положительное. Если информации не находил ни положительной, ни отрицательной – производитель в список не попал.

Теперь конкретнее об изделиях и поближе к моим потребностям с возможностями.

Предварительный выбор

Я уже говорил, в упомянутой выше статье о своем намерении установить MPPT контроллер, поэтому и список удовлетворяющих моим нуждам устройств составим только из контроллеров с функцией MPPT. Вот такой он получится:

Morningstar SunSaver MPPT;

EPSolar Tracer MPPT 2215RN 12/24В 20А;

Prosolar SunStar MPPT SS-40CX 40А;

Steca Solarix MPPT 2010;

Теперь даже бегло просмотрев их параметры, вижу, что три контроллера из списка для моей системы просто избыточны. Например, Outback FlexMax-60, Prosolar SunStar MPPT SS-40CX 40А, Xantrex XW-MPPT60-150 имеют возможность работы в системах на 12, 24, 36, 48, 60 В, но это для меня пока илюзорная перспектива. Такой необходимости может не произойти никогда и платить за такую возможность в три раза больше не очень-то хочется. Нет, работать они будут и даже в перспективе, в случае наращивания системы их не придется менять, но, опять же, переплачивать столько…

Остаются в списке:

Morningstar SunSaver MPPT;

EPSolar Tracer MPPT 2215RN 12/24В 20А;

Steca Solarix MPPT 2010.

Обращаем внимание на ток нагрузки у Steca Solarix MPPT 2010. Он составляет 10А. В настоящий момент мое потребление в пределах 10А, но вот это уже есть ближайшая перспектива. Так что предпочтение отдается тем контроллерам заряда аккумулятора, ток нагрузки которых выше, при всех прочих примерно равных параметрах. У Morningstar SunSaver MPPT параметры схожи с другими двумя контроллерами, но цена выше.

“И их осталось двое”:

EPSolar Tracer MPPT 2215RN 12/24В 20А;

Проверяем наличие защит

Контроллер заряда солнечной батареи в обязательном порядке обеспечивается множеством разнообразных защит. Это дает возможность с большей степенью надежности эксплуатировать устройство. К таким защитам относятся:

от перезаряда; от глубокого разряда;

от коротких замыканий;

от перенапряжения на входе;

от грозовых разрядов;

от разряда АБ через СБ в ночное время.

Это не полный перечень. Этот перечень может быть разный у разных контроллеров. Производители исходя из схемотехнических решений своего детища наделяют его теми или иными защитами. Вам же нужно знать защищен ли ваш контроллер по тем или иным цепям или нет.

Давайте сравним какие электронные защиты предусмотрены у оставшихся контроллеров заряда батареи. Все защиты предусмотрены как одного контроллера, так и у другого. Лишь обращаю внимание на такие вещи, как предотвращение разряда АБ через СБ в ночное время, электронный предохранитель, защита от молний варистором, защита от перегрева.

Перечисленные защиты предусмотрены в EPSolar Tracer MPPT 2215RN 12/24В 20А, но не указаны в Juta MPPT 20А. Возможно, какие-то из этих защит попросту не указаны продавцами, но не собираюсь догадываться, а тем более не люблю, когда меня вынуждают связываться для выяснения чего-либо. Например, пишут: “Для выяснения цены свяжитесь с менеджером”. Прохожу мимо, даже взгляда не задерживаю.

Сверка параметров

Ну и последнее. Еще раз проверим параметры двух контроллеров на предмет соответствия моим условиям и, к тому же, сравним их между собой. Речь идет о следующих параметрах:

Напряжение системы, (В);

Максимальный зарядный ток, (А);

Максимальный ток нагрузки, (А);

Макс. ток на входе от СБ, (А);

Максимальное входное напряжение на клеммах солнечной батареи, (В);

Максимальная мощность солнечного модуля при 24В, (Вт);

Диапазон слежения за точкой максимальной мощности, (В);

Собственное токопотребление, (мА);

Рабочая температура, (°С);

Напряжение системы у Tracer в отличии от Juta выбирается автоматически, 12 В или 24 В, в зависимости от того, какое напряжение в системе используется. Это существенный плюс, мне, возможно, это понадобится. Один раз уже приходилось менять напряжение моей системы.

Следующие два параметра у них одинаковые, а вот максимальный ток на входе от солнечных батарей у Juta не указан. Плохо. Пока идем дальше.

Максимальное входное напряжение на клеммах солнечной батареи. У Juta 65 В, у Tracer 150 В. И то, и другое меня устраивает.

Рассматривая этот параметр, я обратил внимание на то, что не увидел сразу. Есть еще контроллер EPSolar Tracer MPPT 2210RN 12/24В 20А с теми же параметрами, что и EPSolar Tracer MPPT 2215RN 12/24В 20А. Разница лишь в максимальном входном напряжении на клеммах солнечной батареи. Оно у него 100 В. Это мне подходит. Поэтому теперь рассматривать будем Tracer MPPT 2210RN 12/24В 20А.

Максимальная мощность солнечного модуля при 24В этого контроллера, 520 Вт, тоже устраивает. У Juta почему-то она не указана. Степень защиты у Juta для меня избыточен, IP 55. Контроллер будет установлен в сухом теплом помещении, поэтому IP30, которые у Tracer, меня вполне устраивают.

Дальнейшее сравнение смысла уже не имеет, да и выяснение не указанных параметров тоже. По всему я убедился, что по параметрам, защитам и цене меня вполне устраивает: контроллер заряда батареи EPSolar Tracer MPPT 2210RN 12/24В 20А.

Теперь есть смысл еще раз пройти по интернет-магазинам и сравнить цены. Помнить надо такую вещь, предпочтение не всегда отдается меньшей цене. В тех магазинах, где отклик продавца незамедлителен, да еще и есть возможность получить полноценную и грамотную консультацию, не жаль сделать покупку по более высокой цене. Лишь бы она (цена) не была заоблачного происхождения.

Надеюсь эта статья вам помогла. Если кто-то из вас делает подбор устройств по другой методике, сообщите в комментариях. Рад буду перенять опыт.

Источник

Модули защиты и контроллеры заряд/разряд для Li-ion аккумуляторов

Для начала нужно определиться с терминологией.

Как таковых контроллеров разряда-заряда не существует. Это нонсенс. Нет никакого смысла управлять разрядом. Ток разряда зависит от нагрузки — сколько ей надо, столько она и возьмет. Единственное, что нужно делать при разряде — это следить за напряжением на аккумуляторе, чтобы не допустить его переразряда. Для этого применяют защиту от глубокого разряда.

При этом, отдельно контроллеры заряда не только существуют, но и совершенно необходимы для осуществления процесса зарядки li-ion аккумуляторов. Именно они задают нужный ток, определяют момент окончания заряда, следят за температурой и т.п. Контроллер заряда является неотъемлемой частью любого зарядного устройства для литиевого аккумулятора.

Другими словами, когда говорят о контроллере заряда/разряда, речь идет о встроенной почти во все литий-ионные аккумуляторы защите (PCB- или PCM-модулях). Вот она:

И вот тоже они:

Очевидно, что платы защиты представлены в различных форм-факторах и собраны с применением различных электронных компонентов. В этой статье мы как раз и рассмотрим варианты схем защиты Li-ion аккумуляторов (или, если хотите, контроллеров разряда/заряда).

Контроллеры заряда-разряда

Раз уж это название так хорошо укрепилось в обществе, мы тоже будем его использовать. Начнем, пожалуй, с наиболее распространенного варианта на микросхеме DW01 (Plus).

DW01-Plus

Такая защитная плата для аккумуляторов li-ion встречается в каждом втором аккумуляторе от мобильника. Чтобы до нее добраться, достаточно просто оторвать самоклейку с надписями, которой обклеен аккумулятор.

Сама микросхема DW01 — шестиногая, а два полевых транзистора конструктивно выполнены в одном корпусе в виде 8-ногой сборки.

Вывод 1 и 3 — это управление ключами защиты от разряда (FET1) и перезаряда (FET2) соответственно. Пороговые напряжения: 2.4 и 4.25 Вольта. Вывод 2 — датчик, измеряющий падение напряжения на полевых транзисторах, благодаря чему реализована защита от перегрузки по току. Переходное сопротивление транзисторов выступает в роли измерительного шунта, поэтому порог срабатывания имеет очень большой разброс от изделия к изделию.

Паразитные диоды, встроенные в полевики, позволяют осуществлять заряд аккумулятора, даже если сработала защита от глубокого разряда. И, наоборот, через них идет ток разряда, даже в случае закрытого при перезаряде транзистора FET2.

Вся схема выглядит примерно вот так:

Правая микросхема с маркировкой 8205А — это и есть полевые транзисторы, выполняющие в схеме роль ключей.

S-8241 Series

Фирма SEIKO разработала специализированные микросхемы для защиты литий-ионных и литий-полимерных аккумуляторов от переразряда/перезаряда. Для защиты одной банки применяются интегральные схемы серии S-8241.

Ключи защиты от переразряда и перезаряда срабатывают соответственно при 2.3В и 4.35В. Защита по току включается при падении напряжения на FET1-FET2 равном 200 мВ.

AAT8660 Series

Решение от Advanced Analog Technology — AAT8660 Series.

Пороговые напряжения составляют 2.5 и 4.32 Вольта. Потребление в заблокированном состоянии не превышает 100 нА. Микросхема выпускается в корпусе SOT26 (3х2 мм, 6 выводов).

FS326 Series

Очередная микросхема, используемая в платах защиты одной банки литий-ионного и полимерного аккумулятора — FS326.

В зависимости от буквенного индекса напряжение включения защиты от переразряда составляет от 2.3 до 2.5 Вольт. А верхнее пороговое напряжение, соответственно, — от 4.3 до 4.35В. Подробности смотрите в даташите.

LV51140T

Аналогичная схема протекции литиевых однобаночных аккумуляторов с защитой от переразряда, перезаряда, превышения токов заряда и разряда. Реализована с применением микросхемы LV51140T.

Пороговые напряжения: 2.5 и 4.25 Вольта. Вторая ножка микросхемы — вход детектора перегрузки по току (предельные значения: 0.2В при разряде и -0.7В при зарядке). Вывод 4 не задействован.

R5421N Series

Схемотехническое решение аналогично предыдущим. В рабочем режиме микросхема потребляет около 3 мкА, в режиме блокировки — порядка 0.3 мкА (буква С в обозначении) и 1 мкА (буква F в обозначении).

Серия R5421N содержит несколько модификаций, отличающихся величиной напряжения срабатывания при перезарядке. Подробности приведены в таблице:

Обозначение	Порог отключения по перезаряду, В	Гистерезис порога перезаряда, мВ	Порог отключения по переразряду, В	Порог включения перегрузки по току, мВ
R5421N111C	4.250±0.025	200	2.50±0.013	200±30
R5421N112C	4.350±0.025
R5421N151F	4.250±0.025
R5421N152F	4.350±0.025

SA57608

Очередной вариант контроллера заряда/разряда, только уже на микросхеме SA57608.

Напряжения, при которых микросхема отключает банку от внешних цепей, зависят от буквенного индекса. Подробности см. в таблице:

Обозначение	Порог отключения по перезаряду, В	Гистерезис порога перезаряда, мВ	Порог отключения по переразряду, В	Порог включения перегрузки по току, мВ
SA57608Y	4.350±0.050	180	2.30±0.070	150±30
SA57608B	4.280±0.025	180	2.30±0.058	75±30
SA57608C	4.295±0.025	150	2.30±0.058	200±30
SA57608D	4.350±0.050	180	2.30±0.070	200±30
SA57608E	4.275±0.025	200	2.30±0.058	100±30
SA57608G	4.280±0.025	200	2.30±0.058	100±30

SA57608 потребляет достаточно большой ток в спящем режиме — порядка 300 мкА, что отличает ее от вышеперечисленных аналогов в худшую сторону (там потребляемые токи порядка долей микроампера).

LC05111CMT

Ну и напоследок предлагаем интересное решение от одного из мировых лидеров по производству электронных компонентов On Semiconductor — контроллер заряда-разряда на микросхеме LC05111CMT.

Решение интересно тем, что ключевые MOSFET’ы встроены в саму микросхему, поэтому из навесных элементов остались только пару резисторов да один конденсатор.

Переходное сопротивление встроенных транзисторов составляет

11 миллиом (0.011 Ом). Максимальный ток заряда/разряда — 10А. Максимальное напряжение между выводами S1 и S2 — 24 Вольта (это важно при объединении аккумуляторов в батареи).

Микросхема выпускается в корпусе WDFN6 2.6×4.0, 0.65P, Dual Flag.

Схема, как и ожидалось, обеспечивает защиту от перезаряда/разряда, от превышения тока в нагрузке и от чрезмерного зарядного тока.

Контроллеры заряда и схемы защиты — в чем разница?

Важно понимать, что модуль защиты и контроллеры заряда — это не одно и то же. Да, их функции в некоторой степени пересекаются, но называть встроенный в аккумулятор модуль защиты контроллером заряда было бы ошибкой. Сейчас поясню в чем разница.

Важнейшая роль любого контроллера заряда заключается в реализации правильного профиля заряда (как правило, это CC/CV — постоянный ток/постоянное напряжение). То есть контроллер заряда должен уметь ограничивать ток зарядки на заданном уровне, тем самым контролируя количество «заливаемой» в батарею энергии в единицу времени. Избыток энергии выделяется в виде тепла, поэтому любой контроллер заряда в процессе работы достаточно сильно разогревается.

По этой причине контроллеры заряда никогда не встраивают в аккумулятор (в отличие от плат защиты). Контроллеры просто являются частью правильного зарядного устройства и не более.

Кроме того, ни одна плата защиты (или модуль защиты, называйте как хотите) не способен ограничивать ток заряда. Плата всего лишь контролирует напряжение на самой банке и в случае выхода его за заранее установленные пределы, размыкает выходные ключи, отключая тем самым банку от внешнего мира. Кстати, защита от КЗ тоже работает по такому же принципу — при коротком замыкании напряжение на банке резко просаживается и срабатывает схема защиты от глубокого разряда.

Путаница между схемами защиты литиевых аккумуляторов и контроллеров заряда возникла из-за схожести порога срабатывания (

4.2В). Только в случае с модулем защиты происходит полное отключение банки от внешних клемм, а в случае с контроллером заряда происходит переключение в режим стабилизации напряжения и постепенного снижения зарядного тока.

Источник