Controlador solar con transistor BJT y microcontrolador PIC24 para cargar baterías NiMH de 3,6V

tl, dr: En su caso, no parece necesitar control de carga en absoluto, y es más complicado de lo que parece hundirse por varias razones. Simplemente coloque un 1N4001 entre la celda solar y la batería.

La batería de NiMH tiene una impedancia bastante baja, extrayendo tanta corriente de la celda solar como esté disponible en el voltaje de la celda. Durante la carga, es probable que sea alrededor de 1,4 V/celda. Este es un voltaje de salida de 4,2 voltios, por lo que a la luz del sol es probable que exceda los 170 mA citados para el punto de máxima potencia, espere algo así como 200-220 mA, que está por debajo de C/10 de las celdas. No tengo idea de cómo quiere hacer el control de carga de NiMH a corrientes de carga muy variables que nunca excedan C/10 (sin -deltaU, sin dT/T parece aplicable, pero ignoremos eso).

Lo primero que debe notar: su circuito no funcionará como se dibuja. Dibujaste un transistor NPN. Necesita un voltaje en la base que exceda el voltaje del emisor (alrededor de 0,6 V) para que sea conductor, pero el uC no tiene acceso a los 4,8 V necesarios (voltaje de la batería + 0,6 V). En su lugar, necesita un transistor PNP. En ese caso, debe proporcionar corriente desde el terminal base a un sumidero más negativo. Además, conectaría el emisor a la celda solar en ese caso. Tenga en cuenta que para apagar el transistor, necesita que el voltaje base suba hasta 0,5 V por debajo del voltaje de la celda solar descargada, esto es alrededor de 8 V.

Comience con la corriente de colector deseada (salida de celda máxima de 220 mA) y eche un vistazo a la hoja de datos del transistor. Elijamos un BC327por su clasificación de corriente más alta en comparación con los transistores típicos de 100 mA. Eche un vistazo a la figura 4 (región de saturación) si desea tener bajas pérdidas en el transistor, lo que parece una buena idea ahora (pero vea más adelante). Tienen curvas para corriente de colector de 100mA y 300mA. Como no tenemos mucha energía para desperdiciar, es una buena idea elegir una corriente base en el extremo inferior del extremo casi plano de la curva de voltaje de saturación, lo que produce alrededor de 4 mA si se interpola entre 100 mA y 300 mA. curva. Para encender el transistor, con un voltaje de celda solar de 4,4 V, una caída de transistor de 200 mV y un voltaje de batería de 4,2 V, debe absorber 4 mA a 4,4 V-0,6 V (voltaje de base de emisor). Para apagarlo, la base debe subir a 8V (ver arriba). Esto significa que necesita una resistencia pull-up entre la base y el emisor,

Entonces, el circuito se ve así: PNP con emisor a celda solar y colector a batería. Una resistencia que conecta el emisor con la base (el valor no importa mucho, y algo alrededor de 100k proporcionará suficiente efecto de extracción sin perturbar el circuito mientras el transistor está encendido), un diodo y una resistencia en serie con el uC. El uC necesita hundirse 4 mA para encender el transistor. Esto da como resultado un voltaje de salida de 0.4V. Entonces, la resistencia tiene que absorber 4 mA mientras tiene 0,4 V sobre el suelo en el extremo uC y 3,8 V sobre el suelo en el extremo del diodo. 4mA a 3.4V es 850 ohmios. Entonces, 900 ohmios en su circuito no parece tan fuera de lugar.

Sin embargo, no estará nada contento con ese circuito por diferentes razones: hundir constantemente 4 mA consume demasiada corriente de carga (obtener 220 mA al aire libre en un día soleado de verano es una cosa, en días nublados, estar adentro, esperar algo como 10 mA como máximo), y está desperdiciando 4 mA de eso solo para encender ese transistor. Además, cuando oscurece, las células solares extraen energía debido a su corriente de fuga y descargan la batería haciendo funcionar el transistor en modo inverso (el colector actúa como emisor, las células solares proporcionan la corriente de base y la resistencia de 100k se entiende como pull- hacia arriba, y el emisor actúa como colector). La sabiduría común es que necesita protegerse contra eso, por ejemplo, colocando un diodo entre el colector y la batería. Sin embargo, perderá voltaje allí. Otra posibilidad sería un "

En realidad, su corriente de carga es muy baja en comparación con la capacidad de la celda. Como se estimó anteriormente, solo llega a C/12 en condiciones extraordinariamente buenas, la corriente de carga puede considerarse con seguridad como "carga lenta" a menos que coloque el dispositivo en el haz de un faro brillante las 24 horas del día, los 7 días de la semana. No necesitas ningún control de carga. Solo necesita evitar la descarga a través de la fuga de la celda, y esto puede ser proporcionado por un solo diodo entre la celda solar y la batería.

La batería es de 2450 mAh, pero el panel solar solo puede generar 170 mA, por lo que no necesita un circuito de carga complejo. ¡Simplemente enganche el panel directamente a la batería y listo!

Pero, ¿cómo es esto posible?

Se necesitarán al menos 2450/170 = 14,4 horas para cargar completamente la batería vacía. Eso ya es más lento que la tasa de carga lenta estándar de 10 horas, pero el sol no brilla con todo su brillo durante 14 horas, por lo que la corriente promedio será aún más baja. Una batería de NiMH no se dañará si se carga continuamente con esta baja corriente.

El propósito de un diodo en serie es evitar que la corriente de fuga inversa en el panel descargue la batería. Sin embargo, la corriente de fuga de un panel de tan baja potencia probablemente sea insignificante. Así que pon un diodo si quieres, pero probablemente no sea necesario.

No tiene mucho sentido apagar la carga si no conoce el estado de la batería. Si se conociera la corriente de carga, podría estimar el estado de carga midiendo el voltaje de la batería. Pero no está midiendo la corriente, por lo que no sabe cuánto voltaje se debe al estado de carga y cuánto se debe a la corriente de carga.

Por lo tanto, también puede dejar la batería con una carga lenta de forma continua y dejar que disipe la pequeña cantidad de exceso de carga en forma de calor una vez que alcance la carga completa. Si se mantiene así, se mantendrá en equilibrio porque eventualmente todas las celdas recibirán una carga completa, incluso si algunas llegan antes que otras.

Mi punto es: faltan algunos sensores LDR (resistencia dependiente de la luz) para detectar la oscuridad y el día. Siempre es mejor cargar una batería durante un día.

Como se dijo antes, cargar baterías en serie es peligroso. Deben estar cuidadosamente equilibrados y termocontrolados. De lo contrario, pueden desequilibrarse y descargarse por debajo de 0 V (lo que puede causar daños permanentes a las baterías).

Puedes cambiar tus baterías por LiPo con Módulo de Circuito de Protección PCM para 2S 7.4V 7.2V.

Usando un divisor de voltaje V1*(R2)/(R1+R2)=V2 (0-5V) para detectar el voltaje analógico de la batería. Podrá monitorear el estado de la batería.