Ostrov na lodi - vlastni regulator a power manager

[RadekCX]

Zdravim,

pred lety jsem se zde mihnul a vyptaval se na to co vam chybi na prodavanych reglech. V te dobe jsem provozoval (vlastne stale bezi http://www.cncnet.info/solar/index2.php ) maly testovaci regl s 20Wp panelem na okne. Bezi jen s malyma prestavkama samostatne skoro 4 roky.

Momentalne se chystam spustit na vodu kajutovou lod a proto jsem cely projekt dotahl do finalni podoby - respektive plne funkcniho prototypu (jsou tam jeste drobne chyby na dps):
http://www.cncnet.info/galery/mppt/MPPT ... 215149.jpg

regl je plne nastavitelny viz parametry:

rv_w[rGen_off].r0 := 1; //defaultne menic rozbiham
rv_w[rIsolmax].r0 := 1500; //maximalni proud z panelu - mA
rv_w[rOffsetMppt].r0 := 500; //OffsetMppt - mV offset regulace mppt - EEPROM E-F
rv_w[rUchargOn].r0 := 11000; //UchargOn - mV napeti pri kterem zapinam dobijeni - EEPROM 12-13
rv_w[rUchargOff].r0 := 14200; //UchargOff - mV napeti pri kterem vypinam dobijeni - EEPROM 14-15
rv_w[rUzatezOn].r0 := 12000; //UzatezOn - mV napeti pri kterem zapinam zatez - EEPROM 16-17
rv_w[rUzatezOff].r0 := 10800; //UzatezOff - mV napeti pri kterem vypinam zatez - EEPROM 18-19
rv_w[rUpanic].r0 := 457; //Upanic - napeti pri kterem se vse zastavi - bitove rozliseni - EEPROM 20-21
rv_w[rTMR0H].r0 := 146;
rv_w[rTMR0L].r0 := 32;
rv_w[rDifSolBat].r0 := 700; //DifSolBat - mV rozdil mezi panelem a baterii pro start menice - EEPROM 10-11
rv_w[rUtopeniOn].r0 := 13650; //UtopeniOn - mV napeti pri kterem zapinam externi zatez - EEPROM 1A-1B
rv_w[rUtopeniOff].r0 := 13600; //UtopeniOff - mV napeti pri kterem vypinam externi zatez - EEPROM 1C-1D
rv_w[rUnoc].r0 := 1000; //mV napeti na vstupu znamenajici noc - EEPROM 2E-2F
rv_w[rUden].r0 := 6000; //mV napeti na vstupu znamenajici den - EEPROM 30-31

rv_w[rIsol_zero].r0 := 3373; //hodnota prevodniku pri Isol=0 krat 32 - bitove rozliseni - EEPROM 22-23
rv_w[rIbat_zero].r0 := 16449; //hodnota prevodniku pri Ibat=0 krat 32 - bitove rozliseni - EEPROM 24-25
rv_w[rAD_Isol].r0 := 350; //kalibracni konstanta 10 230 000 /20 000mA = 511,5
rv_w[rAD_Usol].r0 := 186; //kalibracni konstanta 10 230 000 /55 000mV = 186
rv_w[rAD_Ubat].r0 := 186; //kalibracni konstanta 10 230 000 /55 000mV = 186
rv_w[rAD_Ibat].r0 := 90; //kalibracni konstanta 10 230 000 /100 000mA = 102,3

rv_w[rUbatmax].r0 := 13800; //aktualni nastaveni konecneho dobijeciho napeti
rv_w[RunDay].r0 := 0; //pocet dnu od zapnuti}
rv_w[rCfgEEPROM].r0 := 16;
rv_w[rDataEEPROM].r0 := 512;
rv_w[rIBatMax].r0 := 3000; //mA maximalni nabijeci proud
rv_w[rChargTime].r0 := 60; //maximalni doba nabijeni minutove tiky ( 60 odpovida 60 minutam)
rv_w[rSendRS].r0 := 0; //vypnuty vypis

obsahuje i takove parametry, ktere definuji i takove veci jako je omezeni maximalniho nabijeciho proudu do baterii a nebo naopak omezeni maximalniho proudu ze solaru, regl si umi i sam zapnout dobijeni baterii ze site pokud je k dispozici a umi take dulezitou vec a to prepoustet prebytecny vykon do dalsi vetve - tedy pokud dosahne baterie nastaveneho napeti tak zacne poustet proud (plynule) treba do bojleru tak, aby trvale vytezoval solarni panely na maximum

celej regl je zaroven power manager celeho ostrova - tedy veskera spotreba ostrova jde z baterii krz regl a regl solarem vyvazuje celou distribuci energie.

regl ma vystup na pripadne rizeni po lince RS485 a konfigurace je v soucasnosti pres PC pomoci terminalu:
http://www.cncnet.info/galery/mppt/MPPT2/parametry.gif

tyto se ukladaji do procesoru a veskere parametry jsou v takzvane provozni bance a konfiguracni bance - zmeny delate jen do konfiguracni a nasledne je mozne jednim prikazem prepsat hodnoty z konfiguracni do provozni:
http://www.cncnet.info/galery/mppt/MPPT2/parametry.gif

regl samozrejme eviduje veskere provozni parametry a vypisuje je v cca 1s intervalu:
http://www.cncnet.info/galery/mppt/MPPT2/vypis2.gif
napeti panelu mV, proud panelu mA, vykon panelu uW, energie z panelu Wh, napeti baterie mV, proud z baterie +-mA, vykon baterie uW (podle smeru proudu), dobita energie do baterie Wh, odebrana energie z baterie Wh, nabita energie z nabijece, smer regulace, PWM menice, PWM topeni a pocet dni v provozu

to jsou jen zakladni veci - regl toho eviduje samozrejme jeste mnohem vic

momentalne je na to pripojeny panel 140Wp co bude casem se uvidi:
http://www.cncnet.info/galery/Atlantis/ ... _55_24.jpg

parametry na strane baterii - rozsah 7-55V a proud +-50A
na strane solaru - napeti 75V, proud teroeticky 20A - nicmene maximalni vykon menice nejsem schopny odhadnout - je nutne provest testy a laborace - nicmene 80W jen na stole v dilne bez jakehokoli chlazeni to dalo v pohode - pocitam 300W ze by byl dobry zaklad pro navyseni

[kodl69]

Tak tohle by mě dost zajímalo, díval jsem se na vývoj mppt regulátoru s arduinem, ale tam se jaksi neřeší víc než 12V systém, já bych rád něco na amorfní panely a 48V systém, výkonovou část jsem asi schopen i navrhnout jak bude potřeba.

[RadekCX]

ahoj, co si mam predstavit "výkonovou část jsem asi schopen i navrhnout jak bude potřeba." ?

P.S. jinak se omlouvam za zalozeni do blbeho fora - vsiml jsem si az ted, ze je extra katagorie MOBILNI ostrovy

[mobilik]

Podla mna si mas predstavit to ze je ti ochotny pomoct ak treba.

Inak zaujimavy projekt. Ono by sa hodilo vymysliet nieco take ale z vyssim napatim na vstupe. Vedel by som si predstavit regulator zo vstupnym napatim aspon 300V. Takych je velmi malo, alebo su drahe. Na druhej strane chapem ze tento projekt je na lod kde tolko panelov nehrozi, ale aj tak ma len tak napadlo ze by to nebolo zle.

[Toul]

Ahoj, kdy budeš přijímat první objednávky?:-)

[RadekCX]

Podla mna si mas predstavit to ze je ti ochotny pomoct ak treba.

Inak zaujimavy projekt. Ono by sa hodilo vymysliet nieco take ale z vyssim napatim na vstupe. Vedel by som si predstavit regulator zo vstupnym napatim aspon 300V. Takych je velmi malo, alebo su drahe. Na druhej strane chapem ze tento projekt je na lod kde tolko panelov nehrozi, ale aj tak ma len tak napadlo ze by to nebolo zle.

No ja se nejake spolupraci nebranim, ale na druhou stranu s tim nemam moc dobre zkusenosti. Nicmene pravdou je, ze ja jsem spis programator a obvodar spis digi nez anolog. Takze pokud by byl nekdo sikovnej a mel vyslovene praxi se spinanyma zdrojema tak to jen uvitam. Momentalne tam mam osazenej klasickej synchronni step-down menic, kterej ma svoje limity vykonove a take neni galvanicky oddeleny.

Co se tyka vyssiho vstupniho napeti - driver ktery cvici s mosfetama umi az 600V takze je to jen o mosfetech jake maji Uds a pripadne zmene delicu kvuli mereni napeti - snimace proudu jsou uz ted galvanicky oddelene do 3kV. Nicmene jak jsem psal vyse tak nemam predstavu kolik se da protlacit pres step-down menic vykonu (proste od jiste hranice vykonu to nefunguje) - pokud bych bral treba tech 300W tak pri 300V na vstupu je to jen 1A proud - navic pri 300V na vstupu by vychazela uz jinak strida a pri tomhle napeti by to neslo niz nez treba do 36V v baterkach (i tak je to 1:10 - muselo by se to spocitat)- nevim jestli to ma smysl. A dalsi vec je, ze ja mam zivnostak jen na zarizeni do 75V DC. Na druhou stranu do navodu to napsat muzu, ze maximalne 75V.

[RadekCX]

jinak zde je videt jak se prevadi vykon do te topne vetve - baterie je nabita na koncove napeti a tak se do ni pousti jen takovy proud aby na tom napeti drzela a veskery zbytkovy vykon se presouva do topne vetve (zapojene dve 20W autozarovky) - v realu je krasne videt jak baterie stale drzi na nastavene hodnote a zarovky se rozsvicuji a pohasinaji podle toho jak kolisa vykon panelu

[RadekCX]

Ahoj, kdy budeš přijímat první objednávky?:-)

zatim je to jeste predcasne - nemam ani kalkulaci kolik to stoji na soucastkach - dalsi vec je, ze seriova vyroba zere neskutecne casu - uz jsem jeden takovej projekt delal a je problem nekoho sehnat na osazovani a nakonec jsem se jeste dockal plagiatu - okopirovali to i s plosnakem

no uvidime

navic mam momentalne problem kde to testovat - mam byt na sever a nehrozi ze bych nekam mohl dat nejake panely se slusnym vykonem

mam jeste jednu desku - mohl bych ji osadit a nekomu idelne v okoli CB pujcit a idelane aby mel i internet - pripojil bych to na svuj server a monitoroval bych to na dalku

[kodl69]

S tou výkonovou částí jsem to myslel tak, že když budu mít nějaké info o kmitočtu na kterém jede step-down, tak jsem si schopen navrhnout a odladit tlumivku a jaký fety tam dát, buzení fetů a příp. nějaký RC členy pro ochranu fetů, nějaký zdroje už jsem tvořil a osciloskop jako základní vybavení mám...
Pro vyšší výkony by bylo samozřejmě potřeba udělat vícefázový step down, aby nemusely být tolik namáhaný elektrolyty jak před tak za regulátorem, ale to už jsme u zařízení na 1kW a víc, to asi nemá cenu vytvářet, ono by to nakonec asi stálo stejně jako všechny ostatní profi výrobky.

[RadekCX]

no tak stepdown jak jsem psal tam je (navic synchronni), je spocitany, tlumivka je tam take slusna 30A z zelezoprachovym jadrem - zatim se chova vse korektne - otazkou je jen to kdy (pri jakem vykonu) se zacne chovat nemravne a to nemusi vubec treba souviset s hodnotami soucastek, ale treba jen s navrhem plosneho spoje - je treba si uvedomit, ze pri proudech v radech desitek A konci legrace a kdejaka cesticka na plosnaku, ktera se muze zdat nepodstatna muze delat straslive brikule

jedina rozumna cesta jak zvysit vykon je fullbridge push-pull converter - coz by treba nemusel byt takovy problem - jediny zadrhel vidim v tom, kde brat vhodne transformatory - proto jsem psal, ze by to musel byt nekdo kdo je v tom zbehly a vi kam na ne a to v radove kusovem mnozstvi - co se tyka ceny nevidim v tom zase takove navyseni - otazkou pak je treba otazka ztrat pri usmerneni - v prvni verzi reglu jsem to mel pres diody a i kdyz byly docela mocne (a drahe) tak se dost hraly (nakonec jsem je SW preklenoval rele pri vykonech nad 12W) - ted je tam osazena MOSFET dioda, ktera vse elegantne vyresila, ale ta se neda pouzit pri mustkovem usmerneni - respektive je to strasnej opruz

[kodl69]

Co jsem se díval do různejch MPPT regulátorů (midnite, epsolar) tak vždy je to synchronní step down, midnite dvoufázový, http://www.powerguru.org/multiphase-buck-converters/ epsolar nevím. A midnite je do 250V na vstupu v nejvyšší variantě. Takže proč fulbridge a usměrňovač, když není potřeba galvanický oddělení? V Midnite jsou dvě tlumivky vinutý páskem a celkem les FET tranzistorů. Mě spíš napadlo použít nějakej IO http://www.ti.com/tool/pmp7876 pro řízení vícefáz. stepdown a ten teprve "oblbovat" pomocí procesoru, ale na vývoj nějak nezbývá čas. Tohle řešení by mělo výhodu, že kompletní ochranu nadproud, podpětí, časování spínání atd by dělal specializovaný io a procesor by jenom určil, na jaký napětí se má regulovat (jak na panelu, tak na baterii)

[RadekCX]

Ja se priznam, ze mi ceny MPPT menicu prijdou tak scifi, ze jsem ani chvili neuvazoval o tom, ze bych nejaky kupoval a tim spis jsem ani nemel moc cas nekde shanet jak jsou udelane - respektive me prace na rekonstrukci lodi tak vytezuje, ze nebyla ani nalada. A ono je nekdy lepsi pristupovat ke konstrukci bez predsudku. Pokud je to tak ja pises tak se mozna zbytecne drzim pri zemi - uvidime az to nekde poradne zatizim.

No co se tyka specializovanych obvodu jsem velky skeptik - jednak bejva velmi velky problem to uchodit a velmi rado to hori kvuli blbym navrhum DPS a dalsi vec je, ze proste nikdy nedosahnes na rozsahy vykonu, ktere jsou treba a neda se to vetsinou priohnout. Dalsi vec je blba dostupnost a kdovijaka jistota, ze se to bude vyrabet. Takze spis naopak budou cim dal lepsi mosfety tak staci jen menit za lepsi - uz ted je to spis kompromis, ze se mi tam nechce osazovat do menice zatim MOSFET za 75Kc, ktery je naprosto brutalni a holt tam strihnu zatim ten za 30Kc viz http://www.tme.eu/cz/katalog/#cleanPara ... rch=IRFB77
samozrejme pokud se ukaze ze to nehori a limitem jsou treba parametry mosfetu tak je tam samozrejme dam

Ja ted delam kontrolu MPPT 16x za sekundu a mezitim 32x stihnu zmerit napeti panelu, baterii a i oba proudy. Procesor jede na 64MHz a bez problemu to stiha. Momentalne jen resim to, ze bych chtel zvednout frekvenci PWM a nechci jit dolu s 10b rozlisenim a bohuzel mi to trochu nevychazi s HW PWM v procesoru - chtelo by to paradoxne snizit taktovani MCU a tak musim prepocitat zda se to stihne i treba pri 32MHz.

[kodl69]

Třeba Midnite kontroluje mppt jednou za dvě minuty (default), ale tak, že projede celou křivku (poměrně pomalu, aby to moc neovlivnily elektrolyty na vstupu), protože při částečným zastínění může být dvouhrbá nebo ještě více, mezi tím asi jenom drží napětí na panelech - klasika vyhledávání maxima postupnými kroky se může chytit na tom nesprávným nižším maximu. Ale to je jenom o sw, pokud je to na dva, tři panely, tak asi netřeba řešit, ale 6x3 panely už asi jo, a to nemusí být v každým stringu jinej počet panelů, jak má Abrams. Na jakým kmitočtu ti to jede?

[RadekCX]

ja nic neprojizdim - ten algoritmus je trochu divokej a dal dost prace to odladit a ma jeste trosku musky (ladim to ted na to vetsim panelu) je to videt na grafech jak to pracuje:

http://www.cncnet.info/solar/index2.php prvni graf vykon panelu, druhej napeti panelu a treti nastaveni PWM (modrej graf) - dneska to skoda neni moc rozkolisany - jinak tenhle odkaz ukazuje ukazuje jen aktivni cast dne

resit vic maxim nemusim - chapu, ze pri cene 6kKc za regl je to nanic, ale - rad bych aby cena byla takova, ze si radeji poridim na kazdou sekci samostatny menic

ono asi takto - na mobilni ostrov je treba aby to fakt bylo komplexni reseni - veskery powermanagement v jednom zarizeni - respektive je mi to zatim prijemnejsi i kvuli dratovani - mam tam x zdroju energie - solar, elektrocentrala, diesel v lodi, externi nabijec z pripojky na zemi a musi se to nejak ukocirovat

nicmene dovedu si predstavit oddelene reseni - kdy budou moduly menicu s MPPT - jen vstup a vystup - pak by byla hlavni management jednotka, ktera by resila to co s energii z tech menicu a bylo by jedno zda je to solarni menic nebo vetrnikovej menic - povidat si muzou klidne po te RS485

ted momentalne to bezi na 16kHz - jen proto, ze to proste nevychazi pri tech 64MHz - pokud bych sel na 32MHz mohl bych jit na 32kHz pri 10b PWM - chci se dostat na nejakych 70kHz coz asi pujde pri 9b a 32MHz
neni samozrejme problem cele rizeni zpomalit a pak lze treba 150kHz pri 10b - musim to spocitat, ale asi se na to dostanu az prestanu mit ruce zaborene v lodi a zacne zima

[tomas]

Co jsem se díval do různejch MPPT regulátorů (midnite, epsolar) tak vždy je to synchronní step down, midnite dvoufázový, http://www.powerguru.org/multiphase-buck-converters/ epsolar nevím. A midnite je do 250V na vstupu v nejvyšší variantě. Takže proč fulbridge a usměrňovač, když není potřeba galvanický oddělení?

Studer VS-120, 7kW, 2 x 600V nebo 1 x 900V, účinnost >98%
http://www.studer-innotec.com/en/produc ... ng-series/
bude zřejmě s trafem, protože má galvanické oddělení a tedy zřejmě fulbridge. Jen je škoda že na straně akumulátorů končí u 48V a nemají verzi pro 200V - 400V akumulátory.

V Midnite jsou dvě tlumivky vinutý páskem a celkem les FET tranzistorů. Mě spíš napadlo použít nějakej IO http://www.ti.com/tool/pmp7876 pro řízení vícefáz. stepdown a ten teprve "oblbovat" pomocí procesoru, ale na vývoj nějak nezbývá čas. Tohle řešení by mělo výhodu, že kompletní ochranu nadproud, podpětí, časování spínání atd by dělal specializovaný io a procesor by jenom určil, na jaký napětí se má regulovat (jak na panelu, tak na baterii)

Přesně tak, pro řízení FETů musí být použit nějaký specializovaný IO který bude FETy hlídat aby nepukali a hlavně bude hlídat maximální napětí na výstupu při náhlém odlehčení (odpojení akumulátoru) což současné regulátory moc nezvládají. Uvažoval jsem v jednom projektu o průtokovém akumulátoru ZBM2 http://www.b64.cz/produkty/energy-stora ... y/redflow/
ale mám takové tušení že při úplném nabití (přečerpání veškerého elektrolytu) se odpojí tento akumulátor od regulátoru a nebude schopný pohlcovat špičky napětí vznikající v regulátoru při jeho náhlém odlehčení, takže pro Midnite a další je to zřejmě nepoužitelné.

[RadekCX]

zdravim, byl jsem se dovolenkovat....

no jak jsem psal vyse - od jiste hodnoty vykonu jsou buck menice tezko ukocirovatelne a je jistota zvolit fullbridge variantu

co se tyka meho menice tak buzeni mosfetu zajistuje driver od IR, ktery kociruje i deathtime a zatim mi ani na jednom z menicu mosfety neshorely - MCU do menice posile jen PWM. Co se tyka prekmitu regulace je vcelku dobre zvladnutelne - ja to mam trochu vic posychrovane tim, ze mam vetev na odlevani vykonu. Nicmene resit co se stane pokud uzivatel odpoji pri plnem vykonu baterie proste odmitam - to je tak nestandardni vec, ze se muze stat v podstate cokoli. Kdyz v aute odpojite baterii za chodu tak se take dejou zajimave veci. Proste jsou veci, ktere maji slozita reseni a tak se proste nepredpoklada, ze nastanou - nesmi nastat. Zkuste v elektrarne za plneho chodu odfazovat generator a uvidite.

jinak ted v sobotu jsem fungoval uz na cca 120W a cely menic naprosto studeny a korektne se chovajici - zatim jedinne slabe misto je vystupni tranzistor IRL540N spinajici vystupni vetev, kde jsem si nespocital ztratu pri 50A (navic je to jen 36A tranzistor) - nicmene pri Rdson 44mohmu je to ztrata 11W coz je strasny - uz mam objednane IRFB7734, ktere maji 2.8mohmu coz je ztrata 0.7W pri 50A

zatim to proste vypada dobre

[kodl69]

stjně bych ty tranzistory dal aspoň 3, už jenom když se podíváš na nožičky u TO220, tak mají míň než 1mm2, a normálně se na 50A dává 10mm2 měď. Zároveň bude nějaká šance, že při zkratu shoří dřív pojistka než ty tranzistory... A jako vedlejší produkt bude to, že nebudeš prakticky potřebovat chladič.

[RadekCX]

ano to je pravda, ze proudy uvadene jako Ids jsou vetsinou myslene jako pulzy - jsem si toho vedom...

ono je to trochu problem i mechanicky a konstrukcni - musi se tam ty tranzistory vejit

[adambalko]

Zdravím pánové. Můžu se zeptat, v jakém stavu je regulátor dneska? Mám více ostrovních systémů a budu dělat nějaké upgrady, tak mě to velmi zajímá.
Děkuju