Carga lenta de 10 NiMh en serie con panel solar de ~1 W

Me pusieron en un proyecto que necesita ser alimentado por un pequeño panel solar (1-2 W) que carga lentamente un paquete de baterías. El producto estará ubicado en azoteas.

Hemos revisado productos similares y hemos descubierto que usan baterías de NiMH, por lo que estamos planeando hacer lo mismo. He revisado muchas publicaciones similares, particularmente las siguientes, pero todavía tengo algunas preguntas sin responder, disculpas si estoy repitiendo las preguntas de otros.

La batería necesita suministrar energía a un motor de 12 V CC y a un actuador de 24 V CC (que planea aumentar de 12 V a 24 V), pero estos solo estarán activos durante un breve período de tiempo cada día, por lo que el requisito general de energía es bastante bajo.

En esta etapa estamos planeando usar 10xAA NiMH 3600 mAh en serie para obtener una salida de 12 V. Planeo usar un diodo Zener entre la batería y el panel para evitar la descarga por la noche.

El panel solar será algo así como el modelo de 12 V en la parte inferior de esta página: https://www.futurlec.com/Solar_Cell.shtml

Entiendo que la carga lenta de baterías NiMH no es lo ideal, pero parece que se hace comúnmente y NiMH parece ser la química ideal para la aplicación.

Mis preguntas son:

  • ¿Es un panel de 12 V la mejor opción para cargar las 10 baterías en serie?
  • El panel vinculado emite un pico de 80 mA, 80/3600 = 1/45 C, tengo entendido que esto está dentro de los límites seguros para la carga solar de NiMH, ¿hay algún beneficio en regular esto a una corriente constante (con LM317 por ejemplo) )?
  • ¿Deberíamos considerar incluir un IC como el DS2715 para controlar el nivel de la batería y evitar la sobrecarga, o es completamente innecesario dado el bajo rendimiento del panel?

Feliz de proporcionar más información que sería útil.

¡Bienvenido a EE.SE! Cambié su "requisito de energía" a "requisito de energía" ya que eso es lo que es.
"NiMH parece la química ideal para la aplicación" - ¿Por qué? Los litios son más fáciles de cargar y mantener cargados, tienen una mayor densidad de energía y posiblemente una mayor densidad de potencia. En el lado negativo, no les gustan las temperaturas extremas y pueden o no tener un costo más alto por unidad de energía.
@ Winny, gracias por la bienvenida y la corrección! @ JimmyB, debería haber mencionado que este producto se venderá en Australia, por lo que potencialmente estará expuesto a temperaturas extremas bastante altas. Consideramos el uso de litio como un riesgo potencial debido a esto. Su capacidad de autolimitar los cargos excesivos, como mencionó Winny, es otro beneficio.
Las celdas de batería AA Ni-MH de marca reconocida son de 2000 mAh a 2500 mAh. ¿Quién fabrica 3600 mAh?

Respuestas (3)

Tengo un panel de este nivel de corriente y la corriente inversa es inferior a 1 mA, por lo que no uso un diodo de bloqueo. El panel necesitará un voltaje de circuito abierto de 18 a 20 V y debería poder suministrar una corriente razonable de 16 V. El panel es una fuente de corriente, por lo que agregar uno externo es redundante. Determinar el final de la carga es muy difícil aquí porque el voltaje de la batería variará con la corriente que variará con la intensidad del sol. Podría ser deseable un bloqueo por bajo voltaje. Los zeners de 3,3 V tienen una conductancia muy alta a un voltaje más bajo y serán un drenaje significativo. Cuando se introdujeron las NiMH por primera vez, no podían tolerar una carga lenta, pero ahora parecen fabricarlas.

Mire la hoja de datos de una celda de batería AA Ni-MH para ver que está cargada de 1,4 V a 1,5 V y es de 1,2 V cuando está casi descargada.

Ni-MH

Necesita conocer la corriente de cortocircuito y el voltaje de circuito abierto de su panel solar para poder estar seguro, pero NiMH es una buena opción aquí, ya que autolimitan bien cualquier sobrecarga dado que la corriente es lo suficientemente baja y a 80 mA, debería serlo. NiCd es aún mejor en este sentido, pero son terribles por lo demás. Si su voltaje de circuito abierto es mucho más alto que 1.6 V/celda, al menos lo pensaría y lo probaría primero.

Tal vez podría poner un poco menos de estrés en las baterías usando un LDO como su LM317 sugerido para limitar el voltaje máximo. Si es un one-off, no me molestaría. Si se trata de producción en masa, debe encontrar y probar el peor de los casos a este respecto y verificar la hoja de datos de sus baterías.

La carga normal de NiMH se realiza con detección delta V negativa o con un sensor de temperatura para terminar la carga. Lo primero es posible en su caso, pero la corriente es demasiado baja para lo segundo.

Carga de NiMH

Si aún desea mantenerlo simple y limitar el voltaje y equilibrar las celdas, algo como esto sería una apuesta segura. Los Zener de 1,5 V no existen, por lo tanto, dos celdas en serie por Zener (~ 3,1 V):

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

"sensor de temperatura para terminar la carga": probablemente no funcionará en un techo donde la temperatura ambiente puede variar significativamente en segundos.
@JimmyB, que es una razón más además de lo que ya escribí.
¡Gracias por la gran respuesta! Tenemos la tarea de hacer un prototipo de prueba de concepto, así que creo que lo mantendremos simple y luego recomendaremos que se revise el circuito antes de la producción para maximizar la vida útil de la batería. ¿Estoy en lo correcto al pensar que simplemente conectando el panel también, el paquete de baterías 10S con un diodo de bloqueo (o no) podrá cargar lentamente todas las baterías (aunque en detrimento de su vida útil), o es esencial equilibrar la carga en algún nivel? ?
@JacobRodda No es esencial. Solo minimizaría un poco el riesgo y posiblemente aumentaría la vida útil de la batería.
Carga lenta de 10 NiMh en serie con panel solar de ~1 W
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