Solarbox PowerBank

Diese Seite beschreibt ein Teilprojekt der SolarBox

SolarBox Powerbank

Prototyp V0.1

Dies ist eine einfache Grundschaltung für einen LiFePo4-Laderegler.

Schema

Links oben ist der externe Input, das kann ein 9 bis 12V Netzteil sein, oder auch ein Solarpanel. Gleich am Eingang befindet sich eine 10A-Sicherung, selbiges nochmal rechts unten am Ausgang. Durch erstere wird die Schaltung vor Überstrom aus dem Solarpanel geschützt und durch letztere der Verbraucher vor Überstrom aus dem LiFePO4-Akku. D4 ist eine Z-Diode als Überspannungsschutz. R2 und R4 bilden den ersten Spannungsteiler mit dem die eingehende Spannung gemessen wird und sind mit einem Analogeingang vom Arduino verbunden. Als nächstes folgt Transistor Q1 welcher einen MOSFET Q2 treibt und sein Signal aus einem PWM-fähigen Digitalausgang (D6) des Arduino erhält.

Bis hierhin geht der Eingangsbereich in welchem die Spannung durch die Eingangsspannung Vin (bzw. Vsolar) vorgegeben wird. Diese Spannungkann nun durch den Mosfet mittels PWM "gechoppt" werden und erhält eine einstellbare und steuerbare Spannung, mit der man z.B. den Verlauf einer bestimmten Ladekurve vorgeben kann, d.h., ab hier folgt nun ein Bereich, in welchem die Spannung diejenige ist, die an der Batterie anliegt (Vbat). Doch zunächst wird noch durch Diode D3 verhindert, das es z.B. bei fehlender Sonneneinstrahlung oder nachts zu einem Rüpckstrom aus den Batterien kommt, der diese leersaugen würde.

Als nächstes folgt ein ACS714 Hall Sensor, mit welchem die eingehende Stromstärke gemessen wird und der demzufolge auch mit einem Analogeingang vom Arduino verbunden ist. Der hier gemessene Strom ist eine Summe aus dem Ladestrom der in die Batterie geht, plus dem Strom der an einen etwaigen Verbraucher geht; abgesehen von einem weiteren externen Verbraucher muss damit zumindest der Arduino versorgt werden (weclher ja über den Mosfet den Strom überhaupt erst hereinbringt). Kurz nach dem ACS714 folgt ein Jumper, der gebrückt ist. Man kann dort ein Multimeter ranhängen und die gemessenen Werte mit denen vom ACS714 abgleichen.

Nun folgt der Batterieeingang, an welchem sich zwei LiFePo4-Akkus mit zusammen 6.4V Nennleistung und z.B. 10Ah Kapazität befinden. Gleich dahinter wird aus R3 und R5 der zweite Spanmnungsteiler gebildet, mit welchem die Spannung im Batteriekreis vom Ardino gemessen wird.

Danach folgt ein einstellbarer S18V20ALV Buck/Boost/Stepup/Stepdown-Konverter, welcher die jeweils anliegende Spannung runtertransformiert auf exakt 5V. Damit ist es egal ob der Arduino gerade einen Ladealggorthmus im batteriekreis ablaufen lässt oder wie stark die Sonneneinstrahlung ist - der Arduino und auch ein etwaiger Verbraucher kriegen immer genau die 5V.

Darum folgt als nächstes eine Abzweigung zum 5V-Spannungskreis des Arduino. Dieser hat zwei mögliche Eingänge, einmal 5V, welcvher eine geregelte 5V-Spannung erwartet und in diesem Fall auch bekommt. Man könnte aber auch über den Arduino-"Haupteingang" einspeisen, der mit Spannungen bis zu 20V noch klarkommt, weil ein 7805-Spannungsregeler gleich dahinhergeschaltet ist, aber das würde letztlich eine Verschwendung von Energie bedeuten, da der Spannungsüberschuss am 7805 einfach sinnlos verheizt würde.

Anschliessend folgt noch die zweite 10A-Sicherung und der Anschluss für den externen Verbraucher, z.B. ein Laptop oder ein Mobile-Device. D.h., dieser Ausgang sollte ausser einer Anreihklemme auch noch als USB-Buchse ausgeführt sein.