Описание работы контроллера заряда SOLARMASTER. Режим зарядного устройства

В данной записи представлено описание работы контроллера заряда АКБ SolarMaster в режиме зарядного устройства. Если читатель увидел в заголовке некоторую неоднозначность ("масло-масляное"), ибо в каком еще режиме работать контроллеру заряда, если не в режиме зарядного устройства,  напомним, что наш контроллер заряда может работать в двух режимах: режим интеллектуального зарядного устройства АКБ с отключаемым выходом питания нагрузки и режим стабилизированного источника электропитания. 

• Подключение к контроллеру заряда
• Какие параметры заряда измеряет контроллер
• Рекомендации по выбору параметров управления зарядом и разрядом АКБ
• Параметры заряда для кислотного AGM аккумулятора и литий-железо-фосфатного аккумулятора LFP

Подключение к контроллеру заряда

Подключение АКБ, панели / источника питания и нагрузки производится в строгом соответствии со схемой, приведенной на рисунке. Не соединяйте выводы солнечной панели и АКБ с цепями нагрузки (как общего провода, так и «плюса питания») с целью обеспечения питания узлов, измерения зарядных токов и проч. При необходимости параметры зарядного и разрядного токов, напряжений на АКБ, на солнечной панели запрашиваются у контроллера заряда по протоколу Modbus RTU (линия RS485, USB 2.0). Недопустимо подключение нагрузки без подключения АКБ (с подключенной солнечной панелью). Параметры подключаемых блоков (напряжение АКБ, мощность нагрузки, источника питания / солнечной панели) должны строго соответствовать рекомендуемым (см. запись о технических параметрах контроллера заряда АКБ). В противном случае устройство будет функционировать некорректно.  На любые поломки, вызванные работой устройства в экстремальных режимах (предельные и завышенные мощности нагрузки, напряжение источника питания), гарантия не распространяется.

При подключении устройства тщательно проверяйте полярность подключаемых блоков (соответствующие клеммы на устройстве помечены как «+» и «–»). Неправильное подключение клемм аккумулятора или источника питания приведет к выходу контроллера из строя. На любые повреждения, вызванные  переполюсовкой АКБ и/или источника питания, не распространяется гарантия, поскольку данная поломка является следствием некорректной эксплуатации устройства.

Какие параметры заряда измеряет контроллер

Перед эксплуатацией зарядного устройства скачайте программное обеспечение SolarMaster Control с сайта для настройки работы контроллера заряда. Настройка контроллера осуществляется с помощью ПО SolarMaster Control записью соответствующих регистров, отвечающих за подлежащие настройке параметры, по протоколу Modbus RTU.

Для настройки работы контроллера SolarMaster подключите устройство к ПК (если устройство подключается к ПК впервые, дождитесь установки драйвера). Запустите приложение SolarMaster Control. Устройство автоматически подключится к программе. Если приложение было запущено до подключения контроллера заряда к ПК, нажмите кнопку «Подключить» в окне SolarMaster Control программы. Если программа выдает сообщение: «Устройство SolarMaster не подключено к этому компьютеру либо порт занят другой программой», нужно убедиться в подключении устройства к ПК, проверить исправность соединительного кабеля, попробовать подключить контроллер заряда к другому USB разъему ПК. Если контроллер не опрашивается после проверки выше указанных моментов, свяжитесь с техподдержкой (см. раздел «Контакты»).

При успешном подключении устройства программа начнет отображать данные измерений на мнемосхеме зарядного устройства (вкладка «Мнемосхема ЗУ», см. рисунок). На мнемосхеме схематически изображено подключение солнечной панели, АКБ и нагрузки к контроллеру заряда SolarMaster, а также измеряемые устройством значения контролируемых параметров.

Обозначения на рисунке (пояснения к мнемосхеме программы):

Бегущими стрелочками на мнемосхеме представлен заряд АКБ и/или разряд на нагрузку.

Настройка параметров заряда АКБ осуществляется на вкладке «Конфигурирование ЗУ». На вкладке «Быстрая настройка для свинцово-кислотных АКБ» нужно выбрать номинальное напряжение АКБ (12/24В), емкость в А-ч, тип аккумулятора (абсорбированный, гелевый, заливной), а также режим эксплуатации АКБ (максимальная емкость либо максимальный срок службы). При выборе максимального срока службы параметры цикла заряда/разряда будут ниже предельно-допустимых для заданного типа аккумуляторов. В случае, когда необходимо максимальное использование емкости, будут записаны предельно-допустимые параметры эксплуатации АКБ.

После выбора настроек нажмите кнопку «Применить». В зависимости от выбранных вами настроек в контроллер заряда будет записан набор установок (зарядный ток, напряжение начала и окончания заряда и т.д.), которые приведены на вкладке  «Подробная настройка зарядного устройства». На вкладке «Подробная настройка зарядного устройства» вы можете вручную откорректировать параметры заряда АКБ (в соответствующем поле введите требуемое значение параметра и нажмите кнопку «Записать»).

Параметры заряда аккумулятора выбираются только исходя из технических характеристик используемых АКБ. Не записывайте произвольные значения, не соответствующие рекомендуемым для заданного типа аккумуляторов, в устройство. Некорректные параметры заряда и разряда приведут к быстрому невосстановимому разрушению электродов АКБ. Строго следуйте технической документации на аккумулятор.

Рекомендации по выбору параметров управления зарядом и разрядом АКБ

Напряжение окончания заряда задается с целью недопущения недозаряда и перезаряда аккумулятора. Если напряжение на АКБ выше предельно-допустимого значения, начинается интенсивный электролиз электролита и ускоряется коррозия решеток положительных пластин, что приводит к уменьшению срока службы аккумулятора. Недозаряд сопровождается деградацией активного материала отрицательных пластин и также сокращает срок службы АКБ.  Напряжение окончания заряда определяется следующим образом:

Напряжение окончания заряда = Напряжение циклического заряда элемента x Кол-во элементов

Для свинцово-кислотных аккумуляторов напряжение циклического заряда лежит в диапазоне 2,35 … 2,45 В/эл. В англоязычной документации данный параметр указан как Recommended charge voltage. Для AGM свинцово-кислотных аккумуляторов напряжение окончания составляет 2,4 x 6 = 14,4В. 

Напряжение начала заряда обычно выбирается на 0,5В меньше, чем напряжение поддержания заряда (напряжение постоянного подзаряда при капельном методе).

К примеру, если напряжение поддержания заряда составляет 13,6В (типично для свинцово-кислотных аккумуляторов), то напряжение начала заряда: 13,6В – 0,5В = 13,1В.

Максимальный ток заряда должен быть ограничен на уровне 0,1 x Емкость АКБ (в А ч) – 10% от номинальной емкости аккумулятора.

Глубокий разряд АКБ приводит к необратимой сульфатации пластин, росту внутреннего сопротивления (и как, следствие, значительному снижению емкости), внутреннему короткому замыканию и досрочному выходу из строя. С целью предотвращения глубокого разряда АКБ необходимо задать напряжение отключения нагрузки, которое определяется следующим образом:

Напряжение отключения нагрузки (В) = Конечное напряжение (В/эл) x Кол-во ячеек.

Конечное напряжение обычно приводится в технической документации на весь ряд АКБ производителя в величине, приведенной на один элемент (ячейку) АКБ. Количество последовательно соединенных элементов задается для конкретного типа аккумуляторов. В англоязычной документации данный параметр указан как cut-off voltage,  absolute minimum discharge voltage в единицах измерения Vpc (Voltage per cell). Например, для AGM аккумулятора SBS30 производства Enersys конечное напряжение составляет 1.80 В/эл, в АКБ входит 6 элементов. Напряжение отключения нагрузки в этом случае составляет 1,80 В/эл x 6 эл.= 10,8 В.   

Напряжение включения выбирается исходя из типа АКБ и мощности нагрузки. Необходимо убедиться, что при выбранном значении напряжения включения аккумулятор заряжен достаточно для питания нагрузки. В противном случае подключение нагрузки «просадит» напряжение АКБ, и нагрузка будет отключена контроллером.

Вследствие наличия выраженной температурной зависимости активности электрохимических процессов при работе АКБ, необходимо производить термокомпенсацию параметров заряда. Все параметры работы АКБ на вкладке «Подробная настройка зарядного устройства» задаются для номинальной температуры 25⁰С! Поскольку зачастую эксплуатация аккумуляторов проводится при температуре, отличной от номинального значения, необходимо задавать коэффициент температурной коррекции. В некоторых случаях в технической документации коэффициент термокомпенсации не указывается. В этом случае обычно присутствует таблица с рекомендуемыми параметрами для ряда температур; рассчитайте коэффициент, согласно следующему выражению:

Коэффициент ТК = (Напряжение заряда (Т₁) – Напряжение заряда (Т₂)) / (Т₁  - Т₂)/ Напряжение заряда (Т₁),

где  Т₁ и Т₂ – значения температур, при которых заданы напряжения заряда АКБ.

Параметры заряда для кислотного AGM аккумулятора и литий-железо-фосфатного аккумулятора LFP

Собственно говоря, на этом описание работы контроллера заряда АКБ в режиме зарядного устройства закругляем.  Про режим стабилизированного источника питания читаем дальше.