Micom_Electric/Battery charger
2011. 2. 28. 16:30
원본링크:
태양 전지를 사용하여 배터리를 충전하기 위하여, 지금까지 배터리 역류 방지 다이오드를 넣는 것만 간단한 회로 가고있었습니다. 이만큼이라면, 과충전되고, 태양 전지를 효율적으로 사용할 수 없습니다. 이번 MPPT (Maximum Power Point Tracker)라는 방식을 사용, 태양 셀 전원을 확대하고, 충전, 과충전 대책을 고려한 태양광 충전 실험을 해 보았습니다.
MPPT 내용은 Goo라고 보면 여러가지가 있지만, Tim Nolan 님과 URL을 추천했습니다. 회로와 코드가 공개되어 있고, 이해하는 데 참고가되었습니다. Many TNX!
태양 세포에서 전력을 StepDown 컨버터를 통해 Battery에 공급하는 것입니다. 입력 측에 연결되는 태양 셀 전압 Vs 와 전류 Is를 모니터하고 태양광 발전 전력 Ws 확대되도록 컨버터의 PWM 값을 조정합니다. 이 최적화는 등산 법 (Hill Climb Method)를 사용하여 태양광 전력이 변화해도 추적할 수 있도록되어 있습니다. 다이오드에만 사용하면 전압 Vs0 전류 Is0도 모니터하고이 때의 전력 Ws0을 계산하여 효율 (Ws/Ws0x100 %)도보기 위해서했습니다. 배터리 측의 전압 Vb, 전류 Ib를 모니터하고 배터리 규정 전압 CHARGE (14.4V = 12Vx1.2) 이상이되었을 때, 과충전 보호를 위해 PWM을 0으로 충전을 중지하는 기능을 넣었습니다.
또한, 충전 전류 Ib가 50mA 이하가 된 경우에는 태양광이 없어졌다 (밤)으로 분류하여 충전을 중지시킵니다. 이때는 배터리의 전압 Vb에만 모니터링하도록했습니다. (방전에 대해서는 향후 검토 예정)
PIC16F819를 사용했지만, 프로그램 용량이 줄어들고 PIC16F690 (ver.2.0)로 변경되었습니다.
AN0, 1, ICSP 단자로 사용하기 때문에 AN7, 8 Vb, Ib의 AD 입력했습니다.
[충전의 LCD 디스플레이 예]
다음의 3 가지 내용을 3 초 동안 조금씩 바꾸어 표시하도록하여 보았습니다.
1)
Vs, Is : 충전중인 태양 전지 전압, 전류 (왼쪽)
Vs0, Is0 : PWM = 100 % (다이오드만의 회로와 등가) 시간 값 (오른쪽)
2)
Vb, Ib : 배터리 충전시의 전압, 전류
DT : PMW의 비율 [%] Wb : 배터리 충전 전력
3)
Ws : 태양 셀 충전 전력 (Vs * Is) / PWM = 100 %시 태양 셀 충전 전력 (Vs0 * Is0)
e : Ws/Ws0 * 100 [%] : PWM 제어시의 전력 증가분 (100 % 이상 취득한 분!)
e는 최대 130 % 정도였습니다. 제어함으로써, 30 % 저렴라는 것입니다. 효율은 햇빛이 갑자기 바르고 때 효율이 올라올 것 같습니다. 아침은 좀 효율 낮은 것 같습니다.
기타보기
"충전 완료시", "충전 대기 (야간 모드)시"을 수행합니다. 운영에 필요한 정보가 있으면 추가하여 표시할 수 있도록하고 싶습니다. 이번에는 실험이므로, 우선 이것으로 충분히 냐고. . . 프로그램의 절반 정도이 표시 없애기가 차지하고 있고 있습니다.
이번 배터리 충전을 중심으로 검토하여 보았습니다. 아직 그 밖에도 검토하는 곳 (버그들)이있을 것입니다.
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Experiments on MPPT Solar Charger (1) (2) 의 bug fix, 실제로 태양 전지로 12V 배터리의 충전을 지휘하고 적당하다고 생각되는 전압 설정했습니다. 겨울 방학? 들어, 결정된 시간이 잡힌 때문에 마무리에 들어가 보았습니다. 후 조금 운용보고, 무능 수긍을 수정합니다.
회로도 (참고)
"수정 사항"
1) # define CHARGED 15.0
12V 배터리에서 20 %를 충전 종료 전압으로 보면, 충전 전류 Ib가 150mA 정도로 적은 것 이었으므로, 15V (Ib = 190mA 정도로 향상) 해 보았습니다.
2) 과충전 대책으로 15V를 초과하면 MOS 트랜지스터는 방전 회로가 추가되었습니다. 실험에서는 300mA 흐르는 부하를 찍어 보았습니다. 방전은 13V 이하로했을 때이 강제 방전 중지 태양광 충전 가능한 전원에있을 때 (Vs> 13V) 충전을 시작하도록 변경했습니다.
3) 태양광 충전시 전압 Vs이 13.5V 이하가되었을 때 종료하도록 변경. 이제 Ib = 15mA까지 포도 내고 충전할 수 있습니다. (처음 설정은 Ib = 50mA로 종료 설정)
4) 비 충전시 (Vs <13V)에 배터리 전압 Vb와 태양광 전압 Vs (이때는 무부하 상태)를 모니터하고 LCD 표시합니다. Vs> 13V에서 일반적으로 충전에 복귀하도록 설정을 변경했습니다.
5) 덤 :보기 쉽게 대형 LCD로 변경. Optrex PWB16230A (@ 550 엔, 아키즈키 전자) 명령은 SC1602과 동일한 OK. Lucky! 배선 전용 변경. LCD 모듈의 뒤쪽에있는 것이 지금까지 사용하고 있던 SC1602이므로, 대략의 크기를 알 수 있다고 생각합니다.
설명 잊었 습니다만, Timer1은 PWM을 사용하고 있습니다. 또한 Timer0은 1SEC마다 LED를 점등시켜 프로그램이 제대로 작동하고있는 상태를 알리기 위해 사용하고 있습니다. 프로그램의 TME 값이 LED의 발광 시간을 바꾸는 것으로, 충전, 비활성 (비 충전시), 충전 완료 (과충전시)의 3 가지 상태가 LCD를 보지 않더라도, 알 같이 해 보았습니다.
충전 효율이 좋은 때는 충전 전류 Ib는 태양 전지의 전류 Is 더 커지고있는 것이, LCD 디스플레이에서 확인할 수 있습니다. 태양 전지와 배터리를 다이오드로 연결하면 Ib = Is이며, 또한 태양 전지의 최적 전력을 MPPT에서 추출하기 때문에 태양광을 효율적으로 사용할 것은 아닐까 생각 합니다만. . . 태양의 힘에 의해 최적 전원시의 PWM의 duty 비율이 변화하고있는 모습도 볼 수 있습니다. (DT [%])
이번에는 배터리 충전을 효율적으로 할 것에 주력했습니다. 브레드 보드 실험 회로를 짜했지만 이제 잠시 운용하고, PC 보드 화로도 검토합니다. 그것으로 모인 전력의 용도도 검토하기로합니다.
실험, LCD 디스플레이를보고 있으면, 그 때의 상태를 파악할 수 있지만, 하루 만에 또 년간 얼마의 전력 하숙을 할 수 있는지 관심이 나옵니다. 로그를 취합, 기록하는 것입니다. 이것은 그 중 기분이 내키면 검토하게됩니다.
PIC 용 전원은 78L05 같은 시리즈 레귤레이터는 전력이 다소 낭비되기 때문에, NJM2360A에서 Step Down Converter로 공급하기로했습니다. (20080129)
<<experiment 20071228 ""
*) 보충 codicil <20090222 added>
충전 전력 최적화는 입력 (태양 셀)과 출력 (배터리) 전원 (전압 x 전류)을 모니터 출력 측의 전력이 최대가되도록 입력 측의 전류 (PWM의 duty %)를 조정하고 있습니다. 최적화는 등산 법 (Hill Climb Method)를 사용하여 태양 셀 전력이 변화하면 추적하도록합니다.
입력 전압의 수십 % (대략 80 %)이되도록, OpenLoop으로 제어하는 방법 (전압 추종 형)은 간단하지만, 최적 제어하는 것이 효율은 다소 높습니다. 회로와 프로그램은 복잡하지만. . .
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