SLACC – Solar lead acid charge controller

Dies ist der große Bruder des SSLACC. Auch hier kann die Last abgeworfen und ein 12V Blei-Akku geladen werden. Die Unterschiede bestehen darin, dass

  • hier eine Leistungsanpassung durchgeführt wird. Dadurch soll das Solarpanel immer maximalen Leistungspunkt betrieben werden (MPPT),
  • der Buck-Converter 2 phasig arbeitet und so die Ripple-Ströme reduziert,
  • nun eine externe Spannungsreferenz zum Einsatz kommt,
  • eine Strom- und Spannungsmessung jeweils am Panel und an der Batterie durchgeführt wird (Möglichkeit der Berechnung der eigenen Effizienz),
  • 3 Temperatursensoren (1: Mosfets, 2: Batterie, 3: Panel) verbaut werden können,
  • Datenlogging auf eine microSD-Karte möglich ist,
  • der Maximalstrom nun 10A beträgt.

Schaltung

Der AtMega48 wurde durch einen 328 ersetzt – insbesondere da der Code für das FAT-Dateisystem viel RAM benötigen wird. Der UART wurde nun auf einem Pinhead herausgeführt. Ansonsten ist die Schaltung eine Mischung zwischen Tim Nolans MPPT und dem SSLACC. Die beiden Schaltregler werde durch 180 Grad verschobene PWM-Signale gesteuert mit der Erwartung die Lebensdauer insb. der Kondensatoren zu erhöhen und den Ladestrom zu steigern.

Aufbau

Die wirepads müssen mit 1,5 mm² Kabel verbunden werden – Dies war die einzige Möglichkeit die Kompaktheit bei nur 2 Layern zu erreichen. Zwar sind die Leiterbahnen die höhere Ströme Tragen breit ausgeführt, doch eine Direktverbindung der Leistungsbauteile auf der Unterseite mit eben so dicker Leitung wie bereits erwähnt könnte vllt. noch für kleine Effizienzgewinne gut sein.

An der Oberkante der Platine werden alle MosFets isoliert auf einen 100x50x40mm Rippenkühlkörper geschraubt.

Software

Ist nun nach dem Aufbau des Prototypen vorhanden. Man sollte auf jeden Fall darauf achten, dass _SD der MosFet-Treiber betätigt wird sobald man die PWM-Versorgung einstellt. Sonst würde die Batterie unter Umständen kurz geschlossen. Auch darf die PWM keine 100% erreichen, da sonst die Bootstrapschaltung für den oberen MosFet nicht mehr funktioniert (der Kondensator könnte sich mangels Massepotential nicht mehr aufladen).

Auf dem UART werden die aktuellen Messwerte ausgeben sowie auf der Karte gespeichert so diese beim Einschalten erkannt wird. Nachteil der Karte ist, dass sie doch einige Milliampere schlucken wird und so den Leerlaufverbrauch des Ladereglers ohne Solarpanel erhöht.

Achtung: Vor dem Flashen des Controllers die SD-Karte entfernen, da sie über zu hohe Pegel auf der MISO-Leitung geschädigt werden könnte!

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Exakt wie bei SSLACC.

Effizienz

Da der Laderegler sowohl am Aus- als auch am Eingang Strom und Spannung misst, kann er seine eigene Effizienz errechnen. Sicherlich ist die Messung fehlerbehaftet, dennoch wurden die Werte in der Firmware für den Prototypen kalibriert, so dass 5-7% Fehler sicherlich nicht überschritten werden. Und dafür kann sich das Ergebnis sehen lassen:

Das Diagramm wurde aus den CSV-Daten automatisch generiert, deswegen die „Spitzen“. Es stammt aus einem Vergleich zwischen 63 kHz (bei 8 Bit Auflösung) und 125 kHz (bei 7 Bit Auflösung).

Bilder

Downloads

Stand: Mai 2012
EAGLE-Daten v1.1
Firmware v1.2

6 Kommentare zu SLACC – Solar lead acid charge controller

  1. Henk sagt:

    Moin,
    wie schauen eigentlich die Leistungsdaten deines MPPT aus?

  2. Frank sagt:

    Moin auch,
    10A in einen 12V Blei-Akku.

  3. Matt Po sagt:

    Geil geil. So was wollte ich schon immer mal gesucht=)

  4. Matt sagt:

    Hi Welche Funkion hat genau das Bauteil 74hc4050 vor deiner SD Karte?
    Und wo lässt du deine Platinen drucken?
    Cheers
    Matt

  5. Frank sagt:

    Der dient als Pegelwandler für die Datenleitungen in Richtung der Karte. Der Controller läuft mit 5V (wg. Takt), das verkraftet die Karte nicht. Der Controller wird aber den 3,3V Ausgangspegel der Karte dennoch als „high“ interpretieren.
    Platinen habe ich mal bei Leiton machen lassen. Aber eine einzelne lohnt nicht wirklich.

  6. Frank sagt:

    Moin du,
    das Design auf dieser Seite ist ja auch bereits ein bisschen angegraut, aber das scheint mir, wenn ich mir deine Schaltung angucke – und das so sagen darf – noch einiges drin zu sein, was du dir abgucken kannst :) mittlerweile würde ich wieder vieles anders machen – tue ich aber nicht, da ich beruflich vollkommen Elektronik-ausgelastet bin.
    Ich habe nicht mehr vor Augen, wie meine Software genau implementiert ist. Die Suche in beide Richtungen ist dennoch interessant – nur die ganzen Zwischenschritte würde ich mir sparen. Die Zeitkonstanten der Module sind dafür zu groß und, abhängig von der jeweiligen Situation, misst du eher was vor zwei Schritten war. Das mein Gerät sich immer neben dem Mpp bewegt ist klar. Ich habe mich aber dafür entschieden, um die Komplexität (und damit Fehleranfälligkeit) in Grenzen zu halten. Den Energieverlust durch knapp neben dem Mpp zu liegen habe ich damals im unteren einstelligen Prozentbereich erwartet. Und sowieso war der Benchmark das direkte Aufschalten des Panels auf die Batterie. Dafür hat’s gereicht;)

    Was das Laden einer Batterie angeht will ich noch gerne darauf hinweisen, dass du weniger eine Spannung einstellst, sondern nur ein Verhältnis + parasitäre Effekte. Und das Verhältnis zusammen mit der OCV und der Impendanz der Batterie wird so den Ladestrom und damit den MPP bestimmen. Deine implementierte Mess- und Testmethode ist insofern m.M.n. recht ungeeignet und du müsstest eher „in“ eine CV-Last testen.
    Ich wünsch‘ noch viel tolle Bastelzeit :)

    Ich habe noch ein Board, was irgendwo einen kleinen Fehler hat, den ich damals nicht mehr suchen wollte. Konnte aber nix großes sein. Gegen Versandkosten kannst du das für Lau und zum Umbauen haben…

    PS: Altium Lizenz? Lohnt sich das privat?

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