Solcelledrift med MPPT og separat BMS

Solcelledrift av Meshtastic T114-noder eller liknende, med MPPT og separat BMS

Heltec T114-noder (HELTEC_MESH_NODE_T114) bruker en LGS4056H som lader, en lineær lader med en overspenningsbeskyttelse (OVP) som slår ut på cellespenninger over 6,5V. Skal man kjøre disse solcelledrevet med paneler som normalt leverer 7-9V i tomgang, er det bedre å ta batteriladingen utenfor T114-boardet, direkte til battericellen(e). Dette oppsettet bruker to separate, rimelige kort for å løse dette: en MPPT-lader og et eget batteribeskyttelseskort (BMS).

Kort funksjonalitet

Oppsettet består av tre trinn i serie:

1. MPPT-solcellelader (CN3791-basert): Tar imot solpanelet og finner panelets maksimale effektpunkt (MPPT) kontinuerlig, uavhengig av lysforhold. Lader battericellen med konstant strøm, deretter konstant spenning til 4,2V.
2. BMS (DW01A/8205A-basert): Battericellene kobles direkte til BMS-ens betteriside (B+/B-). MPPT-laderens batteriside kobles parallelt til samme punkt. Kontaktene er paralellkoplet.
3. Forbruker (T114): Kobles til BMS-ens forbruksside (OUT+/OUT-), ikke direkte til cellene. BMS-en kutter forbruket ved dyputlading eller overstrøm(ved USB Nødlading).

Viktig presisering om ansvarsfordelingen mellom de to kortene: siden MPPT-laderen er parallellkoblet direkte på celleside (B+/B-) og ikke går via BMS-ens MOSFET-er, er det ikke BMS-en som stopper lading ved overladning. Det er MPPT-laderen (CN3791) selv som avslutter ladesyklusen når cellen når 4,2V, akkurat som den ville gjort uten BMS til stede. BMS-ens overladningsdeteksjon (4,3V) virker kun på USB-inngangen til BMS-kortet (“nødladeren”), siden den ladeveien faktisk går gjennom BMS-ens MOSFET-er. BMS-ens dyputladings- og overstrømsbeskyttelse gjelder forbrukersiden (OUT+/OUT-), altså T114.

Grunnen til at BMS-en likevel er nødvendig i tillegg til MPPT-laderen: CN3791-kretsen har ingen egen utladningsbeskyttelse på forbrukersiden, den håndterer kun ladesiden. Uten en separat BMS foran T114 kan cellen dyputlades helt ned mot 0V i lange mørketimer, spesielt fordi nRF52-brikken i T114 mangler pålitelig egen deep-sleep-beskyttelse ved lav batterispenning. Det kan også være praktisk å kunne lade batteribanken med USB når den er til service eller liknende.

Koblingsskjema

Tekniske data

MPPT-lader (CN3791)

• IC: CN3791, konstant strøm/konstant spenning Li-ion-lader med MPPT-funksjon, PWM step-down (buck)-arkitektur
• Inngangsspenning: velges ved DIP-bryter mellom forhåndssatte spenningsdelere for 5V, 6V, 9V eller 12V nominell panelspenning. Bryteren endrer MPPT-settpunktet, ikke selve inngangsområdet
• Utgang: nominell 3,7V, ladespenning 4,2V ±1%
• Maks ladestrøm: 2,4A (satt av 0,050Ω sense-motstand på testet eksemplar)
• PWM-frekvens: 300kHz
• Arbeidstemperatur: -40°C til +85°C
• Mål: 45×20×9,5mm
• Viktig begrensning: ingen batteribeskyttelse innebygd, kun ladefunksjon. Ingen reverspolaritetsbeskyttelse på testet eksemplar (kun Schottky-diode, ingen inngangs-MOSFET)

BMS (DW01A + 8205A)

• DW01A: batteribeskyttelses-IC i SOT-23-6-pakke, styrer to eksterne MOSFET-er via 8205A for å bryte lade- eller utladingsbanen ved feiltilstand
• Overladningsdeteksjon: 4,3V ±50mV, gjenopprettes ved 4,1V
• Dyputladingsdeteksjon: 2,4V, gjenopprettes ved 3,0V
• Overstrømsdeteksjon: 150mV terskel over 8205A sin kanalmotstand (typisk rundt 3A)
• Kvilestrøm: svært lav (mikroampere-nivå), tømmer ikke battericellen nevneverdig ved lagring

Solpanel

• Nominell spenning: 6-7V
• Effekt: 3-5W

Battericelle

• Type: 1S LiPo/18650, 3,7V nominell
• Kan parallellkobles for økt kapasitet, alle celler på samme BMS-node

Kjente begrensninger og fallgruver

• CN3791-modulen du kjøper bør reflektere solpanelets spenning. Feil valg gir ikk eoptimal MPPT-sporing, ikke nødvendigvis skade, men redusert ladeeffektivitet. Typeisk for 5-7V solpanel velg 6V varianten.
• BMS-ens dyputladingsterskel på 2,4V er lavere enn enkelte andre BMS-varianter (f.eks. 2,9V), og gir noe mindre reserve mot cellenedbrytning ved gjentatt dyputlading, men er fortsatt innenfor trygge grenser.
• Ikke bruk denne MPPT-laderen til annet enn 1 selle pakker og Li-ion batterier. Du kan derimot paralellkople så mange du ønsker av sellene til den kapasiteten du ønsker. NB. Pass på at de har nesten identisk polspenning når du paralellkopler dem!

Innkjøpsliste

• MPPT solcellelader, CN3791-basert, 6V-variant eks: https://www.aliexpress.com/item/4000371101272.html
• BMS/beskyttelseskort, DW01A + 8205A eks: httpshttps://www.aliexpress.com/item/32621399438.html
• Solpanel, 6-7V, 3-5W eks: https://www.aliexpress.com/item/1005008792084226.html
• 18650 battericelle(r), eller bygg batteri selv av PC batterier eller liknende. Evt kjøp: https://www.aliexpress.com/item/1005007355502462.html