Autoregulieren eines TP4056 für maximale Sonnenenergiegewinnung

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Ich verwende ein Solarpanel (6 V - 600 mA bei Spitzenleistung), um einen Li-Ion-Akku (3,7 V) mit einem TP4065 aufzuladen. Der von mir verwendete TP4065 hat folgende Konfiguration:

TP4065 Schaltung

Wobei der Wert des Widerstands Rprog den Ladestrom bestimmt.

Widerstand gegen Stromtabelle

Das Problem ist, dass der Strom, den das Solarpanel liefert, proportional zum empfangenen Licht ist. Die einzige Möglichkeit, die maximale Leistung des Solarpanels weiter zu extrahieren, besteht darin, die Last so einzustellen, dass die Spannung des Solarpanels bei 6 V bleibt, was in meinem Fall gesteuert wird durch Reduzieren des Ladestroms.

Was wäre die beste Schaltung, um den Rprog-Widerstand automatisch so einzustellen, dass der TP4056 Vcc auf einer konstanten Spannung von etwa 6 V bleibt?

Hier ist ein Beispiel einer Solarmodul-IV-Kurve, die die Spannung zeigt, bei der die maximale Leistung extrahiert wird.

Beispiel eines Solarmoduls IV

Hier ist die Ladeeigenschaft des TP4065

TP4065 Ladediagramm

UPDATE 13-02-2015

Die Spannung am PROG-Pin variiert zwischen 1 V und 0,2 V.

Mein Projekt wird einen Arduino-Mikrocontroller verwenden. Ich könnte den Arduino verwenden, um die Spannung des Solarpanels zu überwachen und den TP4056-Strom mit der folgenden Schaltung zu regulieren:

Andere Lösung

Rprog und Rarduino wären 600 Ohm und der 100uF-Kondensator und Rarduino fungieren als Tiefpassfilter für den Arduino-Analogausgang, der ein 3,3 V 500 Hz PWM-Signal ausgibt.

Wenn der digitale Ausgang 0 V beträgt, sieht der TP4056 einen 1,2-K-Widerstand und verhält sich normal. Wenn wir die analoge Ausgangsspannung erhöhen, nimmt die Spannung an Rprog ab, wodurch der Strom im PROG-Pin des TP4056 verringert und schließlich der Batterieladestrom verringert wird.

Kann diese Lösung funktionieren?

battery-charging solar-cell charger charging Klopfen
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Ihre Frage ist falsch. Wenn Sie den Ladestrom mit RPROG modulieren, können Sie den Akku nicht schneller aufladen. Stellen Sie einfach RPROG für das sonnige Tagesmaximum ein (was auch immer das ist). Wenn Sie dem Solarpanel maximale Leistung entziehen möchten, müssen Sie mindestens einen DC-DC-Wandler verwenden. In diesem Fall ist die Verwendung eines linearen Ladegeräts wahrscheinlich nicht sinnvoll.
Mkeith
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Der Akku, das Solarpanel und das Ladegerät sind alle in Reihe geschaltet (mit Ausnahme des geringen Ruhestroms, den das Ladegerät verbraucht). Die Maximierung der Leistung von Solarmodulen ist daher nicht das Ziel. Sie möchten die aktuelle Ausgabe maximieren. Hoffentlich sehen Sie jetzt meinen Standpunkt.
Mkeith
Schauen Sie sich das an: cds.linear.com/docs/en/datasheet/3652fd.pdf Die Idee ist, dass Sie Ihren Vin auf den maximalen Leistungspunkt einstellen (beachten Sie, dass sich die maximale Leistungspunktspannung mit dem Lichtpegel nicht wesentlich ändert). . Es funktioniert möglicherweise nicht mit Ihrem 5-V-Solarpanel, aber wenn Sie ein Hochspannungspanel kaufen könnten, könnte es funktionieren.
Mkeith
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@mkeith Es wird schneller aufgeladen, denn wenn das Solarpanel nur 100 mA liefern kann und das Ladegerät 1000 mA will, fällt die Spannung des Solarpanels auf eine Spannung ab, die der TP4056 nicht richtig funktioniert und überhaupt nicht auflädt.
Pat
@mkeith Es wäre sinnvoll, den Strom als Priorität zu maximieren, aber wie Sie im Bild des Ladediagramms sehen können, ist der Strom zum Laden des Akkus nicht konstant auf einem hohen Wert. Die einzige verbleibende Lösung besteht darin, den Ladestrom so zu steuern, dass das Solarpanel nicht überlastet wird
Pat

Antworten:

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Ich mag die Antwort, die Sie vorgeschlagen haben, sehr. Ich denke, es ist eine gute Idee. Ich würde nur eine geringfügige Abweichung wie folgt vorschlagen:

überarbeitete PWM-Steuerung

Bitte arbeiten Sie auch die Eckfälle und ungewöhnlichen Umstände durch, z. B. wenn der Akku leer ist und Arduino nicht eingeschaltet werden kann. Wird das Ladegerät im Ladestrommodus stecken bleiben? Möglicherweise ein strategischer Pullup oder Pulldown irgendwo oder ein großer Widerstand parallel zu RPROG und 100uF-Kappe, um einen kleinen Ladestrom auch bei ausgeschaltetem PWM sicherzustellen.

Gut gemacht!

McKenzie

Mkeith
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Ich denke, ich werde den Arduino direkt über das Solarpanel mit Strom versorgen, damit ich nie in eine Sackgasse gerate.
Pat
Der maximale Strom, den der PROG-Pin liefern kann, beträgt 1,2 mA. Der Arduino-Analogausgang kann 20 mA abgeben oder senken, daher glaube ich nicht, dass der Mosfet erforderlich ist
Pat
Ich mache mir keine Sorgen um die Strömung. Das Problem ist, dass der PWM-Ausgang (vorausgesetzt, es handelt sich um einen Totempfahl) eine höhere Spannung als die PROG-Pin-Spannung aufweist. Wenn Sie versehentlich auf 100% Einschaltdauer umschalten, fließt Strom in den PROG-Pin. Ich bin mir nicht sicher, welchen Effekt dies haben würde. Es könnte den Chip beschädigen. Wenn Sie andererseits den PWM-Ausgang als "Open Drain" oder "Open Collector" konfigurieren können, sollte dies in Ordnung sein.
Mkeith
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Ich habe mir in letzter Zeit die gleiche Frage angesehen. Meine Lösung war etwas anders als Ihre:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Durch Auswahl von D10, D11, D12 als OUTPUT / LOW oder INPUT (High-Z, kein Pullup) kann ich Rprog von 16k (D10 / 11/12 alle High-Z) bis 1050 Ohm (D10 / 11/12) variieren all LOW) und über A0 den Ladestrom überwachen, um den MPP zu finden.

Das Lustige ist, dass ich bei all meinen Tests festgestellt habe, dass der TP4056 MPPT selbst zu tun scheint, dh selbst wenn Sie Rprog zu niedrig einstellen, scheint sich Vprog automatisch zu regulieren, um den Strom bei MPP zu halten. Das würde also bedeuten, dass nur Rprog auf den maximalen Strom eingestellt wird, den die Solarmodule liefern können.

Übrigens bestätigt dies meine empirische Feststellung, dass ich in den letzten 2 Jahren problemlos einfache TP4056-Module mit meinen faltbaren Solarmodulen verwendet habe. (Es ist allerdings etwas enttäuschend, da ich mir die Mühe gemacht habe, mein Arduino MPPT zu konstruieren, nur um herauszufinden, dass ich es nicht wirklich brauche ...)

enif
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automatische Ladestromeinstellung

Ich würde einen anderen Chip verwenden. Wenn Sie diese verwenden möchten, können Sie diese Schaltung ausprobieren. Setzen Sie einen Stromspiegel ein, um den Programmstrom anzupassen. Ich gehe davon aus, dass intern der durch PROG fließende Strom (mit Verstärkung) gespiegelt wird, um den externen Ladestrom einzustellen. Was Sie hier haben, ist eine Stromquelle, die den Stromwert mit zunehmendem VCC erhöht. Stellen Sie R200 so ein, dass der gewünschte Strom bei dem Wert erreicht wird, den Sie für den minimalen VCC halten. Wenn der VCC steigt, steigt auch der Ladestrom.

Ich bin zu faul, um einen guten Ausgangspunkt für R200 zu finden. Wenn Sie jedoch herausfinden können, wie hoch die Spannung bei PROG ist, können Sie anhand der Tabelle den Stromverstärkungsfaktor vermuten und einen guten Startpunkt für R200 finden. Ich denke, es wird wie 47k-ish sein.

Variationen davon könnten noch besser funktionieren. Wenn Sie beispielsweise eine Spannungsreferenz und einen Komparator oder mehrere weitere Transistoren hinzufügen, können Sie den Ladestrom tatsächlich auf dem Maximum halten, bis der VCC unter einen bestimmten Punkt fällt. Dann wird der Ladestrom zurückgesetzt, um den VCC auf diesem Niveau zu halten. Aber meiner Meinung nach sollten Sie, wenn Sie diese Komplexität erreichen, einfach einen IC verwenden, der alles für Sie erledigt, wie den bq24210.

Ich bin offen, dies weiter zu diskutieren. Kennzeichnen Sie mich einfach, um meine Aufmerksamkeit zu erhalten.

Mkeith
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Das sieht toll aus! Der BQ24210 ist ein ziemlich kleiner IC für ein Hobbyprojekt. Kennen Sie einen anderen größeren Chip, der ähnliche Funktionen erfüllt?
Pat
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Nein, aber ich habe gerade Folgendes
mkeith
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Ich möchte genau das tun. Ich denke, der Kondensator auf Vin hilft sehr, weil er beim Laden weniger Strom zieht und nicht mehr zu viel Strom aus der Fotozelle zieht. Dies ist der Punkt, an dem die Ausgangsleistung sinkt. Sobald der Kondensator unter 4 V fällt, wird sich der TPS4056 meiner Meinung nach selbst deaktivieren, bis die Kappe wieder hoch genug aufgeladen ist. Wenn es wieder auf 4 V aufgeladen wird, wirkt es wie ein Schwungrad.

Eine andere Idee, über die ich nachdenken möchte, ist die Verwendung eines Fotowiderstands für Rprog.

Matt Williamson
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Nur um sich zu erinnern ... dieser Ladegerät-IC ist linear. Dies bedeutet, dass Sie, wenn Ihre Batterie ~ 4 V und Ihr Solarpanel ~ 6 V hat, etwa 2 V * Strom als Wärme verschwenden. Selbst wenn Sie es schaffen, das Maximum aus dem Panel herauszuholen, ist der Energieverlust hoch. Erwägen Sie die Verwendung eines Schaltreglers oder machen Sie Ihren eigenen (Buck) mit atmega. Dies ist eine einfache Schaltung und kann in jedem Lastfall einen Wirkungsgrad von etwa 90% haben. Habe Spaß.

mpz
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Bist du sicher, dass es linear ist? Wie kann dieselbe Eingangsspannung durch Ändern eines Widerstands einen unterschiedlichen Ladestrom erzeugen?
Pat
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Ist die maximale Sonnenenergiegewinnung wichtiger oder wie wird die korrekte Verwendung eines TP4056 wichtiger? Wenn die maximale Sonnenenergiegewinnung wichtiger ist, sind alle Ihre Schaltkreise und alle bisherigen Antworten falsch. Ihr 6-V-Solarpanel liefert in Situationen mit gedämpftem Licht 2 bis 4 V, und Sie können nicht erwarten, dass ein 4,2-V-Akku in dieser Situation vollständig aufgeladen wird. Daher ist Ihr Ladegerät unabhängig von Ihrem Ladewert kein maximales Solarstrom-Absauggerät verwenden.

Stattdessen benötigen Sie einen Vorstufen-Aufwärtswandler mit niedrigem Start und Spannungsregelung bei 5 V. Wenn Sie fertig sind, müssen Sie sich um nichts anderes kümmern. Verwenden Sie keinen Mikrocontroller für ein einfaches Ladegerät wie dieses, es verschwendet mehr Energie als bei gedämpftem Licht. In der Tat sollten Sie den TP4065 aus der Gleichung entfernen, wenn die maximale Sonnenenergiegewinnung das Wichtigste ist.

Atmega 328
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Mein oberstes Ziel ist es natürlich, so viel Kraft wie möglich zu gewinnen. Aber ich habe noch zwei weitere Ziele: billig zu bauen und einfach zu bauen. Was würden Sie empfehlen, um den TP4065 zu ersetzen?
Pat
Am billigsten ist die Verwendung einer Schottky-Diode und am besten ein DC-DC-Aufwärtswandler. Ich empfehle den CE8301. Dieser kleine Kerl ist fantastisch, weil seine Startspannung 0,9 V beträgt. Sie finden einen, indem Sie bei ebay einen 5-V-USB-Aufwärtswandler eingeben. Die meisten dieser Arten von Aufwärtswandlern verwenden diesen IC. Nachdem Sie es bekommen haben, hacken Sie es ein wenig, um den Ausgang auf 4,2 V zu bringen, und zwar durch Ändern des Rückkopplungswiderstands und fertig.
Atmega 328
Würde das Laden mit einer flachen 4,2-V-Spannung anstelle der vielen Stufen des TP4056 Probleme mit der Batterie verursachen? Viele sagen, dass die 4,2 V sehr genau sein müssen und es scheint, dass der CE8301 nur in Schritten von 0,1 V eingestellt werden kann.
Pat
Wenn Sie eine einfache 4,2-V-Batterie an einen Li-Ionen-Akku anlegen, durchläuft dieser diese vielen Phasen unabhängig davon. So funktioniert die chemische Batterie und hat nichts mit dem IC zu tun. Der IC erkennt diese Phasen und beendet das Laden des Akkus, wenn er glaubt, dass der Akku vollständig aufgeladen ist. Das Aufladen eines Li-Ionen-Akkus durch Tickle ist im Lehrbuch schlecht, im wirklichen Leben jedoch völlig in Ordnung, insbesondere bei Sonneneinstrahlung. Zu guter Letzt stellt ein Ladegerät die Abschaltspannung auf 4,3 V ein. Es erhöht die Kapazität und verkürzt die Lebensdauer, ist jedoch nicht explosiv und sicher.
Atmega 328
Wo würde sich die IV-Kurve des Solarpanels befinden, wenn es direkt an einen DC / DC-Aufwärtswandler angeschlossen wird? Würde es die Leistung der Solarzelle maximieren? Ich kann mir nicht vorstellen, wie die Eingangsimpedanz des Wandlers aussehen würde.
Pat