Como autoregular um TP4056 para a extração máxima de energia solar

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Estou usando um painel solar (6V - 600mA no pico de potência) para carregar uma bateria de íon de lítio (3.7V) usando um TP4065. O TP4065 que estou usando tem esta configuração:

Circuito TP4065

Onde o valor do resistor Rprog determina a corrente de carga.

Resistor para a tabela atual

A questão é que a corrente fornecida pelo painel solar é proporcional à luz recebida e a única maneira de continuar extraindo a energia máxima do painel solar é ajustar a carga para manter a tensão do painel solar em torno de 6V, que no meu caso é controlada reduzindo a corrente de carregamento.

Qual seria o melhor circuito para ajustar automaticamente o resistor Rprog para manter o TP4056 Vcc a uma tensão constante de cerca de 6V?

Aqui está um exemplo de uma curva IV do painel solar mostrando a tensão na qual a energia máxima é extraída.

Exemplo de painel solar IV

Aqui está a característica de carregamento do TP4065

TP4065 gráfico de carregamento

ATUALIZAÇÃO 13-02-2015

A tensão no pino PROG varia entre 1V e 0.2V

Meu projeto usará um microcontrolador Arduino. Eu poderia usar o Arduino para monitorar a tensão do painel solar e regular a corrente TP4056 com o seguinte circuito:

Outra solução

O Rprog e o Rarduino teriam 600 ohms e o capacitor de 100uF e o Rarduino atuarão como um filtro passa-baixo para a saída analógica do Arduino que emite um sinal PWM de 3,3V 500Hz.

Quando a saída digital é 0V, o TP4056 verá um resistor de 1,2K e se comportará normalmente. À medida que aumentamos a tensão de saída analógica, a tensão em Rprog diminui, o que diminui a corrente no pino TP4056 PROG e, finalmente, reduz a corrente de carregamento da bateria.

Esta solução pode funcionar?

battery-charging solar-cell charger charging Pat
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Sua pergunta está errada. Modular a corrente de carga usando o RPROG não ajudará você a carregar a bateria mais rapidamente. Basta definir RPROG para o dia ensolarado máximo (o que for). Se você deseja extrair a energia máxima do painel solar, precisa usar pelo menos um conversor DC-DC e, nesse caso, provavelmente não faria sentido usar um carregador linear.
Mkeith 7/02
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A bateria, o painel solar e o carregador são todos em série (exceto a pequena corrente inativa consumida pelo carregador). Portanto, maximizar a produção de energia do painel solar não é o objetivo. Você deseja maximizar a saída atual. Espero que você entenda meu ponto agora.
Mkeith 7/02
Dê uma olhada no seguinte: cds.linear.com/docs/en/datasheet/3652fd.pdf A idéia é que você ajuste seu Vin ao ponto de potência máximo (observe que a tensão máxima do ponto de energia não muda muito com o nível de luz) . Pode não funcionar com o seu painel solar de 5V, mas se você considerar comprar um painel de alta tensão, pode funcionar.
Mkeith 7/02
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@mkeith Ele carregará mais rapidamente porque quando o painel solar pode fornecer apenas 100mA e o carregador deseja 1000mA, a tensão do painel solar cai para uma voltagem que o TP4056 não pode funcionar corretamente e não carrega.
Pat
@mkeith, faria sentido maximizar a corrente como uma prioridade, mas como você pode ver na imagem do gráfico de carregamento, a corrente não é constante a um valor alto para carregar a bateria. Assim, a única solução que resta é o de controlar a corrente de carga para não sobrecarregar o painel solar
Pat

Respostas:

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Eu gosto muito da resposta que você sugeriu. Eu acho que é uma boa ideia. Eu sugeriria apenas uma ligeira variação da seguinte forma:

controle PWM revisado

Além disso, trabalhe nos casos de canto e em circunstâncias incomuns, como quando a bateria está descarregada, e o arduino não pode ser ligado. O carregador ficará preso no modo de corrente de carga zero? Talvez um pullup estratégico ou pulldown em algum lugar, ou um grande resistor em paralelo com o RPROG e a tampa de 100uF, assegurem uma pequena corrente de carga, mesmo quando o PWM está desligado.

Bom trabalho!

McKenzie

mkeith
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Acho que vou ligar o Arduino diretamente no painel solar para nunca ter um problema sem saída.
Pat
Além disso, a corrente máxima que o pino PROG pode fornecer é 1,2mA. A saída analógica arduino pode dar ou pia 20mA então eu não acho que o MOSFET é necessária
Pat
Não estou preocupado com a corrente. O problema é que a saída PWM (assumindo que seja um totem) é uma tensão mais alta que a tensão do pino PROG. Se você passar a 100% do ciclo de trabalho acidentalmente, isso fará com que a corrente flua para o pino PROG. Não tenho certeza de que efeito isso teria. Isso pode danificar o chip. Por outro lado, se você pode configurar a saída do PWM como "dreno aberto" ou "coletor aberto", deve estar bem.
Mckith
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Ultimamente tenho observado a mesma pergunta. Minha solução foi um pouco diferente da sua:

insira a descrição da imagem aqui

Ao selecionar D10, D11, D12 como OUTPUT / LOW ou INPUT (High-Z, sem pullup), posso variar o Rprog de 16k (D10 / 11/12 todos High-Z) até 1050 Ohm (D10 / 11/12 BAIXO) e via A0 monitora a corrente de carregamento para encontrar o MPP.

O engraçado é que, em todos os meus testes, descobri que o TP4056 parece executar o MPPT em si, ou seja, mesmo se você definir o Rprog muito baixo, o Vprog parece se auto-regular para manter a corrente no MPP. Isso significa que apenas definir Rprog para a corrente máxima que os painéis solares podem fornecer seria tudo o que é necessário.

BTW, isso confirma minha descoberta empírica, tendo usado módulos TP4056 simples com meus painéis solares dobráveis sem problemas nos últimos 2 anos. (É um pouco decepcionante, já que eu me esforcei ao construir meu Arduino MPPT apenas para descobrir que eu realmente não preciso dele ...)

enif
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ajuste atual da carga automática

Eu usaria outro chip. No entanto, se você quiser usar este, pode tentar este circuito. Coloque um espelho de corrente no lugar para ajustar a corrente do programa. Suponho que internamente, a corrente que flui através do PROG é espelhada (com ganho) para definir a corrente de carga externa. Então, o que você tem aqui é uma fonte atual que aumenta o valor atual à medida que o VCC aumenta. Ajuste R200 para obter a corrente desejada no valor que você considera o VCC mínimo. À medida que o VCC aumenta, a corrente de carga também aumenta.

Estou com preguiça de descobrir um bom ponto de partida para o R200. Mas se você puder descobrir qual é a voltagem no PROG, a partir da tabela, você pode supor o fator de amplificação atual e criar um bom ponto de partida para o R200. Eu estou pensando que será como 47k-ish.

Variações sobre isso podem funcionar ainda melhor. Por exemplo, se você adicionar uma referência de tensão e um comparador ou mais transistores, poderá manter a corrente de carga no máximo até que o VCC caia abaixo de um certo ponto, e isso diminuiria a corrente de carga para manter o VCC nesse nível. Mas, na minha opinião, quando você chegar a esse nível de complexidade, use apenas um IC que faça tudo para você, como o bq24210.

Estou aberto a discutir isso ainda mais. Apenas me marque para chamar minha atenção.

mkeith
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Isso está ótimo! O BQ24210 é um IC bastante pequeno para um projeto amador. Você conhece algum outro chip maior que execute função semelhante?
Pat
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Não, mas eu só encontrei isto: sparkfun.com/products/12885
mkeith
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Estou pensando em fazer exatamente isso. Eu acho que o capacitor em Vin ajuda muito, porque quando está carregando, ele consome menos corrente e para de extrair muita corrente da fotocélula, que é o ponto em que a potência cai. Uma vez que o capacitor cai abaixo de 4v, acredito que o TPS4056 se desabilitará até que a tampa seja carregada de volta suficientemente alta. Quando ele carrega de volta a 4v, ele age como um volante.

Outra idéia que estou pensando em tentar é usar um fotorresistor para o Rprog.

Matt Williamson
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Só para lembrar ... este IC de carregador é linear. Isso significa que, se sua bateria é de ~ 4V e seu painel solar é de ~ 6V, você está gastando cerca de 2V * de corrente como calor. Mesmo se você conseguir extrair o máximo do painel, a perda de energia é alta. Considere usar um regulador de comutação ou faça o seu próprio (buck) com atmega, é um circuito simples e pode ter uma eficiência de cerca de 90% em qualquer caso de carga. Diverta-se.

mpz
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Tem certeza de que é linear? Como a mesma tensão de entrada produz corrente de carga diferente alterando um resistor?
Pat
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a extração máxima de energia solar é mais importante ou Como usar corretamente um TP4056 é mais importante? se a extração máxima de energia solar for mais importante, todos os seus circuitos e todas as respostas até agora estão incorretas. Seu painel solar de 6V fornecerá de 2 a 4V em situações de pouca luz e você não pode esperar que carregue uma bateria de 4,2v totalmente nessas situações, para que o carregador não seja uma unidade de extração de energia solar máxima, independentemente do valor de carregamento que você usar.

Em vez disso, você precisa de um conversor de impulso de pré-estágio de baixa inicialização com regulação de tensão em 5v. feito, você não precisa se preocupar com mais nada. não use um microcontrolador para um carregador simples como esse, ele gasta mais energia do que na luz mais fraca. de fato, você deve remover o TP4065 da equação se a extração máxima de energia solar for a coisa mais importante.

Atmega 328
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Obviamente, meu objetivo final é extrair o máximo de energia possível. Mas também tenho mais dois objetivos: ser barato de construir e simples de construir. Qual seria sua recomendação para substituir o TP4065?
Pat
o mais barato estará apenas usando um diodo schottky e o melhor estará usando um conversor de impulso dc-dc. Eu recomendo o CE8301. Esse cara pequeno é incrível, porque sua voltagem de inicialização é de 0,9v. Você pode encontrar um digitando 5v usb boost converter no ebay. a maioria desses tipos de conversor de impulso usa esse IC. Depois de obtê-lo, corte um pouco para obter a saída para 4.2v, ou seja, alterando o resistor de feedback e pronto.
Atmega 328
Carregar com um 4.2V plano e não com os vários estágios do TP4056 causaria problemas à bateria? Muitos dizem que o 4.2V precisa ser muito preciso e parece que o CE8301 só pode ser ajustado com incrementos de 0,1V.
Pat
Se você aplicar um simples 4.2v a uma bateria de íon de lítio, ela passará por muitos estágios, independentemente. É assim que a bateria química funciona e não tem nada a ver com o IC. O IC existe para detectar esses estágios e parar de carregar a bateria quando achar que a bateria está totalmente carregada. Fazer cócegas ao carregar uma bateria de íon de lítio é ruim no livro didático, mas é totalmente bom na vida real, especialmente com a sua entrada solar. Por último, mas não menos importante, algum carregador definirá a tensão de corte em 4,3V. Aumentará a capacidade e reduzirá a vida útil, mas não é explosivo e é seguro.
Atmega 328
Onde fica a curva IV do painel solar quando conectado diretamente a um conversor de impulso dc-dc? Maximizaria a energia da célula solar? Não consigo imaginar como seria a impedância de entrada do conversor.
Pat