Контроллер заряда для ветро/СБ/гидрогенератора

Привет всем,
что к действиям побудило : сестра купила дачу, товарищество в размере 600 участков, контингент на 80% пенсионеры, электричества нет, стоимость подключения к мощности объявили в 200к руб. с участка....
Итог : собрать данную сумму со всех просто невозможно, следовательно подключения не будет в ближайшие лет 10.
Решил вопрос надо решать комплексно: ветер, солнце и вода (благо по участку ручей течет, на котором уже деривационную микрогэс соорудил и через переделанный UPS получаю какое никакое эл-во).

Прошерстил интернет и с удивлением обнаружил что приемлемого комплексного контроллера заряда для одновременной работы с ветряком, генератором, солнечными батареями и балластной нагрузкой нет. В смысле есть но стоють от 50 тыщ.
И схемки приличной тоже что то не нашлось, даже китайского контроллера - как военная тайна :-)
Все что попадалось тупые зарядники по напряжению, без сопряжения источников и распределения нагрузки

Так как лет 25 назад увлекался электроникой решил попробовать самостоятельно разработать (знания конечно устарели да и элементная база кардинально поменялась, но думаю осилю).
На данный момент нахожусь на стадии проектирования, разработку и симуляцию делаю в Multisym 11.

Вот собственно для чего искал схему промышленного контроллера :
-интересует техническое решение сопряжения разных источников тока при одновременной работе
-интересует техническое решение режима заряда АБ (стабилизация по току или напряжению, подключение к нагрузке)
-распределение нагрузки между разными источниками при одновременной работе.

В общем если есть у кого опыт в подобных устройствах или схемка, прошу помощи - информации кроме рекламы ноль.

0

Всем привет.
Так как устройство планируется в модульном исполнении, занялся пока модулями выходных ключей.
Рассчитаны по топологии stepdown на разные типы MOSFET n-канал и p-канал.
В схемах ничего принципиального нет, упор делался на выделение элементов, радиаторов и выводной шины (Vin, SwCtl, Vout, Gnd), но если кому интересно могу выложить.

Vin - питание модуля ключа
SwCtl - управляющий сигнал (открытие ключа не менее TTL 1 )
Vout - выход ключа (постоянное сглаженное напряжение, фильтр для 100 кГц пульсация 40-50 мV)
Gnd - земля

Вот вопросики возникли :
есть ли смысл выводить с каждого ключа уже сглаженное напряжение, если каждый ключ будет использоваться для отдельного источника с отдельным управлением (увеличение элементов на фильтры, уменьшение тока через фильтры) или ввести все ключи на один фильтр (увеличение частоты выхода при увеличении кол-ва источников, уменьшение габаритов элементов фильтра, увеличение тока через единый фильтр)

Некоторые непонятки с sepic - не могу нормально смоделировать. С buck и boost проблем нет, а sepic никак не хочет выходить на рассчитанный режим и тяготеет к режиму stepdown. Вот вопрос sepic работает на больших токах или у меня просто симулятор гонит?

0

Сообщение от Sromix Да все верно, но в данном моменте я пытаюсь уйти от вопроса больших токов заряда при сильно разряженной батарее.

а что за вопросы можно пояснить ?
все равно ток зарядки ограничен максимальной мощностью ветряков, водяных мельниц и прочих бензогенераторов.

0

Сообщение от zotk а что за вопросы можно пояснить ? все равно ток зарядки ограничен максимальной мощностью ветряков, водяных мельниц и прочих бензогенераторов.

У тут вот какая история, при сильно разряженной батарее и неуправляемом зарядном токе при постоянном напряжении батарея в состоянии принять ток вплоть до номинала емкости.
Чем чревато:
естественное разрушение аккумулятора
перегрузка по току систем управления при работе параллельно на нагрузку и выход из строя
перегрузка электрических цепей источников и выход из строя(кому охота перематывать генератор раз в месяц, ну может кроме солнечных батарей, им кз не очень страшно)
перегрузка механических узлов источников и выход из строя (как механик могу сказать что все механизмы рекомендуются к длительной эксплуатации в районе не более 80% максимальной нагрузки. На это есть причины в виде оптимальной зоны механического кпд и длительности сроков бесперебойной работы до проф. и кап. ремонтов )

Может конечно я преувеличиваю, но тем не менее эти факторы нельзя совсем сбрасывать со счетов.

0

Вы не пробовали заводить "с прикурки" совершенно севший автомобиль? У него ведь не дымит генератор, не лопается ремень, не выплёскивает кислотой батарея... Просто поездить пол-часика, и всё работает. А вы тут страсти с атомной войной рассказываете.

0

Сообщение от Гарнист Вы не пробовали заводить "с прикурки" совершенно севший автомобиль? У него ведь не дымит генератор, не лопается ремень, не выплёскивает кислотой батарея...

Ну тут все как раз объяснимо : генератор автомобиля рассчитан по мощности в 1.5 мощности штатного аккумулятора. Т.е. заложен запас по мощности изначально и ремень не лопается и двигатель не глохнет по той же причине :-)
Просто сравните какие аккумуляторы стоят: 40-80 Ач, а генераторы 60-120 Вт, что с лихвой перекрывает кратковременное увеличение зарядного тока. (да и авто генераторы выполнены с учетом высокой энергонасыщенности с постоянным принудительных охлаждением)
Я же имею в виду заряд блока аккумуляторов намного превышающего по току возможности источников, так как мощность источников принципиально ограничена физическими характеристиками энергоносителей.
Если заряжать 1 аккумулятор на 60-80 Ач еще куда ни шло, а 2-4х100 Ач это уже призадумаешься.
Ну в принципе то я высказал свое мнение - решение то принимается на месте исходя из текущих условий.

0

У тут вот какая история, при сильно разряженной батарее и неуправляемом зарядном токе

в данном предложении существенно бОльший вред батарее наносит словосочетание "при сильно разряженной". то, что она достаточно большой ток сможет на зарядку забрать - не столь страшно.
да и из сугубо эксплуатационных качеств - сильно севшую батарею нужно как можно быстрее зарядить (пока солнце обратно за тучу не зашло), иначе на кой чорт она нужна ?

Просто сравните какие аккумуляторы стоят: 40-80 Ач, а генераторы 60-120 Вт

давайте еще длинное с зеленым посравниваем :)

мощность источников принципиально ограничена физическими характеристиками энергоносителей.

именно. физическими характеристиками энергоносителей, а не нагрузочной способностью обмоток или механической прочностью генерирующей установки. в нужный момент именно чахлый ручей не даст вашему убердевайсу выйти на закритический режим работы )

Если заряжать 1 аккумулятор на 60-80 Ач еще куда ни шло, а 2-4х100 Ач это уже призадумаешься.

разница - сугубо во времени заряда. если исключить случаи совсем глубокого разряда (сами по себе убийственные для батареи), то можно принять, что современная свинцовая батарея при зарядке постоянным напряжением лишнего тока не возьмет.

0

Да, вот тут какие то непонятки с модулями ключей на N и P канальных MOSFET.
На данный момент ключи питаются от одного источника и одним импульсом от шим.
По паспортным характеристикам P канальный (IRF5210 сопротивление 60) на много хуже N канального (IRF3205 сопротивление 8), но при параллельной работе ток через P канальный раза в три больше.
N канальный блок собран с IR2117, P канальный обвязка на биполярниках. По всем признакам должно быть наоборот.
По измерениям оба MOSFET открываются полностью.
Может есть какие то особенности по временным характеристикам?

0

Сообщение от zotk .....еще длинное с зеленым посравниваем :) .....

А почему нет :-) 80 Вт генератора ~ 104 ВА, при 14В это возможность выдать 7.4 А, если я ничего не путаю то для 60 Ач вполне хватит :-)
Ну а так все верно - у меня возражений то нет :-)

0

Не утерпел, добавлю свои соображения.
Свинцовые аккумуляторы (в отличие от других систем) прекрасно подходят для буферного режима работы, с частичными режимами заряда и разряда в большом интервале токов.
Это потому, что у них нет эффекта "памяти", а газовыделение наступает только в конце заряда, когда напряжение на банке превысит потенциал разложения воды (~2,2-2,3v).
Также они допускают заряд при постоянном напряжении. При этом не надо бояться, что разряженная батарея возьмет слишком много тока. Этому препятствуют следующие процессы: во первых, внутреннее сопротивление разряженной батареи гораздо больше, чем заряженной (ативная масса у разряженной состоит в основном из сульфата свинца, сопротивление которого больше, чем у окиси, и тем более металлического свинца). Во вторых, при увеличении тока заряда, напряжение в отдельных микроячейках активной массы может превысить потенциал разложения воды, что приведет к вытеснению электролита из этой ячейки образовавшимися газами, и соответственно уменьшит ток через нее.
Кроме того, доведение батареи в процессе заряда до кипения, позволяет выровнять емкость отдельных банок, а воду всегда можно долить. Вот только гелевые аккумуляторы, не допускающие доливки, кипятить нежелательно. Для гелевых желательно установить напряжение заряда не более 13,8v, тогда они долго не высохнут. Для заливных же выгоднее держать его на уровне 14,2-14,4v (как в автомобилях), что способствует лучшему использованию их емкости.

Для более эффективного использования напряжения источников тока, у которых оно может меняться в больших пределах (особенно у ветряков и солнечных), желательно выбрать напряжение батареи выше максимально возможного с них (например, 24, 36, 48v). Тогда каждый источник будет подключен к батарее через свой повышающий преобразователь, что позволит им отдавать энергию начиная с единиц вольт. Сделать же преобразователь, который бы и повышал, и понижал напряжение, причем с хорошим КПД, гораздо сложнее.
Еще один довод в пользу большого напряжения батареи. Поскольку для нагрузки надо будет повышать ее напряжение во много раз, соответственно умножаются и токи потребления от батареи. А чем больше ток, тем больше потери на ключах, проводах, обмотках... Поэтому с точки зрения нагрузки желательно иметь напряжение батареи как можно выше. При 12v КПД будет совсем паршивым, а токи огромными. Думаю, меньше 24v делать не стоит. Также и выше 48v, потому что тогда потребуются более высоковольтные и дорогие ключи, к тому же у них выше сопротивление канала. Например, дешевые IRF3205 имеют потолок 110А 55V при сопротивлении канала 0,008 Ом. В двухтактной схеме их можно использовать при батарее 24v, в мостовой (или полумостовой) - до 48v. Естественно, при ограничении выбросов на фронтах, что несложно. Частоту преобразователя можно взять 20-50КГц, что позволит использовать ферриты, и габариты будут сравнительно небольшими, при хорошем КПД.

В целом же, не вижу ничего нереального или технически невыполнимого в обсуждаемой системе. Кстати, года два назад вроде тут на форуме было описание подобной системы одного из участников, с солнечными батареями, и, кажется, ветряком. Правда, там использовались фабричные преобразователи и устройства защиты. Лень копать архивы, между делом если попадется на глаза - дам ссылочки.

Сообщение от Sromix Сообщение от zotk .....еще длинное с зеленым посравниваем :) .....

А почему нет :-) 80 Вт генератора ~ 104 ВАлолщито ?

7.4 А, если я ничего не путаю то для 60 Ач вполне хватит :-)

я слегка не догоняю, на что должно хватить ? на зарядку ? так и 100мА хватит, только заряжаться будет соответственно дольше.

0

Сообщение от SWK Не утерпел, добавлю свои соображения...... Лень копать архивы, между делом если попадется на глаза - дам ссылочки.

Спасибо за дельные комментарии.
Я собственно тоже склоняюсь к уровню 24В в режиме буферного заряда, но на данный момент есть ограничения в виде инвертора переделанного из 12В бесперебойника и 12В потребителей.
Так что разбил весь проект на несколько основных этапов:
разработка универсальных модулей силовых ключей для отработки технологического обеспечения уровней 12В и 24В
разработка модуля консолидирующего силовые ключи для обеспечения физической совместимости модулей
разработка микропроцессорного управления консолидирующим модулем, пока планирую на Miko32, но ближе к разработке более детально проработаю элементную базу в этом направлении
перевод 12В потребителей на 24В, в принципе это в основном освещение так что только драйвера светодиодов проверить на работоспособность при 24В и пару конвертеров сваять для 12В потребителей

Если приведете ссылки буду очень благодарен и большим вниманием ознакомлюсь с материалами.

0

Сообщение от zotk лолщито ?

Ага :-))) Прошу прощения за провокацию :-))))
Есть грешок использовать метод провокации для получения необходимой информации, отличный способ использовать желание других поставить тебя на место и научить жить. Еще раз прошу прощения, больше не повторится :-)))

0

Сообщение от Sromix Я собственно тоже склоняюсь к уровню 24В в режиме буферного заряда, но на данный момент есть ограничения в виде инвертора переделанного из 12В бесперебойника и 12В потребителей.

У нас есть в продаже готовые инверторы на 220в 50 гц. Входное 12 или 24 вольт. Небольшие, не греются, не шумят, рассчитаны на длительный режим работы. Легко переносят кратковременную перегрузку (например, срабатывание петли разнигничивания телевизора или пусковые токи дрели). Мощности от 100вт до 500 и 1000вт. Я уже писал про них. У меня на 500вт, стоил он у нас 30$. Думаю, такой на 1000вт с входным 24v вполне бы вас на первое время устроил. Попробуйте поискать поблизости.

Сообщение от SWK ...Думаю, такой на 1000вт с входным 24v вполне бы вас на первое время устроил. Попробуйте поискать поблизости.

Ну в принципе у нас подобных изделий тоже полно, но я пока повременю с рассмотрением реализации высоковольтной части до готовности низковольтного питания.
Хотя достаточно интересная мысль дополнительных выводов 12В и USB. Надо на это обратить внимание.

0

Правильно ли я понимаю уважаемого SWK. Общая структура системы электроснабжения такова:

Несколько источников электроэнергии работают практически независимо и каждый из них сводится
к 24-48 вольтам постоянного напряжения. Точнее, к импульсам, заряжающим батарею на 24-48 В.

Эта батарея питает преобразователь DC-AC и все домашнее хозяйство спокойно питается от нормальной (привычной) электросети.

Контроль заряда батареи некритичен. Но его легко осуществить, если учесть, что каждый источник электроэнергии будет "не дурак", отдавая импульсы с управляемой частотой. Эта частота зависит от того, какова сейчас мощность источника и, если надо, от того, как себя чувствует батарея.

Очень красиво.

0

Сообщение от drvtos Очень красиво.

Да в идеале с полной реализацией так и видится, но пока буду учитывать текущие реалии.
Контроль источников по MPPT пока для меня не сформировался.
Оставлю задачу на программную реализацию, для начала с введением параметра в EEPROM для каждого из источников типа точка максимальной мощности. Потом посмотрим.

0

Сообщение от Sromix Сообщение от Гарнист Просто сравните какие аккумуляторы стоят: 40-80 Ач, а генераторы 60-120 Вт

Это автомобильный генератор, или я не понял пост? Даже на ТАЗе киловаттный стоял. В машине 100 Ватт - это только фары )

0

Сообщение от Stiit.mi Это автомобильный генератор, или я не понял пост? Даже на ТАЗе киловаттный стоял. В машине 100 Ватт - это только фары )

Да я же писал выше с извинениями за провокацию - конечно же не Вт а А :-)

0

Всем привет,
ну вот созрел ко второй части марлезонского балета, в смысле к микроконтроллерной части.
Выбор все таки пал на Miko32. Основной причиной было наличие сочетания 8 каналов АЦП и 4 каналов ШИМ.
Для чего понадобилось такое сочетание: планируется применение 4 независимых источников генерации, соответственно для этого необходимы 4 канала ШИМ. Для обеспечения независимой регулировки по каналам ШИМ - 4 канала АЦП, обеспечение поддержания источников в районе точки максимальной мощности (планирую определять по напряжению на источнике) займет еще 4 канала АЦП (итого 12 лап уже приписано).
Подключение LCD 16x2 это еще 11 лап (итого 23)
Кнопки управления +, - , Да, Нет, Рестарт . еще плюс 5 (итого 28)
По каналам ввода вывода вроде укладываюсь с некоторым запасом.

Общая концепция:
Входы АЦП подключаются парами к выходу источников и к выходу силовых модулей.
Измерения планируется использовать для поддержания источника на напряжении точки максимальной мощности и обеспечить регулировку выходного напряжения силового модуля.
АЦП запустить в непрерывном режиме измерения с фиксацией результатов измерений по прерыванию окончания преобразования.
На основании полученных измерений производить корректировку работы каждого из каналов ШИМ.
Для начала точки максимальной мощности для каждого из источников планируется хранить в EEPROM (потом можно попробовать программно определить, вроде где то видел алгоритмы)

Вопросы возникшие по ходу:
при работе на ШИМ каналов на частоте 100kHz скорости контроллера хватит?
может есть смысл собрать силовые модули с железным шим, а уже им управлять через мегу?

Что коллеги посоветуют относительно вышеизложенного, ну или поругают?

0

Я бы не стал завязывать такую "искроопасную" систему к одному контроллеру, зависание которого может привести к серьезной аварии.

Как на мое ИМХО, то каждый канал должен локально поддерживать работу одного источника на общую пользу. При этом, обязательно предусмотреть безопасное состояние канала управления в случае программных слетов - это безопасное состояние должно возникать на аппаратном уровне.
Такие локальные "микро"-контроллеры можно реализовать на простых камешках (хотя та же Мега48, будучи простой, является достаточно мощной, чтобы накрутить много чего).
Кстати, ориентируясь на ряд Мега48-88-168-328, ты наперед избавляешься от проблемы нехватки памяти. Они совместимы между собой очень хорошо. Строишь на 48, потом прога разрослась - покупаешь на ее место 88-ю или 168-ю...
А общую координацию локальных контроллеров (точнее, даже не координацию, а мониторинг работы системы, общение с Хозяином, рапотры в Интернет и прочая. и прочая) вполне можно положить на отдельный контроллер. И, в зависимости от полета твоей мысли и толщины кошелька, это может быть платка на той же Меге, это может быть покупная плата с хорошими способностями к общению, это может быть простенький комп... Никаких жестких требований к данному уровню контроля системы уже нет, поэтому, пусть хоть под Виндой галимой, пусть виснет и перезапускается - а хер с ней! Локальные контроллеры свое дело туго знают и дают городу свет :)

Все мои соображения - исключительно из общей тенденции распределения мозгов в серьезных системах. Я в энергетике полный ноль.

0