È difficile valutare le caratteristiche di un particolare caricabatterie senza capire come dovrebbe effettivamente fluire la carica esemplare di una batteria agli ioni di litio. Pertanto, prima di procedere direttamente ai circuiti, ricordiamo un po' di teoria.
A seconda del materiale di cui è fatto l'elettrodo positivo di una batteria al litio, ne esistono diverse varietà:
Tutte queste batterie hanno le loro caratteristiche, ma poiché queste sfumature non sono di fondamentale importanza per il consumatore generale, non verranno considerate in questo articolo.
Inoltre, tutte le batterie agli ioni di litio sono prodotte in varie dimensioni e fattori di forma. Possono essere sia in una versione con custodia (ad esempio, le batterie 18650 che sono popolari oggi) o in una versione laminata o prismatica (batterie ai polimeri di gel). Questi ultimi sono sacchetti sigillati ermeticamente realizzati con una pellicola speciale, in cui si trovano gli elettrodi e la massa dell'elettrodo.
Le dimensioni più comuni delle batterie agli ioni di litio sono mostrate nella tabella seguente (hanno tutte una tensione nominale di 3,7 volt):
| Designazione | Dimensione | Dimensioni simili |
|---|---|---|
| XXYY0, dove XX- indicazione del diametro in mm, AA- valore della lunghezza in mm, 0 - riflette l'esecuzione sotto forma di cilindro |
10180 | 2/5 AAA |
| 10220 | 1/2 AAA (Ø corrisponde ad AAA, ma la metà della lunghezza) | |
| 10280 | ||
| 10430 | AAA | |
| 10440 | AAA | |
| 14250 | 1/2AA | |
| 14270 | Ø AA, lunghezza CR2 | |
| 14430 | Ø 14 mm (come AA), ma più corto | |
| 14500 | aa | |
| 14670 | ||
| 15266, 15270 | CR2 | |
| 16340 | CR123 | |
| 17500 | 150S/300S | |
| 17670 | 2xCR123 (o 168S/600S) | |
| 18350 | ||
| 18490 | ||
| 18500 | 2xCR123 (o 150A/300P) | |
| 18650 | 2xCR123 (o 168A/600P) | |
| 18700 | ||
| 22650 | ||
| 25500 | ||
| 26500 | DA | |
| 26650 | ||
| 32650 | ||
| 33600 | D | |
| 42120 |
I processi elettrochimici interni procedono allo stesso modo e non dipendono dal fattore di forma e dalle prestazioni della batteria, quindi tutto quanto detto di seguito si applica allo stesso modo a tutte le batterie al litio.
Il modo più corretto per caricare le batterie al litio è caricare in due fasi. È questo metodo che utilizza Sony in tutti i tuoi caricabatterie. Nonostante il regolatore di carica più complesso, ciò fornisce una carica più completa delle batterie agli ioni di litio senza ridurne la durata.
Qui noi stiamo parlando sul profilo di carica a due stadi delle batterie al litio, abbreviato in CC/CV (corrente costante, tensione costante). Esistono anche opzioni con correnti pulsate e a gradini, ma non sono considerate in questo articolo. Puoi leggere di più sulla ricarica con corrente pulsata.
Quindi, consideriamo entrambe le fasi della carica in modo più dettagliato.
1. Al primo stadio deve essere fornita una corrente di carica costante. Il valore corrente è 0,2-0,5°C. Per la ricarica accelerata, è consentito aumentare la corrente fino a 0,5-1,0 C (dove C è la capacità della batteria).
Ad esempio, per una batteria con una capacità di 3000 mAh, la corrente di carica nominale nel primo stadio è 600-1500 mA e la corrente di carica accelerata può essere compresa tra 1,5 e 3 A.
Per garantire una corrente di carica costante di un determinato valore, il circuito di carica (caricatore) deve essere in grado di aumentare la tensione ai terminali della batteria. Infatti, nella prima fase, la memoria funziona come un classico stabilizzatore di corrente.
Importante: se si prevede di caricare le batterie con una scheda di protezione incorporata (PCB), quando si progetta il circuito del caricabatterie, è necessario assicurarsi che la tensione a circuito aperto del circuito non possa mai superare i 6-7 volt. In caso contrario, la scheda di protezione potrebbe non funzionare.
Nel momento in cui la tensione sulla batteria sale ad un valore di 4,2 volt, la batteria guadagnerà circa il 70-80% della sua capacità (il valore della capacità specifica dipenderà dalla corrente di carica: con una carica accelerata sarà leggermente inferiore , con una carica nominale - un po' di più). Questo momento è la fine della prima fase della carica e funge da segnale per il passaggio alla seconda (e ultima) fase.
2. Secondo stadio di carica- questa è la carica della batteria con una tensione costante, ma corrente in graduale diminuzione (in calo).
In questa fase, il caricabatterie mantiene una tensione di 4,15-4,25 volt sulla batteria e controlla il valore della corrente.
All'aumentare della capacità, la corrente di carica diminuirà. Non appena il suo valore diminuisce a 0,05-0,01С, il processo di ricarica è considerato completato.
Una sfumatura importante nel funzionamento del caricabatterie corretto è la sua completa disconnessione dalla batteria al termine della carica. Ciò è dovuto al fatto che è estremamente indesiderabile che le batterie al litio rimangano a lungo sotto alta tensione, che di solito è fornita dal caricabatterie (cioè 4,18-4,24 volt). Questo porta a un degrado accelerato Composizione chimica batteria e, di conseguenza, una diminuzione della sua capacità. Soggiorno lungo significa decine di ore o più.
Durante la seconda fase della carica, la batteria riesce a guadagnare circa 0,1-0,15 in più della sua capacità. La carica totale della batteria raggiunge così il 90-95%, che è un ottimo indicatore.
Abbiamo considerato due fasi principali della ricarica. Tuttavia, la copertura della questione della ricarica delle batterie al litio sarebbe incompleta se non fosse menzionata un'ulteriore fase di ricarica, la cosiddetta. precarica.
Fase di precarica (precarica)- questa fase viene utilizzata solo per batterie molto scariche (inferiori a 2,5 V) per riportarle alla normale modalità di funzionamento.
In questa fase, l'addebito è previsto corrente continua valore ridotto fino a quando la tensione della batteria raggiunge 2,8 V.
La fase preliminare è necessaria per prevenire il rigonfiamento e la depressurizzazione (o addirittura l'esplosione con incendio) delle batterie danneggiate, che, ad esempio, presentano un cortocircuito interno tra gli elettrodi. Se una grande corrente di carica viene immediatamente fatta passare attraverso una batteria del genere, ciò porterà inevitabilmente al suo riscaldamento e quindi che fortuna.
Un altro vantaggio della precarica è il preriscaldamento della batteria, importante durante la ricarica basse temperature ambiente(in una stanza non riscaldata durante la stagione fredda).
La ricarica intelligente dovrebbe essere in grado di controllare la tensione sulla batteria durante fase preliminare carica e, nel caso, la tensione per molto tempo non si alza, concludere che la batteria è difettosa.
Tutte le fasi di ricarica di una batteria agli ioni di litio (compresa la fase di precarica) sono schematicamente mostrate in questo grafico:
Il superamento della tensione di carica nominale di 0,15 V può dimezzare la durata della batteria. La riduzione della tensione di carica di 0,1 volt riduce la capacità di una batteria carica di circa il 10%, ma ne prolunga notevolmente la durata. La tensione di una batteria completamente carica dopo averla rimossa dal caricabatterie è di 4,1-4,15 volt.
Per riassumere quanto sopra, delineiamo le tesi principali:
1. Quale corrente per caricare una batteria agli ioni di litio (ad esempio 18650 o qualsiasi altra)?
La corrente dipenderà dalla velocità con cui si desidera caricarla e può variare da 0,2°C a 1°C.
Ad esempio, per una batteria 18650 con una capacità di 3400 mAh, la corrente di carica minima è 680 mA e la massima è 3400 mA.
2. Quanto tempo ci vuole per caricare, ad esempio, le stesse batterie ricaricabili 18650?
Il tempo di carica dipende direttamente dalla corrente di carica ed è calcolato dalla formula:
T \u003d C / addebito.
Ad esempio, il tempo di ricarica della nostra batteria con una capacità di 3400 mAh con una corrente di 1A sarà di circa 3,5 ore.
3. Come caricare correttamente una batteria ai polimeri di litio?
Tutte le batterie al litio vengono caricate allo stesso modo. Non importa se è ai polimeri di litio o agli ioni di litio. Per noi consumatori non c'è differenza.
La scheda di protezione (o PCB - scheda di controllo dell'alimentazione) è progettata per la protezione corto circuito, sovraccarico e sovraccarico della batteria al litio. Di norma, nei moduli di protezione è integrata anche la protezione contro il surriscaldamento.
Per motivi di sicurezza è vietato l'uso di batterie al litio negli elettrodomestici se non dispongono di una scheda di protezione incorporata. Pertanto, tutte le batterie dei telefoni cellulari hanno sempre una scheda PCB. I terminali di uscita della batteria si trovano direttamente sulla scheda: 
Queste schede utilizzano un controller di carica a sei gambe su un mikrukh specializzato (analoghi JW01, JW11, K091, G2J, G3J, S8210, S8261, NE57600, ecc.). Il compito di questo controller è scollegare la batteria dal carico quando la batteria è completamente scarica e scollegare la batteria dalla carica quando raggiunge 4,25 V.
Ecco, ad esempio, un diagramma della scheda di protezione della batteria BP-6M fornita con i vecchi telefoni Nokia: 
Se parliamo di 18650, allora possono essere prodotti sia con che senza scheda di protezione. Il modulo di protezione si trova nella zona del polo negativo della batteria. 
La scheda aumenta la lunghezza della batteria di 2-3 mm. 
Le batterie senza un modulo PCB di solito vengono fornite con batterie dotate di circuiti di protezione propri.
Qualsiasi batteria con protezione può essere facilmente convertita in una batteria non protetta semplicemente sventrandola. 
Ad oggi, la capacità massima della batteria del 18650 è di 3400 mAh. Le batterie con protezione devono avere una designazione corrispondente sulla custodia ("Protetto"). 
Non confondere la scheda PCB con il modulo PCM (PCM - modulo di carica dell'alimentazione). Se i primi servono solo a proteggere la batteria, i secondi sono progettati per controllare il processo di carica: limitano la corrente di carica a un determinato livello, controllano la temperatura e, in generale, garantiscono l'intero processo. La scheda PCM è ciò che chiamiamo regolatore di carica.
Spero che ora non ci siano più domande, come caricare una batteria 18650 o qualsiasi altra batteria al litio? Quindi passiamo a una piccola selezione di soluzioni di circuiti già pronte per i caricabatterie (gli stessi regolatori di carica).
Tutti i circuiti sono adatti per caricare qualsiasi batteria al litio, resta solo da decidere la corrente di carica e la base dell'elemento.
Schema di un semplice caricabatterie basato sul chip LM317 con indicatore di carica: 
Il circuito è semplice, l'intera impostazione si riduce all'impostazione della tensione di uscita a 4,2 volt utilizzando il resistore trimmer R8 (senza batteria collegata!) E all'impostazione della corrente di carica selezionando i resistori R4, R6. La potenza del resistore R1 è di almeno 1 watt.
Non appena il led si spegne, il processo di carica può considerarsi concluso (la corrente di carica non scenderà mai a zero). Non è consigliabile mantenere la batteria in questa carica per lungo tempo dopo che è stata completamente caricata.
Il chip lm317 è ampiamente utilizzato in vari stabilizzatori di tensione e corrente (a seconda del circuito di commutazione). Viene venduto ad ogni angolo e in generale costa un centesimo (puoi prendere 10 pezzi per soli 55 rubli).
LM317 è disponibile in diversi casi: 
Assegnazione dei pin (pinout): 
Gli analoghi del chip LM317 sono: GL317, SG31, SG317, UC317T, ECG1900, LM31MDT, SP900, KR142EN12, KR1157EN1 (gli ultimi due sono di produzione nazionale).
La corrente di carica può essere aumentata fino a 3 A se si prende LM350 invece di LM317. È vero, sarà più costoso - 11 rubli / pezzo.
Il circuito stampato e l'assieme del circuito sono mostrati di seguito: 
Il vecchio transistor sovietico KT361 può essere sostituito con simile p-n-p transistor (ad esempio KT3107, KT3108 o borghese 2N5086, 2SA733, BC308A). Può essere rimosso del tutto se l'indicatore di carica non è necessario.
Lo svantaggio del circuito: la tensione di alimentazione deve essere compresa tra 8 e 12 V. Ciò è dovuto al fatto che per operazione normale Chip LM317, la differenza tra la tensione della batteria e la tensione di alimentazione deve essere di almeno 4,25 volt. Pertanto, non sarà possibile alimentarlo dalla porta USB.
MAX1551/MAX1555 sono caricabatterie specializzati per batterie Li+ che possono funzionare da USB o da un adattatore di alimentazione separato (ad esempio, un caricabatterie per telefono).
L'unica differenza tra questi microcircuiti è che MAX1555 fornisce un segnale per l'indicatore di avanzamento della carica e MAX1551 - un segnale che l'alimentazione è accesa. Quelli. Il 1555 è ancora preferibile nella maggior parte dei casi, quindi il 1551 è ora difficile da trovare in vendita.
Una descrizione dettagliata di questi chip dal produttore -.
La tensione di ingresso massima dall'adattatore CC è 7 V, quando alimentato da USB è 6 V. Quando la tensione di alimentazione scende a 3,52 V, il microcircuito si spegne e la carica si interrompe.
Il microcircuito stesso rileva a quale ingresso è presente la tensione di alimentazione ed è collegato ad esso. Se l'alimentazione viene fornita tramite il bus USB, la corrente di carica massima è limitata a 100 mA: ciò consente di collegare il caricabatterie alla porta USB di qualsiasi computer senza timore di bruciare il South Bridge.
Se alimentato da un alimentatore separato, la corrente di carica tipica è 280 mA.
I chip hanno una protezione da surriscaldamento integrata. Ma anche in questo caso il circuito continua a funzionare, riducendo la corrente di carica di 17mA per ogni grado sopra i 110°C.
È presente una funzione di precarica (vedi sopra): finché la tensione della batteria è inferiore a 3V, il microcircuito limita la corrente di carica a 40 mA.
Il microcircuito ha 5 pin. Qui schema tipico inclusioni: 
Se c'è la garanzia che la tensione all'uscita dell'adattatore non può superare i 7 volt in nessun caso, allora puoi fare a meno dello stabilizzatore 7805.
L'opzione di ricarica USB può essere montata, ad esempio, su questo. 
Il microcircuito non necessita di diodi esterni o transistor esterni. In generale, ovviamente, chic mikruhi! Solo che sono troppo piccoli, è scomodo saldare. E sono ancora costosi ().
Lo stabilizzatore LP2951 è prodotto da National Semiconductors (). Fornisce l'implementazione della funzione di limitazione della corrente incorporata e consente di generare un livello stabile di tensione di carica per una batteria agli ioni di litio all'uscita del circuito.
Il valore della tensione di carica è 4,08 - 4,26 volt ed è impostato dal resistore R3 quando la batteria è scollegata. La tensione è molto precisa.
La corrente di carica è 150 - 300 mA, questo valore è limitato dai circuiti interni del chip LP2951 (a seconda del produttore).
Utilizzare un diodo con una piccola corrente inversa. Ad esempio, può essere una qualsiasi delle serie 1N400X che puoi ottenere. Il diodo viene utilizzato come diodo di blocco per prevenire la corrente inversa dalla batteria al chip LP2951 quando la tensione di ingresso è disattivata. 
Questo caricabatterie produce una corrente di carica abbastanza bassa, quindi qualsiasi batteria 18650 può essere caricata tutta la notte.
Il microcircuito può essere acquistato sia in un pacchetto DIP che in un pacchetto SOIC (il costo è di circa 10 rubli per pezzo).
Il chip ti consente di creare i caricabatterie giusti, inoltre è più economico del MAX1555 pubblicizzato. 
Un tipico circuito di commutazione è preso da: 
Un importante vantaggio del circuito è l'assenza di potenti resistori a bassa resistenza che limitano la corrente di carica. Qui, la corrente è impostata da un resistore collegato alla 5a uscita del microcircuito. La sua resistenza dovrebbe essere compresa tra 2 e 10 kOhm.
L'assieme del caricatore si presenta così: 
Il microcircuito si riscalda abbastanza bene durante il funzionamento, ma questo non sembra interferire con esso. Svolge la sua funzione.
Ecco un'altra opzione scheda a circuito stampato Insieme a led smd e connettore micro USB: 
Altamente circuito semplice, ottima opzione! Consente la ricarica con corrente fino a 800 mA (vedi). È vero, tende a diventare molto caldo, ma in questo caso la protezione da surriscaldamento integrata riduce la corrente. 
Il circuito può essere notevolmente semplificato eliminando uno o anche entrambi i LED con un transistor. Quindi apparirà così (d'accordo, non c'è nessun posto più facile: un paio di resistori e un conder): 
Una delle opzioni PCB è disponibile all'indirizzo . La scheda è progettata per elementi di dimensione 0805.
I=1000/R. Non dovresti impostare subito una grande corrente, prima guarda quanto si scalderà il microcircuito. Per i miei scopi, ho preso una resistenza da 2,7 kOhm, mentre la corrente di carica è risultata di circa 360 mA.
È improbabile che un radiatore possa essere adattato a questo microcircuito e non è un dato di fatto che sarà efficace a causa dell'elevata resistenza termica della transizione della custodia di cristallo. Il produttore consiglia di realizzare il dissipatore di calore "attraverso i cavi", rendendo le tracce il più spesse possibile e lasciando la pellicola sotto la custodia del microcircuito. E in generale, più pellicola "terrestre" rimane, meglio è.
A proposito, la maggior parte del calore viene rimossa attraverso la 3a gamba, quindi puoi rendere questa traccia molto larga e spessa (riempila con la saldatura in eccesso). 
Il pacchetto di chip LTC4054 può essere etichettato LTH7 o LTADY.
LTH7 differisce da LTADY in quanto il primo può sollevare una batteria molto scarica (sulla quale la tensione è inferiore a 2,9 volt), mentre il secondo non può (è necessario oscillarlo separatamente).
Микросхема вышла очень удачной, поэтому имеет кучу аналогов: STC4054, MCP73831, TB4054, QX4054, TP4054, SGM4054, ACE4054, LP4054, U4054, BL4054, WPM4054, IT4504, Y1880, PT6102, PT6181, VS6102, HX6001, LC6000, LN5060, CX9058, EC49016, CYT5026, Q7051. Prima di utilizzare uno qualsiasi degli analoghi, controllare le schede tecniche.
Il microcircuito è realizzato nel pacchetto SOP-8 (vedi), ha un dissipatore di calore in metallo sul ventre che non è collegato ai contatti, il che consente di rimuovere il calore in modo più efficiente. Consente di caricare la batteria con una corrente fino a 1 A (la corrente dipende dalla resistenza di impostazione della corrente). 
Lo schema di collegamento richiede il minimo di allegati: 
Il circuito implementa il classico processo di carica: prima carica con corrente costante, poi con tensione costante e corrente decrescente. Tutto è scientifico. Se si smonta la ricarica passo dopo passo, è possibile distinguere diverse fasi:
La corrente di carica (in ampere) è calcolata dalla formula I=1200/R prog. Il massimo consentito è 1000 mA.
Nel grafico è riportato un vero e proprio test di ricarica con una batteria 18650 a 3400 mAh: 
Il vantaggio del microcircuito è che la corrente di carica è impostata da un solo resistore. Non sono necessari potenti resistori a bassa resistenza. Inoltre, c'è un indicatore del processo di ricarica, nonché un'indicazione della fine della ricarica. Quando la batteria non è collegata, l'indicatore lampeggia una volta ogni pochi secondi.
La tensione di alimentazione del circuito deve essere compresa tra 4,5 ... 8 volt. Più si avvicina a 4,5 V, meglio è (quindi il chip si riscalda meno).
La prima gamba viene utilizzata per collegare il sensore di temperatura integrato nella batteria agli ioni di litio (di solito il terminale centrale della batteria di un cellulare). Se la tensione di uscita è inferiore al 45% o superiore all'80% della tensione di alimentazione, la carica viene sospesa. Se non hai bisogno del controllo della temperatura, metti quel piede per terra.
Attenzione! Questo circuito presenta uno svantaggio significativo: l'assenza di un circuito di protezione contro l'inversione della batteria. In questo caso, è garantito che il controller si esaurisca a causa del superamento della corrente massima. In questo caso, la tensione di alimentazione del circuito cade direttamente sulla batteria, il che è molto pericoloso.
Il sigillo è semplice, fatto in un'ora sul ginocchio. Se il tempo ne risente, puoi ordinare moduli già pronti. Alcuni produttori di moduli finiti aggiungono la protezione contro la sovracorrente e la scarica eccessiva (ad esempio, puoi scegliere di quale scheda hai bisogno, con o senza protezione, e con quale connettore). 
Puoi anche trovare schede già pronte con un contatto per un sensore di temperatura. O anche un modulo di ricarica con più chip TP4056 in parallelo per aumentare la corrente di carica e con protezione da inversione di polarità (esempio).
È anche un design molto semplice. La corrente di carica è impostata dal resistore R prog (ad esempio, se si inserisce un resistore da 3 kΩ, la corrente sarà 500 mA).
I microcircuiti sono solitamente contrassegnati sulla custodia: LTRG (si trovano spesso nei vecchi telefoni Samsung). 
Il transistor si adatterà qualsiasi p-n-p, l'importante è che sia progettato per una determinata corrente di carica.
Non c'è un indicatore di carica su questo diagramma, ma sull'LTC1734 si dice che il pin "4" (Prog) ha due funzioni: impostare la corrente e monitorare la fine della carica della batteria. Ad esempio, viene mostrato un circuito con controllo di fine carica che utilizza un comparatore LT1716. 
Comparatore LT1716 in questo caso può essere sostituito con un economico LM358.
Probabilmente è difficile trovare un circuito da componenti più accessibili. Qui la cosa più difficile è trovare la sorgente della tensione di riferimento TL431. Ma sono così comuni che si trovano quasi ovunque (raramente cosa fa la fonte di alimentazione senza questo microcircuito). 
Bene, il transistor TIP41 può essere sostituito da qualsiasi altro con una corrente di collettore adeguata. Anche il vecchio KT819 sovietico, KT805 (o meno potente KT815, KT817) andrà bene.
L'impostazione del circuito si riduce all'impostazione della tensione di uscita (senza batteria !!!) utilizzando un trimmer a un livello di 4,2 volt. La resistenza R1 imposta il valore massimo della corrente di carica.
Questo schema implementa completamente il processo in due fasi di ricarica delle batterie al litio: prima la ricarica con corrente continua, quindi il passaggio alla fase di stabilizzazione della tensione e una diminuzione graduale della corrente fino a quasi zero. L'unico inconveniente è la scarsa ripetibilità del circuito (capriccioso nell'impostazione e impegnativo sui componenti utilizzati).
C'è un altro microchip immeritatamente trascurato da Microchip - MCP73812 (vedi). Sulla base di ciò, ottieni un'opzione di addebito molto economica (e poco costosa!). L'intero kit è solo un resistore!
A proposito, il microcircuito è realizzato in una custodia comoda per la saldatura - SOT23-5. 
L'unico aspetto negativo è che fa molto caldo e non c'è indicazione di carica. Inoltre in qualche modo non funziona in modo molto affidabile se si dispone di un alimentatore a bassa potenza (che dà una caduta di tensione). 
In generale, se l'indicazione della carica non è importante per te e una corrente di 500 mA è adatta a te, l'MCP73812 è un'ottima opzione.
Viene offerta una soluzione completamente integrata - NCP1835B, che fornisce un'elevata stabilità della tensione di carica (4,2 ± 0,05 V).
Forse l'unico inconveniente di questo microcircuito sono le sue dimensioni troppo ridotte (pacchetto DFN-10, dimensioni 3x3 mm). Non tutti sono in grado di fornire una saldatura di alta qualità di tali elementi in miniatura. 
Tra i vantaggi indiscutibili, vorrei sottolineare quanto segue:
Il costo del microcircuito non è così economico, ma non così grande (~ $ 1) da rifiutarsi di usarlo. Se sei amico di un saldatore, ti consiglio di optare per questa opzione.
Di più descrizione dettagliataè dentro.
Si, puoi. Tuttavia, ciò richiederà uno stretto controllo sulla corrente e sulla tensione di carica.
In generale, non funzionerà per caricare la batteria, ad esempio il nostro 18650 senza un caricabatterie. Hai ancora bisogno di limitare in qualche modo la massima corrente di carica, quindi almeno la memoria più primitiva, ma comunque richiesta.
Il caricabatterie più semplice per qualsiasi batteria al litio è un resistore in serie con la batteria: 
La resistenza e la dissipazione di potenza del resistore dipendono dalla tensione dell'alimentatore che verrà utilizzato per la ricarica.
Calcoliamo, ad esempio, un resistore per un alimentatore da 5 volt. Caricheremo una batteria 18650 con una capacità di 2400 mAh.
Quindi, all'inizio della carica, la caduta di tensione attraverso il resistore sarà:
U r \u003d 5 - 2,8 \u003d 2,2 Volt
Supponiamo che il nostro alimentatore da 5 V sia valutato per una corrente massima di 1 A. Il circuito consumerà la corrente più grande all'inizio della carica, quando la tensione sulla batteria è minima ed è di 2,7-2,8 Volt.
Attenzione: questi calcoli non tengono conto della possibilità che la batteria possa essere scaricata molto profondamente e che la tensione su di essa possa essere molto più bassa, fino a zero.
Pertanto, la resistenza del resistore richiesta per limitare la corrente all'inizio della carica al livello di 1 Ampere dovrebbe essere:
R = U / I = 2,2 / 1 = 2,2 ohm
Potenza di dissipazione del resistore:
P r \u003d I 2 R \u003d 1 * 1 * 2,2 \u003d 2,2 W
Alla fine della carica della batteria, quando la tensione su di essa si avvicina a 4,2 V, la corrente di carica sarà:
Addebito \u003d (U un - 4,2) / R \u003d (5 - 4,2) / 2,2 \u003d 0,3 A
Cioè, come possiamo vedere, tutti i valori non vanno oltre i limiti consentiti per una determinata batteria: la corrente iniziale non supera la corrente di carica massima consentita per una determinata batteria (2,4 A) e la corrente finale supera la corrente alla quale la batteria non acquista più capacità ( 0,24 A).
Lo svantaggio principale di tale carica è la necessità di monitorare costantemente la tensione sulla batteria. E spegnere manualmente la carica non appena la tensione raggiunge 4,2 Volt. Il fatto è che le batterie al litio non tollerano molto bene nemmeno una sovratensione a breve termine: le masse degli elettrodi iniziano a degradarsi rapidamente, il che porta inevitabilmente a una perdita di capacità. Allo stesso tempo, vengono creati tutti i prerequisiti per il surriscaldamento e la depressurizzazione.
Se la tua batteria ha una scheda di protezione integrata, di cui si è discusso un po' più in alto, tutto è semplificato. Al raggiungimento di una certa tensione sulla batteria, la scheda stessa la scollegherà dal caricabatterie. Tuttavia, questo metodo di ricarica presenta svantaggi significativi, di cui abbiamo parlato.
La protezione incorporata nella batteria non consentirà in nessun caso la sua ricarica. Non ti resta che controllare la corrente di carica in modo che non superi i valori consentiti per questa batteria (le schede di protezione non possono limitare la corrente di carica, purtroppo).
Se hai a disposizione un alimentatore con protezione di corrente (limitazione), allora sei salvo! Un tale alimentatore è già un caricabatterie a tutti gli effetti che implementa il profilo di carica corretto, di cui abbiamo scritto sopra (CC / CV).
Tutto quello che devi fare per caricare gli ioni di litio è impostare l'alimentazione su 4,2 volt e impostare il limite di corrente desiderato. E puoi collegare la batteria.
All'inizio, quando la batteria è ancora scarica, blocco di laboratorio l'alimentatore funzionerà in modalità di protezione corrente (ossia, stabilizzerà la corrente di uscita a un determinato livello). Quindi, quando la tensione sul banco raggiunge i 4,2 V impostati, l'alimentatore passerà alla modalità di stabilizzazione della tensione e la corrente inizierà a diminuire.
Quando la corrente scende a 0,05-0,1°C, la batteria può essere considerata completamente carica.
Come puoi vedere, l'alimentatore da laboratorio è un caricabatterie quasi perfetto! L'unica cosa che non può fare automaticamente è prendere la decisione di caricare completamente la batteria e spegnerla. Ma questa è una sciocchezza, a cui non vale nemmeno la pena prestare attenzione.
E se parliamo di una batteria usa e getta che non è destinata alla ricarica, allora la risposta corretta (e unica corretta) a questa domanda è NO.
Fatto sta che qualsiasi batteria al litio (ad esempio la comune CR2032 a forma di flat tablet) è caratterizzata dalla presenza di uno strato passivante interno che ricopre l'anodo di litio. Questo strato impedisce reazione chimica anodo con elettrolita. E la fornitura di corrente esterna distrugge lo strato protettivo sopra, causando danni alla batteria.
A proposito, se parliamo della batteria non ricaricabile CR2032, cioè la LIR2032, che le somiglia molto, è già una batteria a tutti gli effetti. Può e deve essere ricaricato. Solo la sua tensione non è 3, ma 3,6 V.
Come caricare le batterie al litio (che si tratti di una batteria del telefono, 18650 o qualsiasi altra batteria agli ioni di litio) è stato discusso all'inizio dell'articolo.
Circuito del regolatore di carica della batteria da batteria solareè costruito sulla base di un chip, che è un elemento chiave dell'intero dispositivo nel suo insieme. Il chip è la parte principale del controller e il controller stesso è l'elemento chiave del sistema solare. Questo dispositivo monitora il funzionamento dell'intero dispositivo nel suo insieme e gestisce anche la ricarica della batteria dai pannelli solari.
Alla massima carica della batteria, il controller regolerà l'erogazione di corrente ad essa, riducendola alla quantità necessaria per compensare l'autoscarica del dispositivo. Se la batteria è completamente scarica, il controller spegnerà qualsiasi carico in entrata sul dispositivo.
La necessità di questo dispositivo può essere ridotta ai seguenti punti:
Il regolatore di carica della batteria per dispositivi solari è importante perché le prestazioni di tutte le sue funzioni in buone condizioni aumentano notevolmente la durata della batteria integrata.
In assenza di i raggi del sole sulle fotocellule della struttura è in modalità riposo. Dopo che i raggi sono comparsi sugli elementi, il controller è ancora in modalità di sospensione. Si accende solo se l'energia accumulata dal sole raggiunge una tensione di 10 V in equivalente elettrico.
Non appena la tensione raggiunge questo indicatore, il dispositivo si accenderà e, tramite il diodo Schottky, inizierà a fornire corrente alla batteria. Il processo di ricarica della batteria in questa modalità continuerà fino a quando la tensione ricevuta dal controller raggiunge i 14 V. Se ciò accade, si verificheranno alcune modifiche nel circuito del controller per una batteria solare da 35 watt o qualsiasi altra. L'amplificatore aprirà l'accesso al transistor MOSFET e gli altri due, più deboli, saranno chiusi.
Pertanto, la batteria smetterà di caricarsi. Non appena la tensione scende, il circuito tornerà nella posizione iniziale e la carica continuerà. Il tempo assegnato al controller per questa operazione è di circa 3 secondi.
Questo tipo di dispositivo è considerato il più semplice ed economico. Il suo unico e principale compito è quello di spegnere la carica della batteria quando viene raggiunta la tensione massima per evitare il surriscaldamento.
Tuttavia, questo tipo ha un certo svantaggio, che è quello di spegnersi troppo presto. Dopo aver raggiunto la corrente massima, è necessario mantenere il processo di carica per un altro paio d'ore e questo controller lo spegnerà immediatamente.
Di conseguenza, la carica della batteria sarà di circa il 70% del massimo. Ciò influisce negativamente sulla batteria.
Questo tipo è un avanzato On/Off. L'aggiornamento è che ha un sistema di modulazione di larghezza di impulso (PWM) integrato. Questa funzione consentiva al controller, al raggiungimento della tensione massima, di non interrompere l'alimentazione di corrente, ma di ridurne la potenza.
Per questo motivo, è diventato possibile caricare quasi completamente il dispositivo.
Questo tipo è considerato il più avanzato al momento. L'essenza del suo lavoro si basa sul fatto che è in grado di determinare il valore esatto della tensione massima per una determinata batteria. Monitora continuamente la corrente e la tensione nel sistema. Grazie alla costante acquisizione di questi parametri, il processore è in grado di mantenere i valori più ottimali di corrente e tensione, il che consente di creare la massima potenza.
Se confrontiamo il controller MPPT e PWN, l'efficienza del primo è di circa il 20-35% superiore.
Ci sono solo due criteri di selezione:
Se non è possibile acquistare un prodotto già pronto, puoi crearlo tu stesso. Ma se capisci come funziona il regolatore di carica della batteria solare è abbastanza semplice, crearlo sarà più difficile. Durante la creazione, dovrebbe essere chiaro che un tale dispositivo sarà peggiore dell'analogo prodotto in fabbrica.
Questo è il circuito del regolatore solare più semplice e sarà il più facile da creare. L'esempio sopra è adatto per creare un controller per caricare una batteria al piombo con una tensione di 12 V e collegarsi con una batteria solare a bassa potenza.
Se modifichi le valutazioni su alcuni elementi chiave, puoi applicare questo schema a sistemi più potenti con batterie. L'essenza del funzionamento di un tale controller fatto in casa sarà che a una tensione inferiore a 11 V, il carico verrà spento e a 12,5 V verrà applicato alla batteria.
Vale la pena dire che in un semplice circuito viene utilizzato un transistor ad effetto di campo, invece di un diodo di protezione. Tuttavia, se c'è qualche conoscenza in schemi elettrici, puoi creare un controller più avanzato.
Questo schema è considerato avanzato, poiché la sua creazione è molto più difficile. Ma il controller con un tale dispositivo è abbastanza in grado di funzionare in modo stabile non solo con il collegamento a una batteria solare, ma anche a un generatore eolico.
Come collegare correttamente il controller, imparerai dal nostro video.
I controller sono dispositivi utili di per sé. E per comprendere meglio questo argomento, è necessario lavorare con un esempio specifico. Pertanto, considereremo il controller di carica della batteria. Cosa rappresenta? Come è organizzato? Quali sono le caratteristiche del lavoro?
Serve a monitorare il recupero delle perdite e delle spese energetiche. In primo luogo, è impegnato nel monitoraggio della conversione dell'energia elettrica in energia chimica, in modo che in seguito, se necessario, ci sia la fornitura dei circuiti o dei dispositivi richiesti. Non è difficile realizzare un controller di carica della batteria con le tue mani. Ma può anche essere rimosso da alimentatori guasti.
Naturalmente, non esiste uno schema universale. Ma molti nel loro lavoro usano due resistori di assetto che regolano i limiti di tensione superiore e inferiore. Quando supera i limiti specificati, inizia l'interazione con gli avvolgimenti del relè e si accende. Durante il funzionamento, la tensione non scenderà al di sotto di un certo livello tecnicamente predeterminato. Qui dovremmo parlare del fatto che esiste una gamma diversa di confini. Quindi, per la batteria, è possibile installare tre e cinque, dodici e quindici volt. In teoria, tutto si basa sull'implementazione hardware. Diamo un'occhiata a come funziona il controller di carica della batteria in diversi casi.
Va notato una varietà significativa di cui possono vantare i controller di carica della batteria. Se parliamo dei loro tipi, facciamo una classificazione a seconda dell'ambito:
Naturalmente, le specie stesse sono molto più grandi. Ma dal momento che stiamo considerando un controller di carica della batteria con punto comune visione, allora ne abbiamo abbastanza. Se parliamo di quelli utilizzati per i mulini a vento, in essi il limite di tensione superiore è solitamente di 15 volt, mentre quello inferiore è di 12 V. In questo caso, la batteria può generare 12 V in modalità standard. La fonte di energia è collegato ad esso tramite relè a contatti normalmente chiusi. Cosa succede quando la tensione della batteria supera i 15V impostati? In questi casi, il controllore chiude i contatti del relè. Di conseguenza, la fonte di alimentazione dalla batteria viene commutata sul reattore di carico. Da notare che non è particolarmente gradito per essere installato per pannelli solari per via di alcuni effetti collaterali. Ma per loro sono obbligatori. Elettrodomestici e i dispositivi mobili hanno le loro caratteristiche. Inoltre, il controller di carica della batteria del tablet, dei telefoni cellulari touch e a pulsante sono quasi identici.
Se aprite una qualsiasi batteria, noterete che una piccola è saldata ai terminali della cella, si chiama circuito di protezione. Il fatto è che richiedono un monitoraggio costante. Un tipico circuito di controllo è una scheda miniaturizzata su cui si basa un circuito composto da componenti SMD. A sua volta, è diviso in due microcircuiti: uno è quello di controllo e l'altro è quello esecutivo. Parliamo più in dettaglio del secondo.
Si basa su Di solito ce ne sono due. Il microcircuito stesso può avere 6 o 8 pin. Per il controllo separato della carica e scarica della cella della batteria, vengono utilizzati due transistor ad effetto di campo, che si trovano nello stesso alloggiamento. Quindi, uno di loro può connettere o disconnettere il carico. Il secondo transistor esegue le stesse azioni, ma con una fonte di alimentazione (che è il caricatore). Grazie a questo schema di implementazione, puoi facilmente influenzare il funzionamento della batteria. Puoi usarlo altrove se lo desideri. Ma va tenuto presente che il circuito del controller di carica della batteria e lo stesso possono essere applicati solo a dispositivi ed elementi che hanno un raggio di funzionamento limitato. Discuteremo ora queste caratteristiche in modo più dettagliato.
Il fatto è che se la tensione supera 4,2, potrebbe verificarsi un surriscaldamento e persino un'esplosione. Per fare ciò, vengono selezionati tali elementi di microcircuiti che smetteranno di caricarsi quando viene raggiunto questo indicatore. E di solito, fino a quando la tensione non raggiunge 4-4,1 V a causa dell'uso o dell'autoscarica, non saranno possibili ulteriori ricariche. Questa è una funzione importante assegnata al regolatore di carica della batteria al litio.
Quando la tensione raggiunge valori criticamente bassi che rendono problematico il funzionamento del dispositivo (di solito nell'intervallo 2,3-2,5 V), il transistor MOSFET corrispondente si spegne, che è responsabile della fornitura di corrente al telefono cellulare. Successivamente, c'è una transizione alla modalità di sospensione con un consumo minimo. E c'è un aspetto piuttosto interessante del lavoro. Pertanto, fino a quando la tensione della cella della batteria non supera i 2,9-3,1 V, il dispositivo mobile non può essere acceso per funzionare in modalità normale. Probabilmente avrai notato che quando colleghi il telefono, mostra che è in carica, ma non vuole accendersi e funzionare in modalità normale.
Come puoi vedere, il controller di carica della batteria agli ioni di litio svolge un ruolo importante nel garantire la longevità dei dispositivi mobili e ha un effetto positivo sulla loro durata. Grazie alla facilità di produzione, possono essere trovati in quasi tutti i telefoni o tablet. Se c'è il desiderio di vedere con i tuoi occhi e toccare il controller di carica della batteria agli ioni di litio e il suo contenuto con le mani, quando lo analizzi, dovresti ricordare che stai lavorando con un elemento chimico, quindi dovresti stare attento .
La composizione dei dispositivi portatili include una batteria, di solito una batteria agli ioni di litio viene utilizzata per questo scopo. Nonostante il fatto che le caratteristiche funzionali dell'elettronica moderna vengano costantemente migliorate, la batteria stessa rimane praticamente invariata.
La capacità e le caratteristiche funzionali della batteria sono aumentate in modo significativo, ma principio generale il lavoro è rimasto lo stesso. La batteria può surriscaldarsi notevolmente durante la carica e guastarsi. In caso di sovrascarica, la tensione potrebbe scendere al di sotto di un livello critico, il che porterà al degrado della cella e una nuova ricarica diventerà impossibile. Pertanto, per controllare il processo di ricarica vengono utilizzate le batterie circuiti elettronici, chiamati controllori.
Questa apparecchiatura viene utilizzata nei circuiti di telefoni cellulari, laptop e altre apparecchiature elettroniche portatili. È necessario un controller della batteria per i pannelli solari ed eolici. È incluso nella composizione di gruppi di continuità e altre apparecchiature.
Per capire come si carica la batteria, si consideri un circuito che includa solo un resistore e la batteria stessa.
Nel nostro caso utilizziamo una batteria 18650 con una capacità di 2400 mAh, con soglie di tensione di 2,8-4,3 V, e un'alimentazione a 5 volt e una corrente massima di 1 A. Calcoliamo i parametri della resistenza richiesta. In questo caso, assumiamo che la batteria sia in uno stato normale e non completamente scarica. Carichiamo la batteria. Innanzitutto, quando la tensione sulla batteria è minima, la corrente sarà massima e Ur: la caduta di tensione attraverso il resistore dovrebbe essere di 2,2 Volt (questa è la differenza tra Uip: la tensione dell'alimentatore 5 V e la batteria iniziale i valori).
Sulla base di questi dati, calcoliamo R - la resistenza iniziale attraverso il resistore e Pr - la potenza di dissipazione:
R= Ur/I = 2,2/1 = 2,2 Ohm, dove I è la massima corrente di alimentazione.
Pr \u003d I2R \u003d 1x1x2,2 \u003d 2,2 W.
Quando la tensione nella batteria raggiunge 4,2 V, Izar - la corrente di carica sarà:
Izar \u003d (Ui -4.2) / R \u003d (5-4.2) / 2.2 \u003d 0,3 A.
Si scopre che per la ricarica abbiamo bisogno di un resistore che funzioni a queste velocità. Ma in questo circuito, dovrai controllare continuamente la tensione sulla batteria per non perdere il momento in cui raggiunge un valore massimo di 4,2 V.
Importante! In teoria, è possibile caricare la batteria senza un circuito di protezione separato, ma non funzionerà per monitorare la tensione e la corrente di carica. Sì, questa opzione può essere utilizzata 1-2 volte, ma è impossibile garantire che la batteria non si guasti.
Ci sono tre compiti principali che svolgono i regolatori di carica:
I controller hanno funzioni diverse. Regola la corrente di alimentazione, assicurandosi che le letture siano inferiori alla carica massima, ma allo stesso tempo superino la corrente di autoscarica. I dispositivi monitorano il passaggio di tutte le fasi della scarica-carica della batteria, in base alla struttura e alla composizione chimica della batteria.
Se parliamo di batterie per laptop, il controller compensa ulteriormente i flussi di energia che si verificano quando il PC si carica e funziona contemporaneamente. A volte i dispositivi sono dotati di sensori termici per l'arresto di emergenza in caso di surriscaldamento o freddo.
Se nel sistema vengono utilizzate più batterie contemporaneamente, il controller fornisce la carica solo per le lattine che non sono state ancora caricate.
Per prevenire fughe di gas ed esplosioni, alcuni modelli di controller di carica della batteria utilizzano sensori di pressione.
Nota! Il funzionamento di qualsiasi controller deve fornire il corretto rapporto corrente costante/tensione costante (CC/CV). Se durante la ricarica la quantità di energia fornita è eccessiva, questa parte in eccesso viene rilasciata sul controller sotto forma di calore. Pertanto, il controller stesso non è mai integrato nella batteria, è incluso nel circuito generale, ma si trova sempre separatamente. Ma come realizzare un dispositivo con le tue mani?
Uno dei controller più comuni è la variante su chip del DW01. È utilizzato nella maggior parte dei dispositivi mobili. Questo elemento sembra scheda elettronica su cui sono montati tutti i componenti necessari.
DW01 ha 6 uscite e FET montato in un unico pacchetto con 8 uscite: questo è il chip 8205A.
In questo circuito il compito del regolatore di carica è quello di spegnere la batteria o quando è completamente scarica o quando è completamente carica, raggiungendo cioè un valore di 4,25 V. Invece di DW01, puoi usare NE57600, G2J, G3J, S8261, S8210, K091, JW01, JW11 e altri microcircuiti simili.
Il chip LC05111CMT include già transistor ad effetto di campo, qui vengono utilizzati solo un condensatore e resistori aggiuntivi. Il circuito utilizza transistor integrati con una resistenza di transizione di 0,011 ohm. Questo è un semplice diagramma per creare una batteria con le tue mani. Tra i terminali S1 e S2, la resistenza massima è 24 V e la corrente massima di carica/scarica è 10 A.
Tutti i dispositivi autoprodotti devono soddisfare i parametri specificati, altrimenti la batteria non funzionerà correttamente.
Finora l'energia solare si è limitata (a livello domestico) alla realizzazione di pannelli fotovoltaici di potenza relativamente bassa. Ma indipendentemente dal design del convertitore fotoelettrico della luce solare in corrente, questo dispositivo è dotato di un modulo chiamato regolatore di carica della batteria solare.
In effetti, lo schema di installazione per la fotosintesi della luce solare include una batteria ricaricabile, un dispositivo di accumulo dell'energia ricevuta da un pannello solare. È questa fonte di energia secondaria che viene servita principalmente dal controller.
Il modulo elettronico, chiamato regolatore solare, è progettato per eseguire una varietà di funzioni di controllo durante il processo di carica/scarica.
Questo è uno dei tanti modelli esistenti di regolatori di carica solare. Questo modulo è uno degli sviluppi del tipo PWM
Quando sulla superficie di un pannello solare installato, ad esempio, sul tetto di una casa, cade luce del sole Le fotocellule del dispositivo convertono questa luce in corrente elettrica.
L'energia risultante, infatti, potrebbe essere alimentata direttamente all'accumulatore. Tuttavia, il processo di carica/scarica della batteria ha le sue sottigliezze (alcuni livelli di correnti e tensioni). Se queste sottigliezze vengono trascurate, la batteria si guasterà semplicemente in un breve periodo di funzionamento.
Per non avere conseguenze così tristi, è stato progettato un modulo chiamato regolatore di carica per una batteria solare.
Oltre a monitorare il livello di carica della batteria, il modulo monitora anche il consumo di energia. A seconda del grado di scarica, il circuito del regolatore di carica della batteria solare regola e imposta il livello di corrente necessario per la carica iniziale e successiva.
A seconda della potenza del regolatore di carica della batteria della centrale solare, i design di questi dispositivi possono avere una configurazione molto diversa.
In generale, in parole povere, il modulo fornisce una "vita" spensierata alla batteria, che periodicamente si accumula e fornisce energia ai dispositivi dei consumatori.
Sul livello industrialeÈ stata avviata ed è in corso la produzione di due tipi di dispositivi elettronici, la cui progettazione è adatta per l'installazione in un circuito di un impianto solare:
Il primo tipo di controller per una batteria solare può essere chiamato un "vecchio". Tali schemi sono stati sviluppati e messi in funzione all'alba della formazione dell'energia solare ed eolica.
Il principio di funzionamento del circuito del controller PWM si basa su algoritmi di modulazione della larghezza di impulso. La funzionalità di tali dispositivi è in qualche modo inferiore ai dispositivi più avanzati della serie MPPT, ma in generale funzionano anche in modo abbastanza efficiente.
Uno dei modelli di controller di carica della batteria della stazione solare popolare nella società, nonostante il circuito del dispositivo sia realizzato utilizzando la tecnologia PWM, considerata obsoleta
I progetti in cui viene utilizzata la tecnologia di rilevamento del punto di massima potenza (tracciamento del limite di potenza massima) si distinguono per un approccio moderno alle soluzioni dei circuiti e offrono una maggiore funzionalità.
Ma se confrontiamo entrambe le tipologie di controller e, inoltre, con una propensione verso la sfera domestica, i dispositivi MPPT non appaiono nella luce rosea in cui sono tradizionalmente pubblicizzati.
Controllore di tipo MPPT:
Questo tipo di apparecchiatura è più adatto per i sistemi globali di energia solare.
Un controller progettato per il funzionamento come parte della progettazione di una centrale solare. È un rappresentante della classe dei dispositivi MPPT: più avanzati ed efficienti
Per le esigenze di un normale utente di un ambiente domestico, che, di regola, dispone di piccoli pannelli, è più redditizio acquistare e far funzionare un controller PWM (PWM) con lo stesso effetto.
I diagrammi schematici dei controller PWM e MPPT per la considerazione da parte di un profano sono un momento troppo complicato, insieme a una sottile comprensione dell'elettronica. Pertanto, è logico considerare solo i diagrammi strutturali. Questo approccio è comprensibile a una vasta gamma di persone.
La tensione proveniente dal pannello solare attraverso due conduttori (positivo e negativo) arriva all'elemento stabilizzatore e al circuito resistivo di separazione. A causa di questo pezzo del circuito, i potenziali della tensione di ingresso vengono equalizzati e, in una certa misura, organizzano la protezione dell'ingresso del controller dal superamento del limite di tensione di ingresso.
Va qui sottolineato: ogni singolo modello del dispositivo ha un limite di tensione di ingresso specifico (indicato nella documentazione).
Ecco come appare lo schema a blocchi dei dispositivi realizzati sulla base delle tecnologie PWM. Per il funzionamento come parte di piccole stazioni domestiche, un tale approccio circuitale fornisce un'efficienza abbastanza sufficiente.
Inoltre, la tensione e la corrente sono limitate al valore richiesto dai transistor di potenza. Questi componenti del circuito sono a loro volta controllati dal chip del controller attraverso il chip del driver. Di conseguenza, l'uscita di una coppia di transistor di potenza viene impostata sul valore normale di tensione e corrente per la batteria.
Inoltre nel circuito è presente un sensore di temperatura e un driver che controlla il transistor di potenza, che regola la potenza del carico (protezione contro la scarica completa della batteria). Il sensore di temperatura controlla lo stato di riscaldamento elementi importanti Controller PWM.
Di solito il livello di temperatura all'interno del case o sui dissipatori di calore dei transistor di potenza. Se la temperatura supera i limiti impostati nelle impostazioni, il dispositivo spegne tutte le linee di alimentazione attive.
La complessità del circuito in questo caso è dovuta alla sua aggiunta a una serie di elementi che costruiscono l'algoritmo di controllo necessario in modo più accurato, in base alle condizioni operative.
I livelli di tensione e corrente vengono monitorati e confrontati da circuiti comparatori e i risultati del confronto determinano la potenza massima di uscita.
La principale differenza tra questo tipo di controller e dispositivi PWM è che sono in grado di regolare il modulo solare alla massima potenza, indipendentemente dalle condizioni meteorologiche.
Lo schema di tali dispositivi implementa diversi metodi di controllo:
E nel segmento finale dell'azione generale viene utilizzato anche un algoritmo per confrontare tutti questi metodi.
Considerando il tema delle connessioni, va subito notato: per l'installazione di ogni singolo dispositivo, una caratteristica è lavorare con una serie specifica di pannelli solari.
Quindi, ad esempio, se viene utilizzato un controller progettato per una tensione di ingresso massima di 100 volt, una serie di pannelli solari dovrebbe emettere una tensione non superiore a questo valore.
Qualsiasi impianto solare funziona secondo la regola del bilanciamento delle tensioni di uscita e di ingresso del primo stadio. Il limite superiore della tensione del controller deve corrispondere al limite superiore della tensione del pannello
Prima di collegare il dispositivo, è necessario determinare il luogo della sua installazione fisica. Secondo le normative, il luogo di installazione deve essere un locale asciutto e ben ventilato. È esclusa la presenza di materiali infiammabili in prossimità del dispositivo.
È inaccettabile avere fonti di vibrazioni, calore e umidità nelle immediate vicinanze del dispositivo. Il luogo di installazione deve essere protetto da precipitazione e luce solare diretta.
Quasi tutti i produttori di controller PWM richiedono di seguire l'esatta sequenza di connessione dei dispositivi.
È necessario collegare i dispositivi periferici nel pieno rispetto delle designazioni dei terminali di contatto:
La sequenza specificata non deve essere violata. Ad esempio, è severamente vietato collegare i pannelli solari in primo luogo con una batteria scollegata. Con tali azioni, l'utente corre il rischio di "bruciare" il dispositivo. Lo schema per l'assemblaggio di pannelli solari con una batteria è descritto in modo più dettagliato.
Inoltre, per i controller della serie PWM, è inaccettabile collegare un inverter di tensione ai terminali di carico del controller. L'inverter deve essere collegato direttamente ai terminali della batteria.
I requisiti generali di installazione fisica per questo tipo di apparecchi sono gli stessi dei sistemi precedenti. Ma la configurazione del processo è spesso leggermente diversa, poiché i controller MPPT sono spesso considerati macchine più potenti.
Per controller progettati per livelli alti potenza, si consiglia di utilizzare cavi di grande sezione dotati di testate metalliche sui collegamenti dei circuiti di potenza
Ad esempio, per i sistemi potenti, questi requisiti sono integrati dal fatto che i produttori raccomandano di prendere un cavo per le linee di collegamento dell'alimentazione, progettato per una densità di corrente di almeno 4 A / mm 2. Cioè, ad esempio, per un controller per una corrente di 60 A, è necessario un cavo per il collegamento alla batteria con una sezione trasversale di almeno 20 mm 2.
I cavi di collegamento devono essere dotati di capicorda in rame, saldamente crimpati con uno strumento speciale. I terminali negativi del pannello solare e della batteria devono essere dotati di adattatori con fusibili e interruttori.
Questo approccio elimina le perdite di energia e garantisce un funzionamento sicuro dell'impianto.
Schema strutturale di collegamento di un potente controller MPPT: 1 - pannello solare; 2 – Controllore MPPT; 3 - morsettiera; 4.5 - fusibili; 6 – interruttore di alimentazione del controller; 7.8 - autobus di terra
Prima di effettuare il collegamento al dispositivo, assicurarsi che la tensione ai morsetti corrisponda o sia inferiore alla tensione applicabile all'ingresso del controller.
Collegamento delle periferiche al dispositivo MTBP:
Dopo questi passaggi, è necessario sostituire il fusibile della batteria precedentemente rimosso e portare l'interruttore in posizione "on". Sullo schermo del controller apparirà un allarme di rilevamento della batteria.
Lo schermo dello strumento mostrerà il valore di tensione del pannello solare. Questo momento indica il successo del lancio dell'installazione di energia solare.
L'industria produce dispositivi sfaccettati in termini di soluzioni circuitali. Pertanto, è impossibile fornire raccomandazioni inequivocabili sul collegamento di tutti gli impianti senza eccezioni.
Tuttavia, il principio fondamentale per qualsiasi tipo di dispositivo rimane lo stesso: senza collegare la batteria ai bus del controller, il collegamento con i pannelli fotovoltaici è inaccettabile. Requisiti simili si applicano per l'inclusione nel regime. Va considerato come un modulo separato collegato alla batteria con un contatto diretto.
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