Mini napelemes Li-ion akkumulátortöltő készlet (CN3065, 5 V/60 mA, 18650) [XXXX.]

Leírás

Egy kis napelemes áramellátást szeretnél építeni, ahol napközben töltődik az akkumulátor, az elektronika pedig később is működhet róla. Ehhez több alkatrészt kell összehozni: napelemet, töltésvezérlőt, akkumulátortartót és a töltés visszajelzését. A CN3065 mini napelemes Li-ion akkumulátortöltő készlet ezeknek az alapegységeknek az összeépítéséhez ad teljes készletet.

A mellékelt monokristályos napelem 80 x 45 mm méretű, névleges értékei 5 V és 60 mA. Ekkora felülettől szerény energiatermelés várható. A panel névleges elektromos teljesítménye mindössze 0,3 W, ezért ez az összeállítás elsősorban kisebb fogyasztású elektronikákhoz, töltési kísérletekhez és a napelemes akkumulátortöltés működésének megismeréséhez ideális. A töltést egy CN3065 integrált áramkörre épülő panel szabályozza. A vezérlő egycellás, 3,7 V névleges feszültségű Li-ion vagy LiPo akkumulátor töltésére készült, állandó áramú és állandó feszültségű töltési szakasszal. Az akkumulátortartóhoz külön cella szükséges, LiPo akkumulátort a készlet nem tartalmaz.

A készlet része egy külön töltöttségjelző panel is. Ezzel az akkumulátor állapotát lehet követni, miközben a töltésvezérlő a napelemről érkező energiát kezeli. A készlet összeszerelést és megfelelő villamos bekötést igényel. ESP32, ESP8266 vagy Arduino alapú rendszerhez további tápillesztés is szükséges lehet.

Hogyan lesz ez egy valódi elektronikai összeállításba?

Képzelj el egy egyszerű kültéri hőmérsékletmérőt. A vezérlő időnként felébred, leolvassa az érzékelőt, elküldi a mért értéket, majd visszatér alvó állapotba. Az ilyen működésnél a fogyasztás jelentős részét a rövid mérési és kommunikációs időszakok adhatják. Két mérés között viszont lehetőség van az energiaigény csökkentésére. Ezért merülhet fel egy kisméretű napelem és egy tölthető lítiumcella párosítása.

A rendszerben a feladatok jól elkülönülnek. A napelem a fényből villamos energiát állít elő. A CN3065 vezérli az akkumulátor töltését, a cella pedig tárolja a felvett energiát. A mikrokontroller tápellátását ezekhez kell megfelelően illeszteni.

Az 5 V / 60 mA-es napelemnél rögtön látszik a rendszer egyik korlátja. A 60 mA a panel névleges árama, és a ténylegesen rendelkezésre álló áram a megvilágítástól függ. Árnyékban, felhős időben vagy kedvezőtlen tájolás mellett kevesebb töltési energia érkezik.

Egy állandóan aktív Wi-Fi-s vezérlő energiaigénye könnyen meghaladhatja azt, amit ekkora napelem hosszabb távon pótolni képes. Ilyenkor a nagyobb akkumulátor csak több tárolt energiát jelent; az elégtelen napi energiatermelést önmagában nem oldja meg a feladatot.

Működés és bekötés a gyakorlatban

A napelem és a töltőpanel összekötése

A napelem pozitív és negatív vezetékét a töltésvezérlő megfelelő bemeneti pontjára kell kapcsolni, a polaritás megtartásával. A CN3065 chipet 4,4-6 V bemeneti tartományú napelemes töltőrendszerekhez tervezték. A mellékelt 5 V-os panel névleges feszültsége ebbe a tartományba esik. A napelem feszültsége azonban megvilágítás és terhelés szerint változik, így a töltés csak megfelelő bemeneti feltételeknél működhet. A konkrét töltőpanelen a bemeneti csatlakozó típusa: JST PH 2.0 2 pin.

Akkumulátor és töltésvezérlés

A CN3065 egyetlen lítiumcellához készült töltésvezérlő. A szokásos 1S Li-ion/LiPo töltés végfeszültsége 4,2 V; a chip állandó áramú, majd állandó feszültségű szabályozással dolgozik. A CN3065 IC 4,2 V-os alapbeállítású töltési végfeszültségét és áramprogramozását a chip műszaki leírása is rögzíti.

Az akkumulátor csatlakoztatásakor a polaritást ellenőrizni kell. A fordított bekötés károsíthatja a töltőelektronikát vagy a cellát.

A CN3065 képes a töltőáram szabályozására, de a pontos panelbeállítás az áramkör alkatrészeitől függ. A készlethez tartozó töltőpanel beállított maximális töltőárama 500mA.

A túlmerítés, túláram és rövidzárlat elleni teljes akkumulátorvédelem nem az elektronika része. Ha erre van szükség, akkor védett cellát kell alkalmazni.

A külön töltöttségjelző szerepe

A csomagban egy 1S akkumulátorhoz való szintjelző panel is van. Ez az akkumulátor állapotának megjelenítésére szolgál. A kijelzőpanelen szereplő S jelű forrasztási pontokat a kijelző beállításaihoz kell kezelni. Az 1S üzemmódhoz tartozó S1 pad bekötése szükséges – 1 cellás eszköz kiválasztása ezt jelenti. A szintjelző kijelzése és a CN3065 töltésvezérlése külön feladat. A szintjelző nem helyettesíti az akkumulátor védőelektronikáját, és a kijelzett töltöttségből nem lehet közvetlenül meghatározni a cellában tárolt pontos energiamennyiséget.

Mikrokontroller tápellátása az akkumulátorról

Egy 18650-es Li-ion cella névleges feszültsége 3,7 V, feltöltött állapotban pedig a kapocsfeszültsége elérheti a 4,2 V-ot.

Ez külön figyelmet kíván az ESP32 vagy más fejlesztőpanel csatlakoztatásakor. A vezérlő megfelelő tápfeszültségét a saját áramkörének követelményei határozzák meg.

Ha a készülék stabil 3,3 V-ot vagy 5 V-ot kíván, megfelelő feszültségszabályozót vagy DC-DC átalakítót kell beépíteni. A töltőpanel akkumulátorcsatlakozóját önmagában nem lehet szabályozott 3,3 V-os vagy 5 V-os kimenetnek tekinteni.

Mire lehet használni?

• Napelemes töltési kísérletekhez: Egyszerűen megfigyelhető, hogyan változik a rendelkezésre álló töltőenergia különböző megvilágítások mellett.
• 18650 akkumulátoros oktatási összeállításhoz: Bemutatható a napelem, a töltésvezérlő és az energiatároló egymáshoz kapcsolódó működése.
• Alacsony fogyasztású érzékelőegységhez: Ritkán mérő, alvó üzemmódot alkalmazó mikrokontrolleres rendszer energiagazdálkodásának vizsgálatára alkalmas alap.
• Hordozható adatgyűjtőhöz: Külső szabályozóval és megfelelő akkumulátorvédelemmel olyan berendezés alakítható ki, amelynek energiáját a napelem részben pótolja.
• Mini meteorológiai állomás kísérleti tápjához: Hőmérséklet- vagy fényérzékelővel összeépítve vizsgálható, hogy az adott mérési és adástovábbítási ciklus mennyi energiát igényel.
• Kijelzős akkumulátor-demonstrációhoz: A szintjelzővel szemléltethető a cellafeszültség és a töltöttségi kijelzés kapcsolata.

Ezeknél a példáknál a napelemes töltés és a készülék folyamatos működése két külön tervezési kérdés. A rendelkezésre álló napi napenergia, az akkumulátor kapacitása és az elektronika fogyasztása együtt dönti el, mennyi ideig tartható fenn az üzem.

Kompatibilitás és beüzemelés

Választás előtt ezekre figyelj

A CN3065 mini napelemes Li-ion akkumulátortöltő készlet kiválasztásakor a napelem teljesítménye az első számú tervezési adat. Az 5 V és 60 mA szorzata 0,3 W. Ez a névleges teljesítmény, amelyből a töltésveszteségek és az időjárási körülmények miatt az akkumulátorban kevesebb hasznos energia jelenhet meg.

A második kérdés az akkumulátor. A készlet egycellás lítiumrendszerhez készült, a cella külön beszerzendő. Fontos a megfelelő kémia, a kapacitás, a polaritás és a szükséges védelem.

A harmadik szempont a fogyasztó. Egy alvó üzemmóddal működő érzékelő egészen más energiagazdálkodást igényel, mint egy folyamatosan működő Wi-Fi-s készülék. Ha a fogyasztás nagyobb, mint amit a napelem naponta visszatölt, az akkumulátor előbb-utóbb lemerül.

Telefon töltésére vagy hagyományos USB power bank kiváltására ez a készlet önmagában nem elegendő. Az USB-s készülékekhez szabályozott 5 V-os kimenet, megfelelő áramleadási képesség és további áramköri funkciók szükségesek!

Műhelytipp – számold ki a napi energiamérleget

Mielőtt egy napelemes készüléket dobozba építenél, érdemes két mennyiséget összehasonlítani: mennyi energiát termelhet a panel, és mennyit használ el a berendezés egy nap alatt.

A 0,3 W névleges teljesítményű napelem esetén például 4 órányi, névleges teljesítménynek megfelelő napsütésből elméletileg 1.2 Wh energia származna.

Ez számított elméleti érték, nem mért termelési eredmény. A ténylegesen akkumulátorba jutó energia a fényviszonyoktól, a töltésveszteségektől és az akkumulátor állapotától is függ.

Ha egy elektronika 10 mA átlagáramot vesz fel folyamatosan 3,3 V-on, a napi energiafogyasztása: ~0,792Wh

Ebben a példában már látható, mennyire kevés tartalék maradna rosszabb napsütés esetén. A tényleges tervezéshez külön figyelembe kell venni a feszültségátalakító veszteségét és az akkumulátor önálló energiaigényét is.

Műszaki jellemzők

Dokumentáció

Csomag

• 1 db 5 V / 60 mA-es, 80 × 45 mm-es mini napelem
• 1 db CN3065 alapú szolár töltőpanel
• 1 db 1S akkumulátortartó
• 1 db 1S töltöttségjelző panel
• 2 db csatlakozó szerelt kábellel
• 3 db összekötő

Akkumulátor nem tartozik a csomaghoz. A működő összeállításhoz megfelelő 1S Li-ion cellát külön kell beszerezni.