Ricarica cilidriche

[Hal9000]

Ciao a tutti,
come richiesto da Ferrobattuto eccovi lo schema del circuito che uso per ricaricare le batterie cilindriche della sperimentazione dell'altra discussione, ho voluto aprire una nuova discussione per non rendere troppo lunga e dispersiva l'altra.
Il principio di funzionamento è quello di caricare una bobina in aria di generose dimensioni per poi interrompere improvvisamente la corrente e lasciare che il rilascio induttivo generi e riversi il picco di tensione verso la batteria da ricaricare, lo stadio di uscita non è altro che un secondo mosfet identico al primo usato come diodo, questo per risparmiare sui diodi shotky in quanto questi mosfet che ho scelto sono molto robusti e si trovano a circa 2€ su rs, e dopo aver scoperto che il mosfet è anche un diodo (non esiste un secondo componente interno connesso in parallelo come da sinbolo elettrico) ho voluto provare ad usarlo al posto degli shotky con risultati incoraggianti.
Invece che comprare 10 mosfet e 10 diodi compro 20 mosfet e ottengo un prezzo migliore, inoltre il IRFP4321 è un 78A 150V, per trovare uno shotky con tali valori spenderei ben più di 2€, è importante usare mosfet di adeguata portata sia in corrente che tensione perchè lavoriamo in un regime strano in cui durante la fase di carica della grossa bobina si ha un picco di corrente e durante il rilascio induttivo ci sarà un picco di tensione, ho provato a realizzare circuiti simili con mosfet più piccoli ma vedendoli sempre saltare per una ragione o per l'altra, di tutti quelli provati questi li suggerisco caldamente per il loro ottimo compromesso robustezza e prezzo!

ATTENZIONE!
PERICOLO:
il circuito non ha nessun feed-back, ovvero se per una qualsiasi ragione si stacca la batteria in uscita i picchi di tensione danneggerebbeo tutto lo stadio di potenza in una frazione di secondo e non toccate mai l'uscita in quanto c'è il pericolo di folgorazione anche se alimentate lo stadio di potenza con 12V in quanto la grossa bobina caricata con 50-100W di potenza può facilmente generare picci di 200-400V in uscita, anche se brevissimi pur sempre letali!
In teoria fin tanto che la batteria in uscita assorbe i rilasci induttivi non c'è nessun pericolo, si può toccare, ma non si sà mai l'imprevisto è sempre in agguato, meglio non tenere le manine sui due poli di uscita mentre è acceso

ATTENZIONE!
ESPLOSIONE:
sempre per il fatto che il circuito non ha retroazione e continua a pompare energia in uscita sotto forma di scariche ad alto voltaggio in qualsiasi condizione NON USATE BATTERIE VECCHIE, DIFETTOSE E USURATE, eviterei di usare questo circuito anche sulle piccole batterie da avviamento, se volete desolfatare batterie da auto o di recupero usate il caricabatterie desolfatante che pubblicherà Ferrobattuto, questo circuit è da USARE SOLO SU BATTERIE NUOVE, GROSSE O AUTOCOSTRUITE come le cilindriche dell'altra discussione o similari, dove i ponti di connessione interni sono grossi, solidi, robusti e affidabili.
Se per una qualche ragione i ponti interni sono corrosi, come nella maggior parte delle batterie da avviamento di recupero, può succedere che si interrompono e il circuito continuerò a pompare energia creando scintille dentro alla batteria dove si trovano gas di idrogeno e ossigeno pronti ad esplodere spruzzando acido in faccia a chi si trova attorno!

Questo circuit è inteso come caricabatterie desolfatante di potenza per grossi banchi batteria, da usare solo se esperti e ben consci del principio di funzionamento e dei rischi annessi.

Fatte le dovute premesse sulla sicurezza, passiamo al circuito:
sfrutto un SG3525 come oscillatore, modulatore dell'ampiezza dell'impulso e stadio driver per il mosfet, rispetto ad altri circuit, in questo modo si risparmia sui componenti in quanto serve un solo integrato, per esempio reperibile su rs per pochi euro, e pochi componenti passivi attorno, uso il pin di soft-start per regolare il pwm in uscita da 0 a 50%, vista la tipologia di eccitazione della bobina non serve, anzi è controproducente, andare oltre il 50% del duty-cycle, poichè bisogna dare un tempo minimo necessario alla bobina per scaricarsi completamente prima di rimagnetizzarla altrimenti andrebbe in saturazione diventanto un corto verso massa.

Nello schema ho indicato con Cx il condensatore che determina il range di frequenza che possiamo variare con il trimmer FREQ, solitamente un valore compreso tra 470nF e 10nF, con Lx ho indicato la grossa bobina in aria da usare per il trasferimento di potenza, nel caso delle batterie cilindriche ho sperimentato diversi valori partendo da 80Hz fino a 600Hz, regolando il pwm per dare una ricarica da 50W fino a 400W, ma dopo 2 mesi di prove nei vari cicli di ricarica i seguenti valori sembrano essere quelli che danno i risultati migliori di ricarica ed efficenza:
Cx = 100nF
pwm regolato per assorbire circa 50-100W
Lx = bobina da 100 metri di cavo da 4mm quadri da impianto elettrico (bobina in aria, nessun nucleo)

PRIMA ACCENSIONE:
Assicuratevi che il potenziometro PWM sia tutto girato vero massa, in modo che il pin 8 di soft-start sia a 0V, così quando accenderete il circuito non generà impulsi sulla bobina fino a che non andrete a ruotare lentamente il trimmer PWM, così che possiate tenere sotto controllo assorbimento in ingresso, tensione in uscita e scaricatore dando gradualmente potenza alla bobina.

[Hal9000]

Dimenticavo di aggiungere:
questo circuito è molto versatile, nel senso che può trasferire energia da un banco batterie ad un altro a prescindere dalla tensione dei due banchi, io per esempio in questi ultimi due mesi l'ho usato per ricaricare il banco a 12V delle batterie cilindriche sotto test prelevando l'elergia richiesta direttamente dal banco batterie 48V dell'impianto fotovoltaico, ma in precedenza l'avevo usato anche per ricaricare batteria a 48V partendo da 12V e anche su batterie a 24V.
In realtà fin tanto che si resta nei limiti di potenza ammessi dalla bobina usata e dai mosfet si può interfacciare qualsiasi tensione, anche se a naso io non andrei oltre il quadruplo tra tensione in ingresso e in uscita, sia che sia maggiore o inferiore.

3 anni fà avevo studiato bene il fenomeno del rilascio induttivo con un oscilloscopio, sulla bobina avviene un fenomeno naturale di adattamento alla tensione della batteria in uscita da ricaricare per cui dimezzando la tensione della batteria in uscita si raddoppia il tempo di dirata del rilascio induttivo raddoppiando la corrente, è come se la bobina fosse un trasformatore che riavvolge il secondario in funzione della batteria connessa.

Quindi se regoliamo il pwm in modo che il circuito assorba 1A a 48V in ingresso ed in uscita colleghiamo un banco 12V da ricaricare avermo una corrente impulsiva in uscita il cui valore medio è pari a 4A, come potete notare questo sistema a rilasci induttivi è molto più versatile ed efficente per trasferire energia da un banco batteria ad un altro rispetto al classico trasformatore, senza contare che i picchi di sovratensione generati dalla bobina all'apertura del mosfet combattono anche la solfatazione.

Sono ancora in fase sperimentale con diversi prorotipi, ma credo proprio che userò un circuito simile a questo, ovviamente sotto il controllo della cpu centrale, per stoccare l'energia in eccesso in banchi secondari piombo-acido fai-da-te, per poi riversarla indietro sulle batterie primare nei periodi di bassa produzione o durante la notte, in questo modo il flusso di energia è costante e controllato, molto meglio che collegare in parallelo batterie troppo diverse tra loro, con il vantaggio di avere ben chiaro lo stato globale di stoccaggio di energia, ovvero avendo tanti banchi secondari qualora un banco di batterie fai-da-tè sarà scarico completamente sarpò con esatteza quanti me ne restano di riserva.

Questo circuito fà parte di un progetto più ampio che esce un pò dagli schemi industriali, ovvero batterie robuste che possono essere scaricate fino a 0, che non si corrodono e sono sicura ad essere ricaricate ad impulsi, robuste che durano una vita emanutenibili.

Pensate che bello, avere 10 banchi secondari fai-da-te, interfacciato da altrettanti 10 circuiti come questo, un banco primario a bassa resistenza interna che funge da stabilizzatore, poi una cpu che inizia a scaricare in sequenza i banchi secondari dicendoci con estrema certezza lo stato delle nostre riserve energetiche semplicemente dicendo 1 banco secondario su 10 esaurito = 90%
3 banchi secondari su 10 esauriti = 70%
ecc ecc

[Hal9000]

Un ultima cosa, la parte del circuito dentro al rettangolo rosso è la sorgente di alimentazione 12V dello stadio pilota, per semplicità ho usato un piccolo trasformatore con un 7812 per dare il 12V al circuito pilota in modo che fosse indipendente dalla tensione in ingresso, questo stadio richiede pochissima energia per funzionare, tutta la potenza trasferita sulle batterie da ricaricare proviene dalla sorgente di alimentazione in ingresso che nello schema ho indicato come "batterie impianto 48V" questa sorgente di potenza può essere benissimo sostituita da un adeguato trasformatore con tanto di ponte radrizzatore e condensatori di livellamento qualora dobbiate ricaricare batterie partendo dalla 220V, o anche da pannelli solari, sempre restando nei limiti massimi di tensione dei mosfet.

Immagino già che Ferrobattuto vorra usare un circuito simile per ricaricare un banco batterie a casa sua, beh credo che potresti anche collegarci i panneli che ti avevo dato, occhio a regolare bene il pwm per non friggere le batterie in uscita.
Io, per esempio, ho visto che regolando il pwm per una potenza di 50W posso lasciare le batterie cilindriche anche per diveri giorni sotto impulsi che non superano mai i 14,8V però su altre batterie è tutto da sperimentare caso per caso.

[Ferrobattuto]

Ha ha ha!!! Immagini bene!
Mi restano alcuni dubbi: servono per forza due banchi? Uno primario e uno secondario? Avendo un banco solo e volendolo usare come desolfatatore, si può lasciare connesso continuamente in parallelo ai pannelli? Serve per forza una alimentazione separata?
Qualche notizia su "Lx"?
Scusa la mia ottusità....

[Hal9000]

Ciao Ferro,
si serve una sorgente di alimentazione separata dal banco da ricaricare / trattare, nel tuo caso puoi benissimo collegare i pannelli che hai al posto del banco 48V che ho indicato io nello schema, la tensione dei pannelli e quella delle batterie da ricaricare / trattare non è influente e può essere sia maggiore che inferiore, basta che non superi i 100V in ingresso se usi i mosfet che ho indicato nello schema.
Più la tensione in ingresso è bassa e più servirà un pwm alto e una bobina con filo grosso e meno spire, ma se usi i pannelli che ti avevo dato li puoi collegare a 24V nominali e usare una bobina da 100m di normalissimo file come induttanza nel circuito.
Questo è un circuito ad uso "manuale" ovvero da accendere, spegnere e tarare di continuo, serve per trattamenti occasionali o come nel mio caso per le ricariche dei cicli di test nella sperimentazione delle batterie, se vuoi avere un regolatore di carica questo non è il circuot giusto

IMPORTANTE:
non usate questo circuito su batterie con inverter connessi, i rilasci induttivi di un circuito come questo regolato su 500W potrebbero friggere l'inverter se le batterie non sono in gradi di assrbire tale energia!

[Hal9000]

Qualche notizia su "Lx"?
Scusa la mia ottusità....

c'è nel primo post, i valori da me in uso per le cilindriche:

Cx = 100nF
pwm regolato per assorbire circa 50-100W
Lx = bobina da 100 metri di cavo da 4mm quadri da impianto elettrico (bobina in aria, nessun nucleo)

[Ferrobattuto]

Grazie per le delucidazioni e scusa per la svista.
Eventualmente, tra questo circuito, connesso direttamente sui morsetti del banco di accumulo, ed un eventuale inverter o altri utilizzatori, potrebbe essere utile l'inserzione di un'induttanza che smorzi i picchi? Magari con grosso nucleo di ferro in modo da avere poche spire e bassa resistenza interna, ma alta induttanza di blocco.

[Hal9000]

Pensavo anch'io ad una induttanza come da tè descritta, ma per ora preferisco evitare di collegare circuiti desolfatanti, specie se così potenti, sullo stesso banco dove ho in funzione il mio inverter, sai com'è con quello che mi è costato non desidero sperimentarci sopra

Un paio di foto della realizzazione pratica, prorotipo numero 5 attualmente impegnato nel progetto batterie cilindriche:





Lo stadio di potenza è triplicato, ovvero il gruppo mosfet-bobina-mosfet per 3 volte poi tutti in parallelo, un test per provare a gestire correnti maggiori.



Questo è il prorotipo numero 3, mosfet da 10A 500V, 8 avvolgimenti paralleli su nucleo di un normale trasformatore da 300W, ogni avvolgimento ha il suo mosfet e il suo diodo shotcky da 15A 40V, questa è una vesrione meno efficace nel numero 5, anche perchè limitata in potenza e tensione dai componenti usati, ma pratico perchè essendo alimentato a 220V si può usare ovunque in caso di necessità, ad ogni modo molto rumoroso e apparentemente meno efficace della versione con bobine in aria, anche perchè con bobine in aria si può salire in frequenza, con nucleo di ferro siamo limitati sotto i 200Hz.

Comunque ho notato che sulle batterie cilindriche (200Ah alta resistenza interna) la ricarica e desolfatazione più efficace si ottiene con frequenze comprese tra 500 e 1000Hz e potenze comprese tra 50 e 150W.

[Ferrobattuto]

Non si vede la foto (o il disegno) del prototipo avvolto su nucleo di trasformatore, con 8 avvolgimenti paralleli. O forse ho capito male.
Mentre se ho capito bene il prototipo n° 5 è un "triplo" fatto con 3 matasse da 100m di filo da 4mmq. Certo che deve "sparare" una bella corrente..... Però con tutto quel pò pò di materiale da desolfatare sicuramente ci vuole.

A chi interessa questo è il datasheet dell'integratino SG3525.

SG3525AN_MOT.pdf

(212.75 KiB) Scaricato 4420 volte

So che tu non fai circuiti stampati, in quanto quasi sempre le tue realizzazioni sono dei prototipi, ma forse una piccola foto della basetta forata presa da sotto potrebbe far comodo.
Non è per scocciare o approfittarsi, ma non tutti (io di sicuro no..... ) hanno la tua pratica a montare circuiti..... oO

[Hal9000]

Hai ragione Ferrobattuto, avevo dimenticato la terza foto, messaggio aggiornato!

Eccoti le foto del circuito pilota del prototipo 3, anche se esteticamente differente dallo stadio pilota del n.5 lo schema elettrico è identico:

[Ferrobattuto]

@ Hal9000: mi sono dato una buona occhiata allo schema della prima figura in alto, tenendo d'occhio contemporaneamente il datasheet dell'integrato, e ho concluso che con poche minime modifiche quel circuito potrebbe diventare un buon regolatore di carica MPPT.
Correggimi se sbaglio. Mettendo in entrata un banco di pannelli, con in parallelo un grosso condensatore elettrolitico veloce (o un'insieme di condensatori adatti.....) in grado di fornire le intensità di picco necessarie, e regolando la tensione massima in uscita sul valore opportuno, potrebbe adattarsi come ricaricatore MPPT in grado di adattare la tensione in ingresso quale che sia ad un banco a tensione specifica, da decidere di volta in volta. Se le cose stanno così, abbiamo risolto per quel che riguarda uno dei componenti più costosi ed "equivoci" dell'impianto. Ovvio che una apparecchiatura commerciale, gestita da microprocessore e con elettronica sofisticata può avere performance superiori, ma un circuito come quello tuo è semplice, molto robusto ed anche economico. Il che, per quel che mi riguarda, non guasta davvero......
Niente software che può cancellarsi con scariche elettrostatiche atmosferiche, ne componentistica particolarmente delicata che può bruciarsi. Basterebbe un buon contenitore metallico messo a terra, come pure il telaio dei pannelli, e il pericolo sarebbe ridotto al minimo.

[Hal9000]

Ciao Ferro, si e no, nel senso che si con questo circuito nello stadio di potenza è possibile realizzare un inseguitore di punto di massima potenza, no perchè l'integrato in questione ha un solo feedback, ovvero può essere usato come regolatori di tensione ma non come mppt....
Come noterai il pin di feedback non viene usato nel mio circuito, infatti uso l'integrato SG3525 solo per semplificare il circuito e risparmiare, lo uso solo come oscillatore con frequenza e duty-cycle variabili manualmente e come driver per il gate del mosfet, normalmente queste operazioni le avrei fatte con un NE555 assieme ad un TLP250 ma questi due insieme costano di più di un SG3525, complicano ilcircuito e per giunta il 555 lavora male nel senso che variando il duty-cycle varia anche la frequenza e vice versa....

Ad ogni modo tornando al tuo desiderio, non farti trarre in inganno dal fatto che questo circuito adatta tensioni diverse tra ingresso ed uscita con il discorso mppt, difatti anche se possono sempbrare simili sono due concetti diversi, mi spiegno meglio:

Un regolatore switching gode di rese maggiori di un regolatore lineare non solo perchè il transistor/mosfet lavora agli estremi (saturazione/interdizione) evitando la regione attiva di conduzione che è quella che dissipa maggio calore, ma anche perchè implementa uncircuito induttanza+condensatori che eccitato degli impulsi del mosfet di potenza diventa come un trafromatore del quale possiamo cambiare il numero di spire a piacimento agendo solo sul pwm, ovvero riesce ad effettuare una conversione del tipo V_IN*I_IN = V_OUT*I_OUT quindi se in uscita stò regolando 12V a 10A che fanno 120W ed in ingresso ho 24V ne consegue che in ingresso assorbirò circa 5A (ovviamente per semplificare non tengo conto delle inevitabili perdite dei componenti quindi della resa del circuito nel complesso).

Un regolatore MPPT è un regolatore switching con qualcosa in più, ovvero un sistema che legge la potenza in ingresso o in uscita, tanto è pressochè uguale, e che effettua due regolazioni:
1) riduce il pwm qualora la tensione in uscita supera la soglia prefissata per evitare di sovraccaricare le batterie
2) riduce o aumenta il pwm cercando di massimizzare il valore di potenza
Come noterai avere il dato di potenza richiede la lettura contemporanea di tensione e corrente e la loro moltiplicazione, quindi richiede 2 feedback, un sensore di corrente di qualsivoglia sorta e un operazione matematica, inoltre bisogna notare che la potenza non varia linearmente al variare del pwm, per fare un esempio si potrebbe avere una situazione del tipo:
pwm=0% p=0%
pwm=20% p=10%
pwm=70% p=100%
pwm=90% p=80%
pwm=100% p=70%

Ovviamente i numeri sopra sono indicativi per fare un esempio, quello da notare è che mentre il pwm varia linearmente da 0 al 100% la potenza per un certo tempo sale poi inizia a scendere di nuovo, per cui serve un meccanismo che va avanti ed indietro nel pwm invertendo la rotta qualora si accorge che la situazione smette di migliorare ed inizia a peggiorare, credimi se ti dico che queste cose le ho provate a fare in software su un microcontrollore ed era già difficile farlo avendo un calcolatore a disposizione, non oso neanche cimentarmi nel realizzare una motiplicazione ed un algoritmo di ricerca bidirezionale in hardware

Quindi il circuito che uso io per caricare le batterie cilindriche funziona bene perchè in ingresso ha a disposizione praticamente energia infinita, se gli collegasi dei pannelli che hanno una corrente massima oltre la quale la tensione inizia a scendere perchè sono come dei generatori di corrente costante e per giunta che tale valore varia continuamente al variare delle condizioni meteo e dalla posizione del sole capirai che anche se lui cerca di mantenere la tensione in uscita stabile andrà ad aumentare il pwm al massimo per soddisfare tale condizione mangiando troppa energia dai pannelli facendo calare la loro tensione troppo e andando lontano dalla gobba di massima resa, praticamente peggiorando la situazione.

Unica soluzione per caricare batterie con tensione troppo diversa dai pannelli usati è quella di fare un MPPT primordiale che invece di inseguire il punto di massima potenza letta in watt si accontenta di fissare una tensione a lato pannelli e regolare il pwm in modo che la tensione in uscita non superi la soglia di carica e la tensione a lato pannelli non vada sotto un valore fisso impostabile.
Questo circuito sarebbe fattibile con l'SG3525 e forse l'aggiunta di un operazionale, ne avevo realizzato uno tempo fà, ma ovviamente è più un adattatore diimpedenza che un MPPT, utile se i pannelli hanno una tensione molto diversa dalle batterie, poichè lavorando in un punto fisso della gobba I V di resa del pannello ed essendo che questa gobba si sposta in base alle condizioni di insolazione e temperatura lavorerebbe sempre un pò prima o un pò dopo tale valore che però si potrebbe aggiustare in modo da esservi vicino neilla maggior parte dei casi.

Nel mio test che avevo fatto nel passato avevo notato che su pannelli con la stessa tensione nominale delle batterie il guadagno era minimo quindi conveniva usare un regolatore pwm in quel caso, ma se per esempio devi caricare un banco batterie a 12V con pannelli che vanno a 60V a vuoto allora ha un senso.

[Ferrobattuto]

Ricapitolando, il sistema è buono per passare energia da un banco all'altro, o per caricare un banco avendo energia abbondante in ingresso. Altra cosa adattare una fonte molto variabile come quella dei pannelli ad un banco a tensione fissa.
Bene, ti ringrazio per la spiegazione molto esplicativa, e credo non solo per me.

[pinoamper]

Saluti a Tutti , mi sono appena registrato
domanda?
chi mi puo aiutare con una schema .
dovrei fare un carica batterie 48v dc to dc pwm variabile frequenza e pwm
tensione di ingresso variabile da 60v a 180v dc,
ringrazio in anticipo
Giuseppe.

[Ferrobattuto]

Penso che mettersi a tirar giù uno schema del genere sia piuttosto complesso. E poi anche trovandolo già fatto probabilmente il costo dei componenti sciolti supererebbe la spesa di acquistare un discreto MPPT da fotovoltaico. Se ne trovano di abbastanza buoni a buon prezzo sui mercati online. Poi non ci hai spiegato di che potenza lo vorresti fare.
Toglimi una curiosità: trattandosi di un PWM a che ti servirebbe variare la frequenza oltre che l'ampiezza degli impulsi?