DIY Batterieladeregler für Kleinwindgenerator

Hallo
Ich möchte einen einfachen Controller zum Laden der Batterien von einem kleinen Windgenerator vorstellen, der ein fertiges Auf-/Abwärtswandler auf dem XL6009-Chip verwendet.

Allerdings muss ich damit beginnen, dass ich schon lange von einem Kleinwindgenerator geträumt habe. Und obwohl ich beim Lesen vieler Aussagen im Internet überzeugt war, dass sie nicht die in sie gesetzten Hoffnungen entsprachen, war ich schon fest entschlossen, auf dem polnischen oder chinesischen Auktionsportal etwas Billiges zu bestellen und selbst zu prüfen.
Die Turbine sollte ein kleines Solarsystem unterstützen, das 12-V-Batterien auflädt und verschiedene Geräte mit Strom versorgt .
Glücklicherweise gab es in letzter Minute die Gelegenheit, eine gebrauchte Rutland 910 Turbine zu kaufen, die ich benutzt habe.
Ihre Parameter sind:
- Rotordurchmesser 91 cm
- 6 Blätter
- maximale Leistung 80 W
- Gewicht ca. 15 kg
Von mir aus kann ich gute Auswuchtung, leisen Betrieb und geringen Rotationswiderstand hinzufügen.
Der Windgenerator wurde auf dem Dach des Gebäudes, etwa 10 m über dem Boden, montiert.
Hinter dem Gebäude befindet sich Wald, und das Grundstück liegt in einer ziemlich großen Senke, aber der Windgenerator läuft schon bei leichten Windböen überraschend eifrig an.
Es wurden jedoch Bedenken bestätigt, dass die während der überwiegenden Mehrheit der Betriebszeit erzeugte Spannung zu gering ist, um direkt verwendet zu werden. Selbst - subjektiv empfunden - recht schnelle Rotation der Blätter, erzeugte die Ausgangsspannung im Bereich von 7-9 V. Höhere Spannungen traten äußerst selten auf.
Ich wollte jedoch zumindest einen Teil der erzeugten Energie nutzen und kam daher auf die Idee, einen Wandler zu verwenden, der die Eingangsspannung je nach Bedarf erhöht oder verringert.
Der Aufbau sollte einfach sein und aus leicht zugänglichen Bauteilen bestehen.
Ich entschied mich für eines der vorgefertigten Module, die in vielen Varianten auf der chinesischen Website erhältlich sind, und nach Überprüfung wurde der XL6009-Chip gewählt. Er erfüllt alle meine Annahmen: Eingangsspannung 3,5 V-32 V, Strom bis 3 A und - was ganz wichtig ist - der Enable-Eingang, mit dem man den Wechselrichter ein- und ausschalten kann.
Man kann das Modul auch mit dem XL6019-Chip verwenden, der über eine zusätzliche Softstart-Funktion verfügt, jedoch nur 1,5 A effizient ist.
Die Wandler mit LM2577-Schaltung sind nicht geeignet, da sie nicht über den erwähnten Enable-Eingang verfügen.
Es war nur erforderlich, eine Schaltung hinzuzufügen, das den Wandler aktiviert, damit er in einem sicheren Spannungsbereich (über Umin.) arbeitet und die Drehung des Windgenerators nicht drosselt. Die großen Kapazitäten der Kondensatoren am Eingang sollten die Betriebszyklen des Wandlers verlängern. Die Ausgangsspannung des XL6009 wurde auf 14,5 V eingestellt.
Außerdem wurde sofort eine Schaltung zur Erkennung einer zu hohen Eingangsspannung geschaffen, das die Bremslast in Form einer Glühlampe von 50 W einschaltete.
Und obwohl das System funktionierte und erhebliche entschwefelende Eigenschaften hatte ( ), gefiel mir die kontinuierliche Start-Stopp-Taktung des Wandlers nicht (da das Anlegen der Spannung von 14,5 V an entladene Batterien mit großer Kapazität einen großen Stromfluss verursachte, der die Eingangskondensatoren sofort entlud und der Komparator den Wandler abschaltete) .
Also habe ich beschlossen, die Ausgangsspannung des Wandlers von der in den Kondensatoren gespeicherten Eingangsspannung abhängig zu machen.
Diese Rolle übernimmt ein Transistor, der die Spannung der Rückkopplung im Wandler kurzschließt: jede Erhöhung der Eingangsspannung bewirkt eine stärkere Ansteuerung des Transistors, Kurzschluss des RFB-Widerstands, Absenken der Spannung an der Endstufe FB XL6009 und damit Erhöhung der Ausgangsspannung durch den Wandler, der strebt nach 1,25 V an der FB-Endstufe.
Dadurch steigt der zu den Batterien fließende Strom mit der Geschwindigkeit des Windes .

Schaltplan und Diagramm von Komparatoren und Wandlerbetrieb:


Die Werte der Bauteile sind nicht kritisch und können nach Bedarf geändert werden.
Der verwendete Low-Signal-NPN-Transistor mit Beta > 200 und der Mosfet-N mit niedrigen Parametern (200 V, 0,3 Ohm), den ich sonst nirgendwo verwenden würde.
Meine Eingangskondensatorbank hat eine Gesamtkapazität von ca. 50 mF, kann aber reduziert werden.
Die maximale Eingangsspannung bestimmt die verwendeten LM324 und XL6009 und beträgt 32 V.
Ich habe zwei Messgeräte verwendet, um die Parameter zu visualisieren. Ein kleiner Hinweis an dieser Stelle: Der verwendete Atorch 150V/8A kann nicht wie im Diagramm unten dargestellt mit Strom versorgt werden, da ein Teil des Ausgangsstroms direkt zu der ihn versorgenden Batterie fließt und somit die Messung mit dem U/I-Messsgerät täuscht.

Die Einstellung erfolgt am besten durch Anschluss der Schaltung an ein geregeltes Netzteil.
Stellen Sie die Spannung > 15 V am Netzteil ein, drehen Sie P2 ganz nach links (um die Q1-Transistorbasis maximal anzusteuern) und stellen Sie das Mehrgang-Potentiometer P1 am Wandler auf die Ausgangsspannung von 14,5-14,7 V (max. Ladespannung, nach Ihr Ermessen). Reduzieren Sie die Versorgungsspannung auf das Minimum, bei dem der Wandler noch nicht abschaltet (ca. 6 V), drehen Sie P2 auf das richtige Maximum und stellen Sie mit P4 (Rfb2) die Spannung ein, ab der der Wandler nach dem Start mit dem Aufladen der Batterie beginnt (in meinem Fall weniger als 12 V). Erhöhen Sie die Versorgungsspannung wieder auf das Niveau, bei dem wir die volle Ladespannung haben möchten (also 14,5 V) und drehen Sie das Potentiometer P2 gegen den Uhrzeigersinn, bis diese Spannung am Ausgang anliegt.
Mit dem Potentiometer P3 können die Schwellenwerte eingestellt werden, bei denen der Komparator den Wandler ein- und ausschaltet. Die Hysterese beträgt ca. 2 V.
Ich packte das Ganze in ein Plastikgehäuse, das schon in einem ähnlichen Projekt verwendet wurde. Ich bin kein besonderer Ästhet, also beurteilt mich bitte nicht danach, wie das Ganze gefertigt ist. Die Spannung ist hier niedrig, die Ströme sind klein - mein Haus wird dadurch nicht brennen . Es ist ein Prototyp und das wird wahrscheinlich für immer so bleiben.
Wenn es weht, werde ich versuchen, ein Video vom Betrieb und den Anzeigen der Messgeräte aufzunehmen.

Abschließend möchte ich noch ein paar Worte über die tatsächlichen Vorteile eines solchen Windgenerators schreiben.
Ich habe keine Messgeräte für die Windgeschwindigkeit, der Standort des Windgenerators ist ebenfalls von großer Bedeutung, aber an einem windigen Tag, wenn eine Person bereits beim Gehen viel Unbehagen verspürt, erzeugt ein solches System durchschnittlich ca. 2-5 W, kann ca. 11 Ah in die Akkus stopfen.
24 Stunden starker Wind, es nicht zuviel, oder?
Der Schaltplan und das Muster der Platine lege ich druckfertig bei (nach kleineren Korrekturen, u.a. Austausch des Q1-Gehäuses von Sot-23 auf TO-92, sowie zusätzliche Bohrungen für kleinere Potentiometer).
Projekt in Dip-Trace erstellt.