Cargador de batería solar PWM para batería de 192V

Compré un controlador solar para mi sistema solar de 192 V que no funcionaba como se anunciaba (en lugar de MPPT, funciona con ciclos ON-OFF - estafa china - pero eso está fuera de tema). Quiero rediseñar la etapa de control y potencia para que sea un Controlador PWM real. Se me ocurrió el siguiente esquema:

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El conjunto fotovoltaico tiene una tensión máxima de 340 V y un punto máximo de 270 V. El controlador real conecta el PV directamente a la batería hasta que el voltaje alcanza los 232V. Luego corta la conexión hasta que el voltaje cae a 216 V cuando vuelve a conectar el PV. El ciclo se repite. Eso no es cargar completamente la batería. Mediante el uso de un ciclo de trabajo variable (generado con un Arduino), quiero reproducir el método de carga de batería de 3 etapas.

Ahora sea amable conmigo, este es mi primer proyecto y toda la ayuda es apreciada. Saltemos sobre la "ADVERTENCIA: Mensaje de alto voltaje". Es tomado en cuenta :)

El amortiguador del IGBT se hace después de los que tiene mi controlador. La única diferencia es que el controlador no tiene resistencias/diodos de puerta, ni resistencias entre la puerta y la fuente y tiene un gran capacitor de 1uF/450V entre PV+ y B+.

Con respecto a IR2110, sé que usarlo como controlador High Side requiere un circuito de arranque. Dado que en la primera etapa, los IGBT se cerrarán continuamente (ciclo de trabajo del 100 %), quiero usar una fuente de alimentación dual aislada (B1, alimentada por la batería de 192 V) para alimentar el Arduino (5 V) y el IR2110 (5 V/12 V). ).

La frecuencia con la que probé el circuito es de alrededor de 100Khz. Funciona bien hasta que aplico una gran carga (apliqué 24 V en el lado fotovoltaico y 2 bombillas halógenas de automóvil en serie en la salida, con un trabajo variable para que la salida sea de alrededor de 13 V), momento en que, al azar, el controlador Arduino tampoco reinicios o bloqueos. ¡Estoy perplejo! No tengo idea de por qué sucede esto. Si la carga es menor (como intentar cargar una batería de 12 V), el circuito funciona sin problemas.

Parece que los reinicios/bloqueos del uC ocurrieron debido a un alto rebote en el suelo. Obtuve entre PV- y B- un potencial de más de 1000 V (pasando por encima de la escala en mi voltímetro digital). Agregué C2 y las cosas se calmaron.

Tengo una lectura extraña en mi osciloscopio, entre el punto A y B, que no tengo idea de lo que significa. ¿Está bien esta lectura? Ocurre cuando el ciclo de trabajo está por debajo del 20-30 %. Frecuencia 100Khz.

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Gracias !

Comience con una simulación para asegurarse de que tiene todas las bases cubiertas. Sigue haciéndolo hasta que seas feliz. Si es necesario, modele cada parte (como el IR2112) con gran atención al detalle. Pruebe tantos escenarios como sea posible. Acostarse. Despierta con nuevos escenarios para probar. Haga esto durante varios días y luego construya un prototipo.
Necesitas un inductor en tu circuito. Parece que su objetivo es mantener el voltaje del panel solar en un nivel específico (el punto de máxima potencia). Entonces, la idea básica es construir un convertidor reductor, luego aumentar el ciclo de trabajo cuando PV+ es > Vmpp. Y viceversa.
No estoy planeando hacer un controlador MPPT. Solo quiero PWM. El PV Vmp es de 240 V, por lo que no hay una ganancia real al usar un convertidor reductor. El objetivo es mantener un voltaje de batería constante en las etapas de absorción y flotación.
Agrega complejidad, pero un inductor y un diodo de volante toman el PWM y lo convierten en una alimentación de batería linealmente variable genuina. Si la entrada ES 300V 30A máx. como dice el diagrama, será interesante descargar una tapa grande en la batería a través de IGBT. ¿Qué es PV real Vmp , Imp, Voc?
Mihai: ¿construiste esto o lo intentaste? El 1 uF de PV+ a B+ no me parece buena idea. Lo que tenían en mente no es obvio. Esto se cargaría cuando los IGBT estuvieran apagados y se descargaría EN ellos al encenderse. Si la energía fotovoltaica pasó a 300 V Voc y la batería tiene, digamos, 200 V, entonces 1 uF de energía = solo 0,005 J, por lo que a 60 HZ = 0,3 W, por lo que no hay mucho efecto de calentamiento. Pero, el propósito es oscuro a menos que esperen una carga inductiva. Agregar un inductor en B+ en el lado de la batería de los IGBT y un diodo a tierra lo convierte en un convertidor reductor "adecuado" y permite que los paneles fotovoltaicos reciban un tratamiento mucho más suave.
Este esquema PWM también creará grandes transitorios en el voltaje de la batería cada vez que se enciendan los IGBT, lo que no es particularmente apreciado por ningún dispositivo electrónico alimentado por baterías.

Respuestas (2)

Los cargadores MPT buscan el VI máximo generado, pero el método de bucle abierto para establecer el voltaje fotovoltaico en (recuerdo) 80+/-5%, donde cae con la entrada E solar y cambia con la temperatura ambiente.

Usted indicó "El conjunto fotovoltaico tiene un voltaje máximo de 370 V y un punto máximo de 300 V. El controlador real conecta el fotovoltaico directamente a la batería hasta que el voltaje alcanza los 232 V. Luego corta la conexión hasta que el voltaje cae a 216 V cuando conecta el fotovoltaico atrás"

Por lo tanto Voc=370Vdc est. Vpmt=80% of 370 = 296V es un ciclo de trabajo conveniente para usar con un PWM fijo. Un diseño de seguimiento detecta el dv/dt mientras barre PWM y tiene un bucle de control para rastrear el pico.

Luego, necesita otro regulador de cargador reductor que tenga controles CC y CV con protección UVP en caso de que Vpwm caiga debido al exceso de corriente de suministro de demanda. Esto regula el nivel objetivo de CC con una derivación de corriente R de 50 mV o un IC de detección de corriente del lado alto.

A menudo, cada panel fotovoltaico tiene su propio PWM en caso de sombras parciales, ya que la impedancia en serie efectiva de las celdas de PC en serie aumentará rápidamente cuando se produzca una sombra solar.

Veamos cuál es su impedancia PV mínima.

Lo que sabemos.

  • Vpmt= 200V

lo que no sabemos

  • Pmax de matriz fotovoltaica, RdsOn de MOSFET, tecnología de batería, capacidad, etc. etc.

  • Elijamos un número como 40kW, luego la ESR del panel fotovoltaico de "fuente de cuasi corriente" es Pd = V ^ 2 / ESR

    • entonces ESR= ​​1 Ω e Imax = 40kW/200V=200A

  • ¿Cómo elegir RdsON de MOSFET para el modo CC?

    • No desea disipadores de calor masivos o un aumento excesivo de Tj, por lo que una regla general es <1% de pérdida por dispositivo. o RdsOn de 10 mΩ

Estas son solo pautas.

Carga en modo eructo (encendido-apagado) Usando un estrangulador de suavizado en serie, este es básicamente otro método de conversión de CC-CC usando histéresis y un estrangulador que tiene una clasificación> Imax y la impedancia del estrangulador determina la frecuencia de conmutación que necesita, de modo que es mucho mayor que la ESR del PV Esto termina estando en el rango de 10kHz a 1MHz. Si las corrientes son demasiado altas, se utiliza un regulador elevador para elevar la CC-CC fotovoltaica a un voltaje más alto, como 800 V, para el nivel intermedio, luego revertir a la batería para minimizar las pérdidas de conducción en cables y MOSFET, pero a expensas de un mayor rendimiento HV Nitruro de silicio FETS o IGBT.

Creo que 200 V es un voltaje lo suficientemente alto para mí. Decidí trabajar con voltajes más altos (que los 12-48 V estándar que usan los controladores de carga solar habituales) porque hay mayores pérdidas al bajar el voltaje fotovoltaico de 300 V a 48 y luego volver a subirlo a 230 V CA con el inversor. Tampoco me siento bien teniendo cables de batería tan gruesos como un dedo para cubrir la corriente >100A que se requiere para mi inversor de 5000W. Usando un sistema de batería de 192V, solo tengo 25A de corriente con la potencia máxima del inversor.
5kW no hay problema, sabia elección. Asegúrese de que el sg en cada celda o batería ESR se controle de forma rutinaria y se registre mensual o anualmente. Si hay más de un 2% de desajuste. conduce a un desgaste acelerado de la celda a plena carga, entonces se requieren balanceadores activos.

El 1 uF de PV+ a B+ no me parece buena idea.
Lo que tenían en mente no es obvio, a menos que estuvieran anticipando una carga inductiva sin otra protección contra picos.

Este condensador se cargaría cuando los IGBT estuvieran apagados y disiparía energía EN ellos al encenderse. Si la energía fotovoltaica pasó a 300 V Voc y la batería tiene, digamos, 200 V, entonces 1 uF de energía = solo 0,005 J, por lo que a 60 HZ = 0,3 W, por lo que no hay mucho efecto de calentamiento. Pero, el propósito es oscuro a menos que esperen una carga inductiva.

Agregar un inductor en B + en el lado de la batería de los IGBT y un diodo a tierra (tratando así con la corriente para que no aparezca un pico inductivo) hace que este sea un convertidor reductor "adecuado" y permite que los paneles fotovoltaicos tengan un tratamiento mucho más suave. De lo contrario, los 330uF 400V se descargan en las baterías en pulsos. Hacer esto permite un MPPT adecuado con el debido control o un uso optimizado del panel ajustando el ciclo de trabajo de PWM.

¿El PWM es de 60 Hz como se muestra? - esa es una frecuencia muy baja para la mayoría de las aplicaciones.

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