Vytěžování přímo z baterie 60V

[Kostěj]

Už nějaký čas provozuji FVE poloostrov a bojoval jsem s vytěžováním, zejména v přechodném období, kdy už slunce dost svítí a každý kW tepla je vítán. Pokoušel jsem se to řešit přímotopy na 230V, to ale omezovalo chod domácnosti - pokud běžely přímotopy nad 3kW, pračka či myčka už spolehlivě shodily měnič 5kW. I nad 1kW se při běžící myčce/pračce muselo hlídat případné zapnutí rychlovarky - záleželo v které části cyklu pračka/myčka byly. Bylo to funkční, ale na nervy.
Rozhodl jsem se vytěžovat přímo z baterie, v mém případě na 60V.
Jako topná tělesa jsem zakoupil dvě suchá topná tělesa nadeta.cz 230V/3kW/10 článků (hodně podražili, tehdy ještě 460Kč/ks). Jsou vnitřně zapojeny jako 2x1500W/230V. Rozebral jsem je, zkrátil na 7 článků (nevešly by se) a znovu namotal jako 6x60V/400W. Cílem bylo příliš nepřekročit původní proud topným drátem a ani výkon na jednotku délky topného tělesa. Na koncovém keramickém tělese není místo pro dostatek vývodů a šroubů zároveň, je tam jen 6 otvorů, takže jsou spirály spojeny po dvou paralelně, vytaženo jen 6 vývodů od tří dvojitých spirál a připojeny pomocí masivní čokolády (zatím bakelit, ale plánuji keramiku).
Délku topného drátu jsem zjistil měřením, na celý rozmotaný topný drát jsem připojil zdroj 12V, měřil proud obvodem a pomocí voltmetru našel délku drátu, kde napětí dávalo odpor drátu 9 Ohm (a přidal kousek na vývody). Přemotání se dá stihnout za dva večery.
Dvě tělesa jsem zvolil i proto, že v mé akumulační nádobě Nado750 je TPK 210 pro tři topná tělesa (jedno zůstává jako rezerva).
Spínání topných těles je pomocí Mosfetů, vybraných na co nejnižší odpor v sepnutém stavu. Odpory a kondenzátory v obvodech buzení a spínání jsou výsledkem ladění průběhů osciloskopem. Příliš rychlé spínání generovalo velké až nebezpečné překmity napětí D-S, u pomalého zase hrozilo nebezpečí opuštění bezpečného prostoru v zátěžovém diagramu tranzistoru (viz obrázek).
Řízení je svěřeno mikropočítači ESP32. Program je velmi jednoduchý, každých 5 sekund se spouští smyčka, která odměří napětí na baterce, pokud je napětí větší než 3100, sepne další topné těleso, pokud je napětí menší než 2900, odepne další topné těleso. Pokud je teplota nad 60°C, již se netopí. Proud baterkou je sice měřen, ale zatím to není využito, regulace jen podle napětí se ukázala jako vyhovující. V budoucnu chci měřit i teplotu v obýváku a podle teploty v nádrži a v obýváku spínat oběhové čerpadlo. Programuje junior, ale jednoduché úpravy už zvládám i já.
Řídící obvody a ESP32 jsou na nepájivém kontaktním poli, Mosfety jsou izolovaně na společném malém chladiči 8x10 cm (ale nehřeje se to vůbec). Dva odpory, kondenzátor a zenerka jsou napájeny přímo na vývody tranzistorů (samonosné vrabčí hnízdo), ale je to přehledné a snadno opravitelné. Přívody k topnému tělesu jsou zdvojený kablík 1.5mm, od baterky k mosfetům drát 4mm, společný mínus je starý kabel 4x1.5x4. Celková délka od baterie k tělesům je asi 4m.
V provozu je to měsíc a funguje to velmi dobře. Co rozhodně přidám je rozpínací tlačítko na přívodu 15V do optočlenů (jedno společné), aby šlo snadno sepnuté těleso vypnout - prostě abych mohl jistič na tělese shodit v bezproudovém stavu - těch 60V je pro tento typ jističe krajní hranice.

[snedar]

Krásná práce. Také řeším něco podobného. Řízení pomocí tinicontroleru - ten monitoruje celou elektrárnu. Jednu spirálu chci spínat plynule pomocí pwm a zabudovaného PID regulátoru. Zbylé pouze připínat dle napětí na baterii- také pomocí mosfetů. Tak snad se mi to povede také dotáhnout do zdárného konce.

[xhorak]

PWM nevim no, tohle me dela nabijeni emotorky (cervena zatizeni stridace):

a mppt (zeleny) z toho neni moc nadseny. Prubeh je pri plne nabite baterii. Pri konstantni zatezi by tu 1kW v pohode panely dodaly.

[Kostěj]

Rekapitulace po čtvrt roce + obrázky. Na jaře jsem sice vytěžování zprovoznil (viz předchozí příspěvek), ale pouze se třemi spirálami v prvním tělese. Přes léto byl elektřiny přebytek a teplé vody dost z fototermiky, tak nebyl tlak na dokončení. Teď na podzim je už každý watt dobrý, tak jsem přemotal i druhé těleso a zapojil ho. Pokud bylo zapnuto všech 6 spirál (cca 4.5 kW), byl už chladič s ssr docela teplý, tak jsem chladič zdvojil.
K obrázkům: Obr. ampérmetr/wattmetr, ta velká čísla udávají sepnuté spirály, menší ampéry a kW. Nekalibrováno, orientačně to ale sedí. Ručka je trochu rozmazaná, zrovna vypla šestá spirála. Obr. topných spirál: Připojení topných spirál je pomocí zdvojených 1.5mm vodičů, kvůli vyšší teplotě je posledních cca 10cm pájený přechod na drát 4mm izolovaný smršťovačkou. Připojení dolní spirály ještě čeká na předělání. Bílý kablík je čidlo teploty. Obr. ssr: V pravo nahoře eth kablíkem jdou spínací napětí pro jednotlivá ssr a vrací se úbytek napětí na záporném pólu pro wattmetr. Pod tím je můstek se záporným pólem a v pravo dole přívod 60V od jističů, ty pokračují do spirál. Ze spirál se vrací do čokolády vlevo dole, odtud jde 60V do mosfetů na chladiči.
Obr. ESP: v pravo jsou žluté led na výstupu ESP=vstupu oddělovačů (3.3V), vlevo červené LED na 15V na výstupu oddělovačů. Použity jsou jen první tři IO, ty další tři jsou rezerva. Na obrázku je sepnuto 5 spirál, při fotce wattmetru bylo ještě sepnuto všech 6. Programovací kablík je připojen trvale, je uprostřed přišroubován, aby nebyl USB konektor na ESP namáhán. Dole svítí LED modulu převodníku napětí 15V/5V.
Regulace spínání spirál zůstala pověšená na napětí a vše funguje k naprosté spokojenosti. Pokud by do baterek tekl velký proud, zvedne se i napětí na baterkách a vytěžování sepne, tím se i omezuje nabíjecí proud - 12x650W by teoreticky mohlo dávat i 130A.

[unicast]

Jak je to hezky vymyšlené, tak z toho provedení mi běhá mráz po zádech

[kodl69]

jenom kontrolně, jak máš zajištěný havarijní odpojení při přehřátí boiler, tj havarijní termostat? Vypadá, že nijak...
Už jsem viděl barák (ubytovnu) kde bouchl 2000l boiler o vánocích, protože nebyl odběr, termostat překlemovanej, havarijní taky a přetlakovej ventil zarostlej vodním kamenem. Na baráku nebylo moc co spravovat, a to byl původně z panelů.

[stano22]

kodl69: Staci, ako je vyvod robeny z PPR

[PetrDubi]

Jo, vymyšlené je to pěkně.
Jak tam ma řešený termostat taky netuším.
Ale já osobně bych to nenechával na tom nepájivém poli (jenom maximálně na odzkoušení), protože to není moc spolehlivý a určitě bych to hodil co nejdřív na nějaký univerzální plošňák nebo alespoň na patici pro ESP se svorkovnicí.

[Keraj]

Termostat provozní a havarijní jsou v každém bojleru ...
když přes kontakt provozního termostatu bude mít zapojen vodič snímající napětí baterie a přes havarijní třeba napájení toho ESP ... tak mu to při přetopení zdechne a je to... proud tam bude pár miliampér ...

[glottis]

a kdyz se prorazi ten triak nebo mosfet do zkratu tak zdechne co/kdo?

[pibi]

Pod tím je můstek se záporným pólem a v pravo dole přívod 60V od jističů, ty pokračují do spirál. Ze spirál se vrací do čokolády vlevo dole, odtud jde 60V do mosfetů na chladiči.

To máš DIY mosfetové spínače? Můžeš zveřejnit schéma? Chtěl bych spínat 3x700W (3x13A DC). Havarijní ochranu chci řešit předřazeným stykačem napájeným přes havarijní termostat.

[Kostěj]

Rekapitulace po roce a půl.
Řízení vytěžování podle napětí celé baterie se časem ukázalo jako nedokonalé. Protože není známo napětí jednotlivých článků, byla hranice vytěžování nastavena konzervativně (nízko), jenže pak zbylo večer v baterii málo energie a baterka nevydržela přes noc (přesněji kombinaci junior + herní počítač). Asi před půl rokem jsme připojili k ESP32 přes UART oddělovač JBD-BMS a každých 9 vteřin si ESP32 vyčítá napětí každého článku. Vytěžování připne další stupeň zátěže, pokud je napětí nejvyššího článku nad 3.375V a odepne jeden stupeň, pokud napětí nejvyššího článku klesne pod 3.335V. Ta diference 40mV byla zjištěna experimentálně, aby se regulace nerozkmitala.
Pokud by vyčtení z BMS selhalo, algoritmus se přepne na původní vytěžování podle celkového napětí (a začne blikat výstražná LED). Tohle se chová podstatně lépe, baterie je večer plnější a jako bonus přibyla možnost zobrazit v ESP32 web, kde je m.j. vidět pro každý článek aktuální, minimální a maximální napětí od rebootu ESP.
Březnové počasí ukázalo, že by se hodila ještě třetí trojice spirál 60V/800W, aby nic nezůstávalo na střeše; zatím to řeším přímotopem 2kW/23OV. Přehřátí aku nádoby 750 l nehrozí, teplo z ní se průběžně pouští do radiátorů, a i pokud se teplo šetří na večer, nebylo na teploměru víc než 65°C.
Jedno negativum: Během laborování se mi podařilo odpálit jeden spínací tranzistor, protože jsem na spínací pin omylem přesměroval UART komunikaci a to rychlé spínání tranzistor nepřežil.
Pozitivum: Přestože elektřina nejde přes tepelné čerpadlo, tak se v březnu topilo jen ve třech dnech, zbylé dny topilo sluníčko. V předfotovoltaické době jsme v některých letech topili i na začátku května.

[Kostěj]

Aktualizace:
Vytěžování FVE na 60V se dále vyvíjí, tu připomínku na amatérské HW provední beru. Původní schéma bylo ještě trochu upraveno a momentálně je navržena deska s plošnými spoji, viz přílohy. Deska neobsahuje ESP32 (jen patici 30 pin pro ESP32 Devkit V1), ale jsou na ní oba potřebné zdroje napětí 60/15V a 15/5V, dva UART oddělovače a tři dvojité oddělovače pro výkonové spínače. Výkonové spínače zůstávají na samostatném chladiči u akumulační nádoby (schéma těchto spínačů je v příloze k mému prvnímu příspěvku v tomto vlákně). Tento měsíc proběhlo připojení druhé baterie, obě mají JBD-BMS připojené přes UART. Program v ESP32 vyčítá pravidelně napětí každého článku a proudy protékající BMS, vytěžování je spínáno na základě napětí nejvyššího článku. Hodnoty napětí, proudu, balancování, teploty a sepnutí vytěžování posílá ESP do Grafany (ta běží u juniora).
Desky si nechám vyrobit v minimálním počtu 5 ks, dvě desky si nechám rovnou osadit. Pokud by měl někdo zájem o tento výtvor, mohu nechat osadit desek více, případného zájemce prosím o SZ (do dvou dnů). Cena osazené desky vychází asi na 45 USD, případný program do ESP zdarma, úpravy dle dohody. Junior bude vyrábět na 3D tiskárně kryt s popiskama, průhledama pro LED a pro tlačítka, takže v případě zájmu k tomu budou jak 3D data, tak i krabička.
Jakékoliv nápady na delší vylepšení vítány.
Varování: Na bastl desce to úspěšně běží od začátku. Přestože jsem vše několikrát kontroloval, chyby na DPS jsou možné. Takže bez záruky, nicméně já to rozchodím v každém případě.

[Kostěj]

Ještě schema:

[Radar]

Vytěžování pěkné... Nicméně jak velký rozptyl článků akceptuješ a případně jak často cíleně balancuješ?

[Mex]

To U7815 je opravdu klasický obvod typu 7815, nebo je to nějaký spinačákový substitut?

Pokud je to fakt lineární stabilizátor, tak jsi asi jednak překročil jeho mezní vstupní napětí.
Ale hlavně pak bys možná mohl použít k vytěžování jen ten rozžhavený 7815, který bude při tak velkém rozdílu napětí topit jako hrom.

A do těch optronů opravdu cpeš výstup procesoru přes LEDky bez jakéhokoli dalšího proudového omezení?

Nahoře máš pro výstup s úrovní 3.3V u zelené LED omezovací odpor 27k, což už je celkem dost (i když supersvítivka bude ještě pořád svítit docela dobře).
Dole máš naopak u 15V omezovací odpor 15k, taky u zelené LED. Takže minimálně bude každá svítit úplně jinak.

[Kostěj]

V BMS mám nastaveno balancování nad 3.380 (nové aku) a 3.370 (staré aku) a diff nad 10 mV. Za poslední měsíc jsem dvakrát balancoval navíc ručně, z jednoho článku jednou odebral cca 7Ah (autožárovka 55W) a podruhé dodal 5Ah (zdroj 2.5A). To vždy, když se buďto nabilo a článek "vystřelil", nebo se spotřebovalo vše a jeden článek se propadl. Ale to bylo ještě před připojením druhého packu, teď se to chová lépe.

[Kostěj]

Ne, to je modul 7815-500, vstup max. 72V, výstup 15V/500mA, není to klasický lineární stabilizátor.
Optrony by to měly zvládnout, kontroloval jsem výstupní proud ESP, signální LED něco sebere, mělo by to být v pohodě.
Na ty ledky mrknu,díky, dlouhý a postupný vývoj, bylo toho hodně.
Edit: Aha, ta LED u toho ESP32 bliká, 0.5s, pokud není info z BMS, 2s pokud obě BMS odpovídají. To blikání je hodně výrazné oproti trvalému svitu, je to tak schválně.

[unicast]

https://www.alldatasheet.com/datasheet- ... 5-500.html

Wow, původně jsem si myslel, že to je klasický lineární přímotop 78xx a ono to vypadá, že z něj skutečně udělali DC DC step down měnič s vnitřní frekvencí cca 350 kHz a účinností 96 %. Inu, člověk se pořád učí.

[Whoat]

Jen pro úplnost: JETEKPS U7815-500 https://www.lcsc.com/product-detail/C5199051.html
Ten od Pairui má max vstupní napětí 32 V.