CONTROLADOR DE CARGA SOLAR ARDUINO PWM (V 2.02): 25 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Se você está planejando instalar um sistema solar não conectado à rede com um banco de baterias, você precisará de um Controlador de carga solar. É um dispositivo colocado entre o Painel Solar e o Banco de Baterias para controlar a quantidade de energia elétrica produzida pelos painéis solares que vai para as baterias. A principal função é certificar-se de que a bateria está devidamente carregada e protegida contra sobrecarga. Conforme a tensão de entrada do painel solar aumenta, o controlador de carregamento regula a carga das baterias evitando qualquer sobrecarga e desconecta a carga quando a bateria está descarregada.

Você pode consultar meus projetos Solar no meu site: www.opengreenenergy.com e no canal do YouTube: Open Green Energy

Tipos de controladores de carga solar

Atualmente, existem dois tipos de controladores de carga comumente usados em sistemas de energia PV:

1. Controlador de modulação por largura de pulso (PWM)

2. Controlador de rastreamento de ponto de potência máxima (MPPT)

Neste manual de instruções, explicarei a você sobre o controlador de carga solar PWM. Também publiquei alguns artigos sobre controladores de carga PWM anteriormente. A versão anterior dos meus controladores de carga solar é bastante popular na Internet e útil para pessoas em todo o mundo.

Considerando os comentários e perguntas de minhas versões anteriores, modifiquei meu controlador de carga V2.0 PWM existente para fazer a nova versão 2.02.

A seguir estão as mudanças em V2.02 w.r.t V2.0:

1. O regulador de tensão linear de baixa eficiência é substituído pelo conversor buck MP2307 para fonte de alimentação de 5V.

2. Um sensor de corrente adicional para monitorar a corrente proveniente do painel solar.

3. MOSFET-IRF9540 é substituído por IRF4905 para melhor desempenho.

4. O sensor de temperatura LM35 integrado é substituído por uma sonda DS18B20 para monitoramento preciso da temperatura da bateria.

5. Porta USB para carregar dispositivos inteligentes.

6. Uso de fusível único em vez de dois

7. Um LED adicional para indicar o status da energia solar.

8. Implementação de algoritmo de carregamento de 3 estágios.

9. Implementação do controlador PID no algoritmo de carregamento

10. Fez um PCB personalizado para o projeto

Especificação

1. Controlador de carga, bem como medidor de energia

2. Seleção automática da tensão da bateria (6V / 12V)

3. Algoritmo de carregamento PWM com ponto de ajuste de carga automática de acordo com a tensão da bateria

4. Indicação LED para o estado de carga e status de carga

5. Visor LCD de 20x4 caracteres para exibir tensões, corrente, potência, energia e temperatura.

6. Proteção contra raios

7. Proteção de fluxo de corrente reversa

8. Curtir circuito e proteção contra sobrecarga

9. Compensação de temperatura para carregamento

10. Porta USB para carregar dispositivos

Suprimentos

Você pode solicitar o PCB V2.02 da PCBWay

1. Arduino Nano (Amazon / Banggood)

2. P-MOSFET - IRF4905 (Amazon / Banggood)

3. Díodo de energia -MBR2045 (Amazon / Aliexpress)

4. Buck Converter-MP2307 (Amazon / Banggood)

5. Sensor de temperatura - DS18B20 (Amazon / Banggood)

6. Sensor de corrente - ACS712 (Amazon / Banggood)

7. Diodo TVS- P6KE36CA (Amazon / Aliexpress)

8. Transistores - 2N3904 (Amazon / Banggood)

9. Resistores (100k x 2, 20k x 2, 10k x 2, 1k x 2, 330 ohm x 7) (Amazon / Banggood)

10. Capacitores cerâmicos (0,1uF x 2) (Amazon / Banggood)

11. LCD I2C 20x4 (Amazon / Banggood)

12. LED RGB (Amazon / Banggood)

13. LED Bi-Color (Amazon)

15. Fios / fios de jumpers (Amazon / Banggood)

16. Pinos de cabeçalho (Amazon / Banggood)

17. Dissipadores de calor (Amazon / Aliexpress)

18. Porta-fusíveis e fusíveis (Amazon)

19. Botão de pressão (Amazon / Banggood)

22. Terminais de parafuso 1x6 pino (Aliexpress)

23. Standoffs de PCB (Banggood)

24. Soquete USB (Amazon / Banggood)

Ferramentas:

1. Ferro de soldar (Amazon)

2. Bomba de dessoldagem (Amazon)

2. Cortador e Stripper de Fios (Amazon)

3. Screw Driver (Amazon)

Etapa 1: Princípio de funcionamento de um controlador de carga PWM

PWM significa modulação por largura de pulso, que significa o método usado para regular a carga. Sua função é reduzir a tensão do painel solar para perto da da bateria para garantir que a bateria seja carregada corretamente. Em outras palavras, eles bloqueiam a voltagem do painel solar para a voltagem da bateria arrastando o Vmp do painel solar para baixo para a voltagem do sistema da bateria sem nenhuma mudança na corrente.

Ele usa um interruptor eletrônico (MOSFET) para conectar e desconectar o painel solar com a bateria. Ao alternar o MOSFET em alta frequência com várias larguras de pulso, uma tensão constante pode ser mantida. O controlador PWM se ajusta automaticamente variando as larguras (comprimentos) e a frequência dos pulsos enviados para a bateria.

Quando a largura está em 100%, o MOSFET está totalmente LIGADO, permitindo que o painel solar carregue a bateria em massa. Quando a largura está em 0%, o transistor está desligado, abrindo o circuito do painel solar, evitando que qualquer corrente flua para a bateria quando a bateria estiver totalmente carregada.

Etapa 2: Como funciona o circuito?

O coração do controlador de carga é uma placa Arduino Nano. O Arduino detecta as tensões do painel solar e da bateria usando dois circuitos divisores de tensão. De acordo com esses níveis de tensão, ele decide como carregar a bateria e controlar a carga.

Nota: Na imagem acima, há erro tipográfico na alimentação e no sinal de controle. A linha vermelha é para energia e a linha amarela é para sinal de controle.

Todo o esquema é dividido nos seguintes circuitos:

1. Circuito de distribuição de energia:

A energia da bateria (B + & B-) é reduzida para 5 V pelo conversor de Buck X1 (MP2307). A saída do conversor de buck é distribuída para

1. Placa Arduino

2. LEDs para indicação

3. Display LCD

4. Porta USB para carregar dispositivos.

2. Sensores de entrada:

As tensões do painel solar e da bateria são detectadas usando dois circuitos divisores de tensão que consistem nos resistores R1-R2 e R3-R4. C1 e C2 são capacitores de filtro para filtrar os sinais de ruído indesejados. A saída dos divisores de tensão é conectada aos pinos analógicos A0 e A1 do Arduino, respectivamente.

O painel solar e as correntes de carga são detectados usando dois módulos ACS712. A saída dos sensores atuais é conectada aos pinos analógicos A3 e A2 do Arduino, respectivamente.

A temperatura da bateria é medida usando um sensor de temperatura DS18B20. R16 (4.7K) é um resistor pull-up. A saída do sensor de temperatura é conectada ao pino D12 do Arduino Digital.

3. Circuitos de controle:

Os circuitos de controle são basicamente formados por dois p-MOSFETs Q1 e Q2. O MOSFET Q1 é usado para enviar o pulso de carga para a bateria e o MOSFET Q2 é usado para conduzir a carga. Dois circuitos de driver MOSFET consistem em dois transistores T1 e T2 com resistores pull-up R6 e R8. A corrente de base dos transistores é controlada pelos resistores R5 e R7.

4. Circuitos de proteção:

A sobretensão de entrada do lado do painel solar é protegida usando um diodo TVS D1. A corrente reversa da bateria para o painel solar é protegida por um diodo Schottky D2. A sobrecorrente é protegida por um fusível F1.

5. Indicação LED:

LED1, LED2 e LED3 são usados para indicar o status solar, da bateria e da carga, respectivamente. Os resistores R9 a R15 são resistores limitadores de corrente.

7. Display LCD:

Um display LCD I2C é usado para exibir vários parâmetros.

8. Carregamento USB:

O soquete USB está conectado à saída de 5 V do Conversor Buck.

9. Reinicialização do sistema:

SW1 é um botão para reiniciar o Arduino.

Você pode baixar o esquema em formato PDF anexado abaixo.

Etapa 3: funções principais do controlador de carga solar

O controlador de carregamento é projetado levando em consideração os pontos a seguir.

1. Evitar sobrecarga da bateria: Para limitar a energia fornecida à bateria pelo painel solar quando a bateria estiver totalmente carregada. Isso é implementado em charge_cycle () do meu código.

2. Evitar descarga excessiva da bateria: Para desconectar a bateria de cargas elétricas quando a bateria atinge um estado de carga baixa. Isso é implementado em load_control () do meu código.

3. Fornece funções de controle de carga: Para conectar e desconectar automaticamente uma carga elétrica em um horário especificado. A carga será LIGADA ao pôr do sol e DESLIGADA ao nascer do sol. Isso é implementado em load_control () do meu código. 4. Monitoramento de potência e energia: Para monitorar a potência de carga e energia e exibi-la.

5. Proteja de condições anormais: Para proteger o circuito de diferentes situações anormais, como relâmpagos, sobretensão, sobrecorrente e curto-circuito, etc.

6. Indicando e Exibindo: Para indicar e exibir os vários parâmetros

7. Comunicação serial: Para imprimir vários parâmetros no monitor serial

8. Carregamento USB: Para carregar dispositivos inteligentes

Etapa 4: medição de tensão

Os sensores de tensão são usados para detectar a tensão do painel solar e da bateria. É implementado usando dois circuitos divisores de tensão. Ele consiste em dois resistores R1 = 100k e R2 = 20k para detectar a tensão do painel solar e da mesma forma R3 = 100k e R4 = 20k para a tensão da bateria. A saída do R1 e R2 é conectada ao pino analógico A0 do Arduino e a saída do R3 e R4 é conectada ao pino analógico A1 do Arduino.

Medição de tensão: as entradas analógicas do Arduino podem ser usadas para medir a tensão CC entre 0 e 5 V (ao usar a tensão de referência analógica de 5 V padrão) e esta faixa pode ser aumentada usando uma rede divisora de tensão. O divisor de tensão diminui a tensão que está sendo medida dentro da faixa das entradas analógicas do Arduino.

Para um circuito divisor de tensão Vout = R2 / (R1 + R2) x Vin

Vin = (R1 + R2) / R2 x Vout

A função analogRead () lê a tensão e a converte em um número entre 0 e 1023

Calibração: vamos ler o valor de saída com uma das entradas analógicas do Arduino e sua função analogRead (). Essa função produz um valor entre 0 e 1023 que é 0,00488 V para cada incremento (como 5/1024 = 0,00488 V)

Vin = Vout * (R1 + R2) / R2; R1 = 100k e R2 = 20k

Vin = contagem ADC * 0,00488 * (120/20) Volt // A parte destacada é o fator de escala

Nota: Isso nos leva a acreditar que uma leitura de 1023 corresponde a uma tensão de entrada de exatamente 5,0 volts. Na prática, você pode não obter 5V sempre do pino 5V do Arduino. Portanto, durante a calibração, primeiro meça a tensão entre os pinos 5v e GND do Arduino usando um multímetro e use o fator de escala usando a fórmula abaixo:

Fator de escala = tensão medida / 1024

Etapa 5: Medição de corrente

Para medição de corrente, usei um sensor de corrente de efeito Hall ACS 712 -5A variante. Existem três variantes do Sensor ACS712 com base na faixa de sua detecção de corrente. O sensor ACS712 lê o valor da corrente e converte-o em um valor de tensão relevante. O valor que liga as duas medições é a Sensibilidade. A sensibilidade de saída para todas as variantes são as seguintes:

Modelo ACS712 -> Faixa de Corrente-> Sensibilidade

ACS712 ELC-05 -> +/- 5A -> 185 mV / A

ACS712 ELC-20 -> +/- 20A -> 100 mV / A

ACS712 ELC-30 -> +/- 30A -> 66 mV / A

Neste projeto, usei a variante 5A, para a qual a sensibilidade é 185mV / A e a tensão de detecção média é 2,5V quando não há corrente.

Calibração:

valor de leitura analógica = analogRead (Pin);

Value = (5/1024) * valor de leitura analógica // Se você não está obtendo 5 V do pino de 5 V do Arduino, então, Corrente em amp = (Value - offsetVoltage) / sensibilidade

Mas de acordo com as planilhas de dados, a tensão de deslocamento é 2,5 V e a sensibilidade é 185 mV / A

Corrente em amp = (Valor-2,5) / 0,185

Etapa 6: medição de temperatura

Por que o monitoramento de temperatura é necessário?

As reações químicas da bateria mudam com a temperatura. À medida que a bateria esquenta, a emissão de gás aumenta. À medida que a bateria esfria, ela se torna mais resistente ao carregamento. Dependendo da variação da temperatura da bateria, é importante ajustar o carregamento para mudanças de temperatura. Portanto, é importante ajustar o carregamento para levar em conta os efeitos da temperatura. O sensor de temperatura medirá a temperatura da bateria e o Controlador de carregamento solar usa essa entrada para ajustar o ponto de ajuste de carga conforme necessário. O valor de compensação é - 5mv / degC / célula para baterias do tipo ácido-chumbo. (–30mV / ºC para bateria de 12V e 15mV / ºC para bateria de 6V). O sinal negativo da compensação de temperatura indica que um aumento na temperatura requer uma redução no ponto de ajuste de carga. Para mais detalhes, você pode seguir este artigo.

Medição de temperatura por DS18B20

Usei uma sonda externa DS18B20 para medir a temperatura da bateria. Ele usa um protocolo de um fio para se comunicar com o microcontrolador. Ele pode ser conectado na porta J4 na placa.

Para fazer interface com o sensor de temperatura DS18B20, você precisa instalar a biblioteca One Wire e a biblioteca Dallas Temperature.

Você pode ler este artigo para obter mais detalhes sobre o sensor DS18B20.

Etapa 7: circuito de carregamento USB

O conversor buck MP2307 usado para fonte de alimentação pode fornecer corrente de até 3A. Portanto, ele tem uma margem suficiente para carregar os dispositivos USB. O soquete USB VCC está conectado a 5V e o GND está conectado ao GND. Você pode consultar o esquema acima.

Nota: A tensão de saída USB não é mantida em 5 V quando a corrente de carga excede 1A. Portanto, eu recomendaria limitar a carga USB abaixo de 1A.

Etapa 8: Algoritmo de carregamento

Quando o controlador estiver conectado à bateria, o programa iniciará a operação. Inicialmente, ele verifica se a tensão do painel é suficiente para carregar a bateria. Em caso afirmativo, ele entrará no ciclo de carga. O ciclo de carga consiste em 3 etapas.

Carga em massa do estágio 1:

O Arduino conectará o painel solar à bateria diretamente (ciclo de trabalho de 99%). A tensão da bateria aumentará gradualmente. Quando a tensão da bateria atingir 14,4 V, o estágio 2 começará.

Nesta fase, a corrente é quase constante.

Carga de absorção do estágio 2:

Nesse estágio, o Arduino regulará a corrente de carga mantendo o nível de tensão em 14,4 por uma hora. A tensão é mantida constante ajustando o ciclo de trabalho.

Carga flutuante de estágio 3:

O controlador gera a carga lenta para manter o nível de tensão em 13,5V. Este estágio mantém a bateria totalmente carregada. Se a tensão da bateria for inferior a 13,2 V por 10 minutos.

O ciclo de carga será repetido.

Etapa 9: controle de carga

Para conectar e desconectar automaticamente a carga monitorando o crepúsculo / amanhecer e a tensão da bateria, o controle de carga é usado.

O objetivo principal do controle de carga é desconectar a carga da bateria para protegê-la de uma descarga profunda. A descarga profunda pode danificar a bateria.

O terminal de carga DC é projetado para carga DC de baixa potência, como iluminação de rua.

O próprio painel PV é usado como sensor de luz.

Assumindo que a tensão do painel solar> 5 V significa amanhecer e quando <5 V anoitecer.

Condição LIGADA: À noite, quando o nível de tensão PV cai abaixo de 5 V e a tensão da bateria é mais alta do que a configuração LVD, o controlador liga a carga e o LED verde da carga acende.

Condição DESLIGADA: A carga será cortada nas duas condições a seguir.

1. De manhã, quando a tensão FV for maior que 5v, 2. Quando a tensão da bateria é inferior à configuração LVD O LED vermelho de carga ACESO indica que a carga foi cortada.

LVD é conhecido como desconexão de baixa tensão

Etapa 10: Força e energia

Potência: a potência é o produto da tensão (volt) e da corrente (Amp)

P = VxI Unidade de potência é Watt ou KW

Energia: a energia é o produto da potência (watt) e do tempo (hora)

E = Unidade Pxt de Energia é Watt-hora ou Quilowatt-hora (kWh)

Para monitorar a potência e a energia acima, a lógica é implementada no software e os parâmetros são exibidos em um LCD de 20x4 char.

Crédito da imagem: imgoat

Etapa 11: Proteções

1. Polaridade reversa e proteção de corrente reversa para painel solar

Para polaridade reversa e proteção de fluxo de corrente reversa, um diodo Schottky (MBR2045) é usado.

2. Sobrecarga e proteção contra descarga profunda

A proteção contra sobrecarga e descarga profunda é implementada pelo software.

3. Proteção contra curto-circuito e sobrecarga

A proteção contra curto-circuito e sobrecarga é realizada por um fusível F1.

4. Proteção de sobretensão na entrada do painel solar

As sobretensões temporárias ocorrem em sistemas de energia por vários motivos, mas os relâmpagos causam as sobretensões mais severas. Isso é particularmente verdadeiro com sistemas fotovoltaicos devido aos locais expostos e aos cabos de conexão do sistema. Neste novo design, usei um diodo TVS bidirecional de 600 watts (P6KE36CA) para suprimir os raios e a sobretensão nos terminais PV.

crédito da imagem: freeimages

Etapa 12: Indicações de LED

1. LED solar: LED1 Um led bicolor (vermelho / verde) é usado para indicar o estado de energia solar, ou seja, crepúsculo ou amanhecer.

LED solar ------------------- Status solar

Dia Verde

VERMELHO ------------------------- Noite

2. LED do estado de carga da bateria (SOC): LED2

Um parâmetro importante que define o conteúdo de energia da bateria é o estado de carga (SOC). Este parâmetro indica quanta carga está disponível na bateria. LED RGB é usado para indicar o estado de carga da bateria. Para conexão, consulte o esquema acima.

LED da bateria ---------- Status da bateria

VERMELHO ------------------ A tensão está BAIXA

VERDE ------------------ A tensão está saudável

AZUL ------------------ Totalmente carregado

2. LED de carga: LED3

Um led bicolor (vermelho / verde) é usado para indicar o status da carga. Consulte o esquema acima para conexão.

LED de carga ------------------- Status de carga

VERDE ----------------------- Conectado (LIGADO)

VERMELHO ------------------------- Desconectado (DESLIGADO)

Etapa 13: Display LCD

Um LCD de 20X4 char é usado para monitorar o painel solar, a bateria e os parâmetros de carga.

Para simplificar, um display I2C LCD é escolhido para este projeto. São necessários apenas 4 fios para fazer interface com o Arduino.

A conexão está abaixo:

Arduino LCD

VCC 5V, GNDGND, SDAA4, SCLA5

Linha 1: Tensão, corrente e energia do painel solar

Linha 2: Tensão da bateria, temperatura e status do carregador (carregando / não carregando)

Linha 3: Corrente de carga, alimentação e status de carga

Linha 4: Energia de entrada do painel solar e energia consumida pela carga.

Você deve baixar a biblioteca de LiquidCrystal_I2C.

Etapa 14: Prototipagem e Teste

1. Placa de ensaio:

Primeiro, fiz o circuito em uma placa de ensaio. A principal vantagem de uma placa de ensaio sem solda é que ela não tem solda. Assim, você pode facilmente alterar o design apenas desconectando componentes e terminais conforme necessário.

2. Placa perfurada:

Depois de fazer o teste da placa de ensaio, fiz o circuito em uma placa perfurada. Para fazer isso siga as instruções abaixo

i) Insira primeiro todas as peças no orifício do Cartão Perfurado.

ii) Solde todas as almofadas componentes e apare as pernas extras com uma pinça.

iii) Conecte as almofadas de solda usando fios conforme o esquema.

iv) Use o afastamento para isolar o circuito do aterramento.

O circuito da placa perfurada é muito forte e pode ser implantado em um projeto de forma permanente. Depois de testar o protótipo, se tudo funcionar perfeitamente, podemos passar para o design do PCB final.

Etapa 15: Design de PCB

Desenhei o esquema usando o software online EasyEDA e depois mudei para o layout PCB.

Todos os componentes que você adicionou no esquema devem estar lá, empilhados uns sobre os outros, prontos para serem colocados e roteados. Arraste os componentes segurando em seus pads. Em seguida, coloque-o dentro da borda retangular.

Disponha todos os componentes de forma que a placa ocupe o mínimo de espaço. Quanto menor o tamanho da placa, mais barato será o custo de fabricação da placa de circuito impresso. Será útil se esta placa tiver alguns orifícios de montagem para que possa ser montada em um gabinete.

Agora você tem que rotear. O roteamento é a parte mais divertida de todo o processo. É como resolver um quebra-cabeça! Usando a ferramenta de rastreamento, precisamos conectar todos os componentes. Você pode usar a camada superior e a inferior para evitar a sobreposição entre duas trilhas diferentes e torná-las mais curtas.

Você pode usar a camada Silk para adicionar texto ao quadro. Além disso, podemos inserir um arquivo de imagem, então adiciono uma imagem do logotipo do meu site para ser impressa no quadro. No final, usando a ferramenta de área de cobre, precisamos criar a área de aterramento do PCB.

Agora o PCB está pronto para fabricação.

Etapa 16: Baixe os arquivos Gerber

Depois de fazer o PCB, temos que gerar os arquivos que podem ser enviados a uma empresa de fabricação de PCB que, no devido tempo, nos enviará de volta algum PCB real.

No EasyEDA, você pode enviar os arquivos de fabricação (arquivo Gerber) por meio de Documento> Gerar Gerber ou clicando no botão Gerar Gerber na barra de ferramentas. O arquivo Gerber gerado é um pacote compactado. Após a descompactação, você pode ver os seguintes 8 arquivos:

1. Cobre inferior:.gbl

2. Cobre superior:.gtl

3. Máscaras de solda inferior:.gbs

4. Máscaras de solda superiores:.gts

5. Tela de seda inferior:.gbo

6. Top Silk Screen:.gto

7. Exercício:.drl

8. Resumo:.outline

Você pode baixar os arquivos Gerber do PCBWay

Quando você fizer um pedido da PCBWay, receberei uma doação de 10% da PCBWay por uma contribuição para o meu trabalho. Sua pequena ajuda pode me encorajar a fazer um trabalho mais incrível no futuro. Obrigado pela sua cooperação.

Etapa 17: Fabricação de PCB

Agora é hora de descobrir um fabricante de PCB que pode transformar nossos arquivos Gerber em um PCB real. Enviei meus arquivos Gerber para JLCPCB para a fabricação de meu PCB. Seu serviço é extremamente bom. Recebi meu PCB na Índia em 10 dias.

O BOM para o projeto está anexado abaixo.

Etapa 18: Soldando os componentes

Depois de receber a placa da fábrica de PCBs, você deve soldar os componentes.

Para soldar, você precisará de um ferro de solda decente, solda, pinça, mechas de desoldagem ou bomba e um multímetro.

É uma boa prática soldar os componentes de acordo com sua altura. Solde os componentes de menor altura primeiro.

Você pode seguir as seguintes etapas para soldar os componentes:

1. Empurre as pernas do componente através de seus orifícios e vire o PCB em sua parte traseira.

2. Segure a ponta do ferro de solda na junção da almofada e a perna do componente.

3. Alimente a solda na junta de modo que ela flua ao redor do chumbo e cubra a almofada. Uma vez que tenha fluído ao redor, afaste a ponta.

4. Apare as pernas extras usando uma pinça.

Siga as regras acima para soldar todos os componentes.

Etapa 19: Montagem do Sensor de Corrente ACS712

O sensor de corrente ACS712 que recebi tem um terminal de parafuso pré-soldado para conexão. Para soldar o módulo diretamente na placa PCB, você deve dessoldar o terminal de parafuso primeiro.

Eu desoldar o terminal de parafuso com a ajuda de uma bomba de dessoldar como mostrado acima.

Então eu soldo o módulo ACS712 de cabeça para baixo.

Para conectar os terminais Ip + e Ip- ao PCB, usei as pernas do terminal de diodo.

Etapa 20: Adicionando o Conversor Buck

Para soldar o módulo Buck Converter, você deve preparar 4 pinos retos como mostrado acima.

Solde os 4 pinos de cabeçalho no X1, 2 são para saída e os dois restantes são para entradas.

Etapa 21: Adicionando o Arduino Nano

Quando você compra os cabeçalhos retos, eles são muito longos para o Arduino Nano. Você precisará cortá-los em um comprimento adequado. Isso significa 15 pinos cada.

A melhor maneira de aparar as peças fêmeas do cabeçalho é contar 15 pinos, puxar o 16º pino e, em seguida, usar uma pinça para cortar a lacuna entre o 15º e o 17º pino.

Agora precisamos instalar os conectores fêmeas no PCB. Pegue seus cabeçalhos femininos e coloque-os nos cabeçalhos masculinos na placa do Arduino Nano.

Em seguida, solde os pinos fêmea do conector na PCB do controlador de carga.

Etapa 22: Preparando os MOSFETs

Antes de soldar os MOSFETs Q1 Q2 e o diodo D1 no PCB, é melhor conectar os dissipadores de calor a eles primeiro. Dissipadores de calor são usados para mover o calor para longe do dispositivo, a fim de manter uma temperatura mais baixa.

Aplique uma camada de composto dissipador de calor sobre a placa de base de metal do MOSFET. Em seguida, coloque a almofada condutora térmica entre o MOSFET e o dissipador de calor e aperte o parafuso. Você pode ler este artigo sobre por que o dissipador de calor é essencial.

Finalmente, solde-os na PCB do controlador de carregamento.

Etapa 23: montagem dos espaçadores

Após soldar todas as peças, monte os espaçadores nos 4 cantos. Eu usei M3 Brass Hex Standoffs.

O uso de espaçadores fornecerá espaço suficiente para as juntas de solda e fios do solo.

Etapa 24: Software e Bibliotecas

Primeiro, baixe o código do Arduino anexado. Em seguida, baixe as seguintes bibliotecas e instale-as.

1. Um fio

2. DallasTemperature

3. LiquidCrystal_I2C

4. Biblioteca PID

Todo o código é dividido em um pequeno bloco funcional para maior flexibilidade. Suponha que o usuário não esteja interessado em usar um display LCD e esteja satisfeito com a indicação do led. Então, apenas desative o lcd_display () do loop void (). Isso é tudo. Da mesma forma, de acordo com a necessidade do usuário, ele pode habilitar e desabilitar as várias funcionalidades.

Depois de instalar todas as bibliotecas acima, faça upload do código do Arduino.

Observação: agora estou trabalhando no software para implementar um algoritmo de cobrança melhor. Mantenha contato para obter a versão mais recente.

Atualização em 02.04.2020

Carregado um novo software com um algoritmo de carregamento aprimorado e implementação do controlador PID nele.

Etapa 25: Teste Final

Conecte os terminais da bateria do controlador de carga (BAT) a uma bateria de 12V. Certifique-se de que a polaridade está correta. Após a conexão, o LED e o LCD começarão a funcionar imediatamente. Você também notará a tensão e a temperatura da bateria na 2ª linha do display LCD.

Em seguida, conecte um painel solar ao terminal solar (SOL), você pode ver a voltagem solar, corrente e energia na primeira linha do display LCD. Usei uma fonte de alimentação de laboratório para simular o painel solar. Usei meus medidores de energia para comparar os valores de tensão, corrente e energia com o display LCD.

O procedimento de teste é mostrado neste vídeo de demonstração

No futuro, projetarei um gabinete impresso em 3D para este projeto. Mantenha contato.

Este projeto é uma inscrição no Concurso PCB, por favor, vote em mim. Seus votos são uma verdadeira inspiração para eu trabalhar mais duro para escrever projetos mais úteis como este.

Obrigado por ler meu Instructable. Se você gosta do meu projeto, não se esqueça de compartilhá-lo.

Comentários e feedback são sempre bem-vindos.

Vice-campeão no Desafio de Design de PCB