Hallo Leute, ich habe ein Board zum Aufbau eines Sensor Netzwerkes entwickelt. Ich gehe davon aus, dass der mittlere Stromverbrauch eines solchen Sensors bei rund 25mA liegen wird. Nun stelle ich mir die Frage, wie ich die Stromversorgung gestalten kann. Möglichkeit 1. Ich nehme einfach vier Eneloop XX AA-Akkus, damit ich auf 6V komme und dann 1-3 solcher Blöcke für eine längere Laufzeit. Der Vorteil ist, dass ich mich dann um nichts kümmern muss, bis auf eine Ladezustandsanzeige, die aber mit dem Mikrocontroller eh kein Problem ist. Wenn die Akkus leer sind, werden die mit einem vorhandenen Ladegerät aufgeladen. Möglichkeit 2. Ich nehme Lipos. Dann tauchen wieder einige Probleme auf. Zunächst hat ein Lipo eine Spannung von 3,7V. Das bedeutet, dass ich entweder aus den 3,7V mit einem Step-Up Wandler meine 5V machen muss oder zwei Lipos nehme und aus den 7,4V mit einem Step-Down Wandler 5V mache. Oder die 2,4V*25mA in einem Spannungsregler verheize. Dann müssen die Lipos noch geladen werden. Also muss ich entweder ein Ladegerät bauen oder eins kaufen. Und wenn im Akku-Block keine Schutzelektronik gegen Tiefentladung, Überspannung und Kurzschluss vorhanden ist, dann muss ich die auch bauen. Das sind soweit meine Überlegungen. Momentan spricht einfach vieles für die AA-Akku Lösung. Oder habt ihr noch irgendwelche Argumente? Oder habe ich an etwas nicht gedacht?
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Die Schaltung läuft zwingend mit 5 Volt? Falls du du sie auf 3,6 - 4 Volt laufen lässt, hast du die freie Wahl zwischen entweder 3 NiMHs oder einer LI-Zelle ohne weitere (Regel-)Massnahmen.
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Matthias Sch. schrieb: > Die Schaltung läuft zwingend mit 5 Volt? Die Schaltung selbst könnte ich auch mit 3V aufbauen, das wäre kein Problem. Nur brauchen die Sensoren tatsächlich 5V und da komme ich auch nicht drum herum. Und da ich nicht irgendwie mit zig Spannungen arbeiten wollte, habe ich meinen Part auch in 5V aufgebaut.
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Nico R. schrieb: > Ich nehme einfach vier Eneloop XX AA-Akkus, damit ich auf 6V komme Bei 1,1-1,3V / Zelle sind 4 Zellen für 5V etwas wenig. Gruß Anja
Anja schrieb: > Bei 1,1-1,3V / Zelle sind 4 Zellen für 5V etwas wenig. Findest du? Hier ist jetzt mal das Datenblatt einer solchen Zelle: http://www.eneloop.info/fileadmin/web_data/Data-Sheets/HR-3UWXB_data_sheet.PDF Wie du siehst, habe ich bei einer Last von 500mA eine Spannung von gut 1,25V über fast den ganzen Kapazitätsbereich. Nur gegen Ende bricht die Spannung ein. Da ich keine 500mA ziehe, sondern nur 25mA, denke ich, dass ich knapp unter 1,3V liegen werde. => 5,2V gesamt. Wenn ich dann noch einen LDO nehme, der nur 0,1-0,2V Drop Down hat, dann könnte es schon passen. Sonst... ja einfach noch eine weitere Zelle dazu nehmen. Am Prinzip wird sich ja nichts ändern.
Nico R. schrieb: > denke ich, dass ich knapp unter 1,3V liegen werde. => 5,2V gesamt. > Wenn ich dann noch einen LDO nehme, der nur 0,1-0,2V Drop Down hat, dann > könnte es schon passen. Das ist dann aber arg "auf Stoß". Wenn nur eine Zelle einen Tick schlechter ist oder etwas altert oder du einen Regler hast, dessen Dropout nicht der nominale Wert ist, sondern eher oben im Toleranzbereich, bist du sofort mit der Spannung zu niedrig. Welche Temperaturen erwartest du eigentlich? Die Angaben sind für 25°C.
Rolf Magnus schrieb: > Temperaturen erwartest du eigentlich? Die Angaben sind für 25°C. Gute Frage. Die Sensoren werden sowohl im Innenraum arbeiten, als auch außen im Freien. Ich würde deshalb sagen +45°C wenn da die Sonne draufknallt und -15° im Winter wenn es ganz kalt ist.
Nico R. schrieb: > und -15° im Winter wenn es ganz kalt ist. dann kannst Du NiMH-Akkus vergessen, bei -15° geht deren Kapazität gegen 0.
Aus wieviel Sensoren besteht denn das Netzwerk, oder wieviele Accus -> brauchst Du denn? Die AA Accus musst du bestimmt auch abschalten, wenn sie leer sind. Mit 1 Lipo Accu gäbe es folgende Möglichkeit: Beitrag "Re: LiPo Akku 3,7 V mit Wandler als USB Quelle 5 V" und nachfolgende Posts als Ladeschaltung dann: http://cgi.ebay.de/ws/eBayISAPI.dll?ViewItem&item=121161814834 (gibts auch einzeln) Laden mit einem Standard USB Ladegerät (Steckernetzteil 5V) Gruss HerrMueller
Nico R. schrieb: > Wie du siehst, habe ich bei einer Last von 500mA eine Spannung von gut > 1,25V über fast den ganzen Kapazitätsbereich. Aber nur bei ganz neuen Zellen. Das läßt nach mit der Zeit. Die Kältekurve zeigt auch eher 1.1V als 1.3V. In einem vernünftigen Design wirst Du von ca 1.0 pro Zelle Minimum ausgehen. Gruß Anja
Herr Mueller schrieb: > Aus wieviel Sensoren besteht denn das Netzwerk, oder wieviele Accus -> > brauchst Du denn? Aktuell sind fünf Knotenpunkte geplant. Es kann aber sein, dass es viele mehr werden. 20 vll. Mal sehen, wie die ersten funktionieren. Herr Mueller schrieb: > Mit 1 Lipo Accu gäbe es folgende Möglichkeit: Fünf dieser Step-Up Wandler liegen gerade bei mir auf dem Schreibtisch. Und die Ladeschaltung ist seit einer Woche auf dem Weg zu mir. Nur einen Lipo-Akku habe ich mir noch nicht bestellt. Aber mir kam dann zwischendurch die Idee mit den einfachen Akkus auf, die man da auch verwenden könnte. Aber ich höre gerade so am allgemeinen Ton, dass Lipos doch eher die bessere Wahl sind. Anja schrieb: > In einem vernünftigen Design wirst Du von ca 1.0 pro Zelle Minimum > ausgehen. Da magst du recht haben. Aber es geht mir momentan nicht so ganz um eine Zelle mehr oder weniger, die ich in Reihe schalte, um eine höhere Spannung zu erreichen, sondern allgemein um die Technologie. Bzw. welche Technologie mehr Sinn macht.
Moin, ich würde wenn es irgendwie geht AA-Zellen verwenden, denn dann brauchst du nicht für jedes neue Gerät ein neues Ladegerät, kannst im Notfall schnell bei Aldi oder Ikea ein paar Packungen Batterien kaufen und hast auch in 10 Jahren noch eine gute Chance, vergleichbare Energielieferanten irgendwo kaufen zu können. Batteriehalter, im Idealfall eine Zelle + StepUp-Wandler MCP1640 oder TPS61070 oder Tiny43U, dann brauchst du dir auch um die Abschaltung bei leerer Batterie keine Gedanken zu machen (Ni-Zellen haben keine Probleme, wenn sie ganz leer gelutscht werden - nur bei Serienschaltung, wenn die schwächste Zelle zuerst leer wird und dann "falschrum" geladen wird, wird es kritisch) 25mA*5V wären 125mW, eine gute AA-Zelle hat ca. 2.5Wh, wären also ca. 20h Betriebsdauer (abzüglich Wirkungsgrad des Schaltreglers, also am Ende vielleicht 15h) Wenn das nicht reicht - es gibt auch D-Zellen mit ca. 8Ah->10Wh oder eben eine Reihenschaltung mehrerer möglichst gleicher Zellen. Dann würde aber entweder 1-3 Zellen plus Step-Up-Regler oder 5-n Zellen+Step-Down-Regler verwenden - Kombinationen von Reihen- und Parallelschaltung begegne ich eher mit Skepsis, das kann gut gehen, aber bei Bauteiltoleranzstreuungen muss es das nicht. Wenn der Strom höher wird, wirst du irgendwann eh nicht mehr mit einer NiMH-Zelle auskommen - die Grenze liegt bei den beiden genannten Schaltreglern bei ca. 50mA Ausgangsstrom bei 5V Ausgangs- und 0.9V Eingangsspannung. In der Größenordnung könnten irgendwann dann auch diese hübschen LiPo "Power Packs" mit 5V-Ausgang und Lademöglichkeit über USB interessant werden: http://www.verbatim.com/prod/accessories/power-pack-chargers/dual-usb-power-pack-sku-97926/ LiPo-Zellen können ihre Vorteile ausspielen, wenn es a) um besonders kleine Abmessungen oder b) um besonders hohe Energiedichten (gewichtsbezogen) geht Sowas zum Beispiel: http://www.sol-expert-group.de/1-87-model-building/Batteries-and-charging-technology/Lithium-polymer-batteries/L180-Lithium-polymer-battery::361.html misst 25x20x5 mm^3 und wiegt (mit Kabel!) 4.2g bei 666mWh -> 160mWh/g - verglichen mit einer AAA-Zelle mit 0.8Ah->1Wh mit 10.5mm Durchmesser, 44mm Länge und ca. 13g -> 74mWh/g schon deutlich besser. Wenn man einen prismatischen Bauraum vorgegeben hat, kann man oft mit (prismatischen) LiPos auch mehr Kapazität darin unterbringen als mit (runden) NiMH-Zellen - wobei es auch ein oder zwei prismatische NiMH-Typen gibt, aber kein Vergleich zu den tausenden (nicht standardisierten) LiPo-Typen. Dafür sind LiPos im Zweifelsfall teurer - bei Reichelt kostet 10Wh LiPo "Power Pack" 22,50 EUR: https://secure.reichelt.de/Mobile-Powerpacks/FANTEC-RBP-26H/3//index.html?ACTION=3&GROUPID=4491&ARTICLE=127891&SHOW=1&START=0&OFFSET=16&; und 4x2,5Wh NiMH AA-Zelle 5,95 EUR: https://secure.reichelt.de/Ready-To-Use-Zellen/EM-2200AA-4/3//index.html?ACTION=3&GROUPID=4216&ARTICLE=89783&SHOW=1&START=0&OFFSET=500&; MfG, Arno
Die Entscheidung, wie du von den 7,4-8,2V (2xLiIon) bzw. 5,5-7,5 (5xNiMH) zu konstanten 5V kommst, also ob Schaltregler oder Linearregler ist erstmal unabhängig von der Wahl der Akkus. Wobei sich bei letzteren schon ein Linearregler anbietet. Für die Akkus würde aus dem Bauch heraus die Lösung mit Mignonzellen empfehlen. Die Gründe: Verfügbarkeit zum Nachbauen oder Ersetzten der altersschwachen Akkus in ein paar Jahre dürfte bei Mignon besser sein, als bei einem Lipos mit spezifischen Abmessungen. Lipos können beim Laden unangenehm werden. Ist zwar unwahrscheinlich, kann aber passieren. Die Voraussetzungen: 20 Stück, daher Stückpreis egal -15°C bis 45°C Das würde ich mir genauer anschauen: Temperaturkennlinie Lebensdauer
Ich würde LiIon-Akkus nehmen und sie nur bis auf 3.93V aufladen. Bei spätestens 3.6V sollten sie dann wieder aufgeladen werden. Es gibt LiPo-Akkus (Rundzellen) mit Standardabmessungen und zugehörige Akkuboxen. Um 5V herzustellen schaltet man einen kleinen StepUp Wandler dahinter. Da die Temperatur nicht unter 10°C fallen sollte würde ich meine Schaltung in Styropor einpacken und einen Heizwiderstand zur Schaltung + NTC und OpAmp hinzufügen um die Temperatur erhöhen zu können. Das Gehäuse noch weiß anstreichen und schon ist dein Sensornetzwerk einsatzfähig.
Ein Zelltyp wurde noch gar nicht angesprochen, der die Vorteile der Lipo-Technik mit der unkomplizierten Handhabung der NiMH vereint - Die LiFe -Zellen, welche mit 3,3V Nennspannung, sehr langer Lebensdauer (3x LiPo) und in verschiedenen Formfaktoren erhältlich sind. Mit 2 Zellen hat man einen gute Basis für den Einsatzzweck. Beispiele hier: http://www.modellbaufuchs.de/prismatische_lifepo4_akkus.html http://www.hoelleinshop.com/Elektroflug/Akkus-LiPo-Equalizer-Akku-Zubehoer/LiFe-PO4-Lithium-Eisenphosphat.htm?shop=hoellein&SessionId=&a=catalog&t=49302&c=31915&p=31915
>Es kann aber sein, dass es viele >mehr werden. 20 vll. Mal sehen bei 3*4 AA also schlappe 240 Akkus die dann > Wenn die Akkus >leer sind, werden die mit einem vorhandenen Ladegerät aufgeladen. viel spass...
Warum versorgst Du die Sensoren nicht über das Kabel, mit dem Sie vermutlich Ihr Daten loswerden? viel Erfolg Hauspapa
1.Wenn Akkus ins Spiel kommen, sollte man auch an die Entladecharakteristik denken. Ein NiMH.Akku geht langsam zu Ende, während ein Li-Typ ein steileres Ende hat. Bei der Menge der nötigen Akkus wären Netzteile sicher die kostengünstigere Variante. Es bleibt jedoch die Frage, was bei Spannungsausfall noch gespeichert werden soll. 2.Auch DC/DC-Wandler haben einen Eigenverbrauch! Deswegen sollte man besser eine Schaltung suchen, die ohne diese gut funktioniert. 3.PoE? http://de.wikipedia.org/wiki/Power_over_Ethernet
Arno schrieb: > (Ni-Zellen haben keine Probleme, wenn sie ganz leer gelutscht werden - Akkus sind ja eine Wissenschaft für sich, und jeder sagt was anderes. Mein letzter Stand dazu ist, daß es NiCd nichts ausmacht, NiMH aber schon.
Rolf Magnus schrieb: > Arno schrieb: >> (Ni-Zellen haben keine Probleme, wenn sie ganz leer gelutscht werden - > > Akkus sind ja eine Wissenschaft für sich, und jeder sagt was anderes. > Mein letzter Stand dazu ist, daß es NiCd nichts ausmacht, NiMH aber > schon. Dann müssten meine nicht-Eneloop-NiMH-Zellen, die ich vielleicht 1x im Jahr oder alle zwei Jahre brauche, schon defekt sein. Nach vier-fünf-sechs Monaten sind die nämlich durch Selbstentladung "von ganz alleine" leer. Ich vermute deswegen, diese These kommt von Akkupacks. Aber ich stimme dir in dem Punkt zu, dass jeder was anderes sagt :) und bin deswegen auch nur 90% sicher. MfG, Arno
Hauspapa schrieb: > Warum versorgst Du die Sensoren nicht über das Kabel, mit dem Sie > vermutlich Ihr Daten loswerden? Weil es viel einfacher ist, einfach irgendwo in eine Ecke mit unbekannter Infrastruktur eine Box hinzustellen und wenn man fertig ist, einfach die Box wieder einzusammeln. Bei Kabelverbindungen gibt es Kurzschlüsse, Bruchstellen im Kabel und noch zig andere Späße. Genau deshalb habe ich mich auch für eine Funkübertragung entschieden. Im Übrigen ist das Netzwerk so ausgelegt, dass ein Node seine Daten über ein anderes Node übertragen kann. Damit sind theoretisch unendlich große Netzwerke möglich.
Nico R. schrieb: > Bei Kabelverbindungen gibt es Kurzschlüsse, Bruchstellen im Kabel und > noch zig andere Späße. Genau deshalb habe ich mich auch für eine > Funkübertragung entschieden. Wer Funk kennt, nimmt Kabel. :-) Gruss Harald
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Harald Wilhelms schrieb: > Wer Funk kennt, nimmt Kabel. :-) Ich kenne Funk, Cornelius mit dem Vornamen - ist auch so ein Sicherheitsfanatiker und arbeitet bei L. in K. Und ja, Kabelsalat ist gesund, ich weiß. Aber trotzdem nehme ich lieber die Wireless Datenübertragung.
Angehängte Dateien:
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Kanal_voll.JPG
34 KB
§1: Wer Funk kennt, nimmt Kabel oder §2 Lernen durch Schmerz. 3.Akku und Selbstentladung kommt auf den Typ an. Eneloop hält länger als ein Urlaub, billige AA sicher nicht. Mehr da http://batteryuniversity.com/partone-german.htm
oszi40 schrieb: > §1: Wer Funk kennt, nimmt Kabel oder §2 Lernen durch Schmerz. Hand aufs Herz, schließt du deinen Wagen immer mit dem Schlüssel auf?
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