วงจรชาร์จแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ลมไฮบริด

บทความนี้อธิบายวงจรชาร์จแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์และลมแบบไฮบริดอินพุตคู่โดยใช้ส่วนประกอบราคาถูกและธรรมดา

ความคิดนี้ได้รับการร้องขอจากหนึ่งในสมาชิกที่สนใจของบล็อกนี้

ข้อกำหนดทางเทคนิค

หลังจากเที่ยงคุณกำลังออกแบบ 'วงจรควบคุมการเก็บเกี่ยวพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลม' ซึ่งมีสองอินพุตและเอาต์พุตหนึ่งตัว
แผงเซลล์แสงอาทิตย์ PV (0-21V DC) และอินพุตอื่นคือกังหันลม (15V DC)
ต้องออกแบบวงจรสำหรับชาร์จแบตเตอรี่ 12v กระแสไฟขาออกที่ส่งไปยังแบตเตอรี่ที่โหลดต้องไม่เกิน 3.5A
กลุ่มของฉันและตัวเองได้รับวงจรบางส่วนออกจากอินเทอร์เน็ตและจำลองโดยใช้ pspice ไม่มีเลยที่ให้กระแสเอาต์พุต 3.5 A แก่เราได้โปรดช่วยเราด้วยตัวอย่างวงจรที่เราสามารถใช้ได้

การออกแบบ

ในโพสต์ก่อนหน้าของฉันฉันได้แนะนำแนวคิดที่คล้ายกันซึ่งช่วยให้สามารถชาร์จแบตเตอรี่จากแหล่งพลังงานสองแหล่งเช่นลมและแสงอาทิตย์พร้อมกันโดยไม่ต้องมีการแทรกแซงใด ๆ ด้วยตนเอง

การออกแบบข้างต้นเป็นไปตามแนวคิด PWM ดังนั้นจึงอาจซับซ้อนและยากที่จะปรับให้เหมาะสมสำหรับคนธรรมดาหรือคนทำงานอดิเรกใหม่ ๆ

วงจรที่นำเสนอนี้มีคุณสมบัติเหมือนกันทุกประการนั่นคือช่วยให้สามารถชาร์จแบตเตอรี่จากแหล่งที่มาสองแหล่งที่แตกต่างกัน แต่ยังคงให้การออกแบบที่เรียบง่ายมีประสิทธิภาพราคาถูกและไม่ยุ่งยาก

มาทำความเข้าใจกับวงจรโดยละเอียดด้วยคำอธิบายต่อไปนี้:

แผนภูมิวงจรรวม

รูปด้านบนแสดงวงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ไฮบริดพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานแสงอาทิตย์ที่นำเสนอโดยใช้ส่วนประกอบธรรมดามากเช่นโอแอมป์และทรานซิสเตอร์

เราสามารถเห็นขั้นตอนการทำงานของ opamp ที่คล้ายกันสองขั้นตอนโดยหนึ่งทางด้านซ้ายของแบตเตอรี่และอีกขั้นทางด้านขวาของแบตเตอรี่

เวที opamp ด้านซ้ายมีหน้าที่ในการยอมรับและควบคุมแหล่งพลังงานลมในขณะที่เวที opamp ด้านขวาจะประมวลผลกระแสไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์เพื่อชาร์จแบตเตอรี่ทั่วไปเพียงก้อนเดียวที่อยู่ตรงกลาง

แม้ว่าทั้งสองขั้นตอนจะดูคล้ายกัน แต่โหมดการควบคุมก็แตกต่างกัน วงจรควบคุมพลังงานลมจะควบคุมพลังงานลมโดยการตัดหรือตัดพลังงานส่วนเกินลงสู่พื้นในขณะที่ขั้นตอนการประมวลผลพลังงานแสงอาทิตย์ทำเช่นเดียวกัน แต่โดยการตัดพลังงานส่วนเกินแทนการแบ่ง

สองโหมดที่อธิบายข้างต้นมีความสำคัญเนื่องจากในเครื่องกำเนิดลมซึ่งโดยพื้นฐานแล้วเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับต้องการพลังงานส่วนเกินในการปัดและไม่ถูกตัดออกเพื่อให้ขดลวดภายในสามารถป้องกันจากกระแสไฟฟ้าเกินได้ซึ่งจะช่วยรักษาความเร็วของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับที่ a อัตราการควบคุม

หมายความว่าแนวคิดนี้สามารถนำไปใช้ได้ด้วย ในแอปพลิเคชัน ELC ด้วย.

วิธีกำหนดค่า opamp เป็น Function

ตอนนี้เรามาตรวจสอบการทำงานของขั้นตอน opamp ผ่านประเด็นต่อไปนี้:

opamps ถูกกำหนดค่าเป็นตัวเปรียบเทียบ โดยที่พิน # 3 (อินพุตที่ไม่กลับด้าน) ใช้เป็นอินพุตการตรวจจับและพิน # 2 (อินพุทกลับด้าน) เป็นอินพุตอ้างอิง

ตัวต้านทาน R3 / R4 ถูกเลือกเช่นที่แรงดันไฟฟ้าในการชาร์จแบตเตอรี่ที่ต้องการพิน # 3 จะสูงกว่าระดับอ้างอิงพิน # 2

ดังนั้นเมื่อพลังงานลมถูกนำไปใช้กับวงจรด้านซ้าย opamp จะติดตามแรงดันไฟฟ้าและทันทีที่มันพยายามเกินแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ที่ตั้งไว้ขา # 6 ของ IC จะสูงซึ่งจะเปิดทรานซิสเตอร์ T1

T1 ลัดวงจรทันทีพลังงานส่วนเกินที่ จำกัด แรงดันไฟฟ้าไปยังแบตเตอรี่ตามขีด จำกัด ที่ต้องการ กระบวนการนี้ดำเนินต่อไปอย่างต่อเนื่องเพื่อให้แน่ใจว่ามีการควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการในขั้วแบตเตอรี่

ขั้นตอนของ opamp ที่ด้านแผงโซลาร์เซลล์ยังใช้ฟังก์ชันเดียวกันอย่างไรก็ตามในที่นี้การแนะนำ T2 ทำให้แน่ใจว่าเมื่อใดก็ตามที่พลังงานแสงอาทิตย์สูงกว่าเกณฑ์ที่ตั้งไว้ T2 จะตัดต่อไปเรื่อย ๆ ดังนั้นจึงควบคุมการจ่ายให้กับแบตเตอรี่ตามที่ระบุ อัตราซึ่งช่วยปกป้องแบตเตอรี่และแผงควบคุมจากสถานการณ์ที่ไม่มีประสิทธิภาพผิดปกติ

R4 ทั้งสองด้านอาจถูกแทนที่ด้วยค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าเพื่อให้ง่ายต่อการตั้งค่าระดับการชาร์จแบตเตอรี่ตามเกณฑ์

ขั้นตอนการควบคุมปัจจุบัน

ตามคำขอกระแสไฟฟ้าไปยังแบตเตอรี่ต้องไม่เกิน 3.5 แอมป์ ในการควบคุมสิ่งนี้สามารถมองเห็นตัว จำกัด กระแสไฟฟ้าแบบสแตนด์อโลนพร้อมกับขั้วลบของแบตเตอรี่

อย่างไรก็ตามการออกแบบที่แสดงด้านล่างสามารถใช้ได้กับกระแสสูงสุด 10 แอมป์และสำหรับการชาร์จแบตเตอรี่สูงสุด 100 Ah

การออกแบบนี้สามารถสร้างได้โดยใช้วงจรต่อไปนี้:

อาจคำนวณ R2 ด้วยสูตรต่อไปนี้:

• R2 = 0.7 / กระแสไฟชาร์จ
• กำลังไฟของตัวต้านทาน = 0.7 x กระแสชาร์จ

รายการชิ้นส่วนสำหรับวงจรชาร์จแบตเตอรี่ไฮบริดคู่พลังงานแสงอาทิตย์

• R1, R2, R3, R5, R6 = 10k
• Z1, Z2 = 3V หรือ 4.7V, 1/2 วัตต์ซีเนอร์ไดโอด
• C1 = 100uF / 25V
• T1, T2 = TIP142,
• T3 = BC547
• D2 = 1N4007
• ไฟ LED สีแดง = 2nos
• D1 = ไดโอดเรียงกระแส 10 แอมป์หรือไดโอด Schottky
• Opamps = LM358 หรืออื่น ๆ ที่คล้ายกัน

วงจรชาร์จไฮบริดอินพุต DC คู่

การออกแบบไฮบริดที่สองที่คล้ายกันด้านล่างนี้อธิบายถึงแนวคิดง่ายๆซึ่งช่วยให้สามารถประมวลผลอินพุต DC สองแหล่งที่แตกต่างกันซึ่งได้มาจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่แตกต่างกัน

วงจรประมวลผลพลังงานหมุนเวียนแบบไฮบริดนี้ยังรวมถึงขั้นตอนการแปลงบูสต์ซึ่งจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าสำหรับการทำงานของเอาต์พุตที่ต้องการเช่นการชาร์จแบตเตอรี่ ความคิดนี้ได้รับการร้องขอจากผู้อ่านที่สนใจของบล็อกนี้

ข้อกำหนดทางเทคนิค

สวัสดีฉันเป็นนักศึกษาวิศวกรรมศาสตร์ปีสุดท้ายฉันต้องการใช้ตัวสับอินพุตแบบหลายอินพุต (ตัวแปลงบูสต์บั๊ก / บั๊กในตัว) เพื่อรวมแหล่งจ่ายไฟ dc สองแหล่ง (ไฮบริด)

ฉันมีรูปแบบวงจรพื้นฐานคุณช่วยฉันออกแบบตัวเหนี่ยวนำค่าตัวเก็บประจุและวงจรควบคุมสำหรับสับได้ไหม ฉันได้ส่งอีเมลถึงคุณเกี่ยวกับการออกแบบวงจรแล้ว

การทำงานของวงจร

ดังแสดงในรูปส่วน IC555 เป็นวงจร PWM ที่เหมือนกันสองวงจรที่วางตำแหน่งสำหรับป้อนวงจรตัวแปลงบูสต์อินพุทคู่ที่อยู่ติดกัน

ฟังก์ชันต่อไปนี้จะเกิดขึ้นเมื่อการกำหนดค่าที่แสดงเปิดอยู่:

DC1 อาจถือว่าเป็นแหล่งจ่ายกระแสตรงสูงเช่นจากแผงโซลาร์เซลล์

DC2 อาจถือว่าเป็นแหล่งอินพุต DC เช่นจากเครื่องกำเนิดกังหันลม

สมมติว่าแหล่งที่มาเหล่านี้ถูกเปิดขึ้นมอสเฟตที่เกี่ยวข้องจะเริ่มดำเนินการจ่ายแรงดันไฟฟ้าเหล่านี้ผ่านวงจรไดโอด / ตัวเหนี่ยวนำ / ความจุต่อไปนี้เพื่อตอบสนองต่อประตู PWM

ตอนนี้เนื่องจาก PWM จากสองขั้นตอนอาจถูกรุมเร้าด้วยอัตรา PWM ที่แตกต่างกันการตอบสนองของการสลับก็จะแตกต่างกันไปตามอัตราข้างต้น

สำหรับทันทีที่มอสเฟตทั้งสองได้รับพัลส์บวกอินพุตทั้งสองจะถูกถ่ายโอนผ่านตัวเหนี่ยวนำทำให้เกิดการเพิ่มกระแสสูงไปยังโหลดที่เชื่อมต่อ ไดโอดแยกการไหลของอินพุตที่เกี่ยวข้องไปยังตัวเหนี่ยวนำได้อย่างมีประสิทธิภาพ

สำหรับทันทีที่มอสเฟ็ทตัวบนเปิดอยู่ในขณะที่มอสเฟ็ตตัวล่างปิดอยู่ 6A4 ที่ต่ำกว่าจะเอนเอียงไปข้างหน้าและอนุญาตให้ตัวเหนี่ยวนำส่งคืนเส้นทางเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนมอสเฟ็ตด้านบน
ในทำนองเดียวกันเมื่อโมเซ็ตด้านล่างเปิดอยู่และมอสเฟ็ตด้านบนปิดอยู่ 6A4 ด้านบนจะจัดเตรียมเส้นทางส่งกลับที่จำเป็นสำหรับ L1 EMF

ดังนั้นโดยพื้นฐานแล้ว mosfets สามารถเปิดหรือปิดได้โดยไม่คำนึงถึงการซิงโครไนซ์ใด ๆ ทำให้สิ่งต่างๆค่อนข้างง่ายและปลอดภัย ไม่ว่าในกรณีใดโหลดเอาต์พุตจะได้รับกำลังไฟฟ้าที่ตั้งใจไว้โดยเฉลี่ย (รวมกัน) จากอินพุตทั้งสอง

การแนะนำตัวต้านทาน 1K และไดโอด 1N4007 ช่วยให้มั่นใจได้ว่ามอสเฟตทั้งสองไม่เคยได้รับขอบพัลส์สูงแบบลอจิกที่แยกจากกันแม้ว่าขอบที่ตกลงมาอาจแตกต่างกันขึ้นอยู่กับการตั้งค่าของ PWM ตามลำดับของ 555 ICs

จะต้องทดลองตัวเหนี่ยวนำ L1 เพื่อให้ได้บูสต์ที่ต้องการที่เอาต์พุต สามารถใช้ลวดทองแดงเคลือบซุปเปอร์ 22 SWG จำนวนรอบที่แตกต่างกันบนแท่งเฟอร์ไรต์หรือแผ่นพื้นและเอาต์พุตที่วัดได้สำหรับแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ