ESP8266 verhalten bei Unterspannung

Hallo,

du hast leider keine Angaben zu den verwendeten AA-Batterien gemacht. 
Ich gehe mal von Alkaline aus.

Ich hatte auch Tests mit dem ESP gemacht und komme zu dem selben 
Ergebnis. Das Problem liegt aber in der Unterversorgung des ESP. Er kann 
halt mit einer solch niedrigen Spannung nicht arbeiten. Laut Datenblatt 
3,0 bis 3,6V wobei der ESP bei mir noch deutlich tiefer arbeitet. Das 
Problem ist aber die Entladekurve der AA Batterien. Es liegen relativ 
schnell schon Spannungen unter 3V an:

https://de.wikipedia.org/wiki/Alkali-Mangan-Zelle#/media/Datei:Aa-alkaline-100_c-v.png

Die AA-Batterien sind anschließend also kaum entladen. Ich bin daher 
dazu übergegangen LiFePo4-Akkus zu verwenden. (in 18650er Bauform) Die 
Entladekurve ist relativ optimal und geht erst kurz vor Ende der 
Lebenszeit unterhalb von 3v.

Du kannst aber auch Lithium Batterien verwenden (z.B. CR123 oder als AA) 
die Entladekurve ist zwar immer noch nicht optimal, aber besser als bei 
den Alkaline Batterien.

Achso noch ein Hinweis zu dem LiFePo4, die Lagerungsdauer ist begrenzt, 
wenn du mehrere Jahre abdecken möchtest, ist der LiFePo4 nicht geeignet 
und du solltest Lithium Batterien verwenden.

Welches Problem? Sind die Batterien leer, wenn die Spannung soweit 
abgesunken ist, dass der ESP nicht mehr einschaltet? Dann kann es dir 
doch egal sein.

Sind sie es nicht und du willst, dass der ESP auch mit "fast leeren" 
Batterien läuft? Dann brauchst du höhere Spannung. Dabei hilft entweder 
eine dritte (und vierte?) Zelle plus ein 3V-LDO (z.B. NCV8161) oder ein 
Schaltregler, z.B. ein L6920D. Der dürfte allerdings vermutlich in 
deiner Anwendung zu viel Ruhestrom verbrauchen. Also richtiges Power 
Management machen, z.B. den Schaltregler bei Bedarf mit einem kleinen µC 
einschalten.

Nur den Controller bei Unterspannung auf Reset ziehen (dafür gibt es 
Brownout-Detector-ICs) löst dein Problem ja noch nicht, oder?

MfG, Arno

rrhan schrieb:
> Die Entladekurve ist relativ optimal ...

Ein Satz, der sich selbst ad absurdum führt. Entweder sie sind optimal 
oder eben nicht. Relativ optimal ist Unfug³

Ich würde einmal einen 20F Superkondensator parallel zur Batterie 
verwenden.
Der ESP8266 benötigt impulsförmig einen hohen Strom während des 
Sendevorganges.

Dieser Superkondensator stellt unabhängig vom Innenwiderstand der 
Batterie, dieser nimmt mit der Entladung stätig zu, diesen hohen Strom 
zur Verfügung. Damit bricht die Versorgungsspannung nicht ein. Die 
gleichmäßige geringere Belastung schon die Batterien.

Bei meiner Anwendung können mit zwei parallel geschaltete Batterien 
LS14500 (2x 2400mA/3,7V) über 36000 UDP Telegramme ausgetauscht werden, 
bevor sich die Batterien erschöpfen.

Ralf schrieb:
> Ab einer best. Spannung schaltet der ESP8266 aber nicht mehr
> ab und bleibt in einer Art Zombie-Zustand hängen.

Korrekt. Für ungeschützte Lithium Akkus ist das schlecht, weil er sie 
dann kaputt entleert. Daher sollte man Lithium Akkus mit (integriertem) 
Tiefentladeschutz verwenden.

rrhan schrieb:
> Laut Datenblatt 3,0 bis 3,6V wobei der ESP bei mir
> noch deutlich tiefer arbeitet.

Schau mal ins aktuelle Datenblatt, es bestätigt deine Beobachtung.

Sven B. schrieb:
> Das aktuelle Datenblatt spricht von 2,5 bis 3,6V

Unter 3V sind Li-Zellen so gut wie leer!

Das Problem ist der, mit der Entladung, zunehmende Innenwiderstand. Es 
reicht wenn beim Senden die Spannung kurz einbricht (vermutlich bleibt 
der ESP deshalb auch im Sendebetrieb hängen).

Daher ist wichtig diese Spannungseinbrüche mit geignete Maßnahmen zu 
verhindern. Nur so kann man die Batteriekapaziät voll ausschöpfen.

Ich habe dies mit einem 20F LIC erreicht. Der LIC sorgt dafür das der 
Innenwiderstand der Stromversorgung bis zum Lebensende der Batterie und 
250mOhm bleibt.
Der LIC ist zwar nicht billig, aber spätestens nach drei Batteriesätze 
amortisiert.

rrhan schrieb:
> Achso noch ein Hinweis zu dem LiFePo4, die Lagerungsdauer ist begrenzt,
> wenn du mehrere Jahre abdecken möchtest, ist der LiFePo4 nicht geeignet
> und du solltest Lithium Batterien verwenden.

Was willst Du uns damit sagen? Das "Li" in LiFePO4 steht für 
Lippenstift, das sind keine Lithium Batterien?

Hier liegen zwei LiFePO4 in der Bauform 9V-Block, also je drei Zellen in 
Reihe. Vor genau einem Jahr geladen, haben die gerade mal um 70mV (= 
25mV/Zelle) Leerlaufspannung verloren.

Ich interpretiere also, dass auch diese keine nennenswerte 
Selbstentladung habe - wie ich es von ordentlichen LiIon gewohnt bin.

Verwechselst Du die eventuell mit NiZn-Akkus, deren Beschreibungen mich 
bislang von einem Kauf abhalten?

Im Anhang Stromverbrauch.jpg sieht man wie der 20F LIC die Stromentnahme 
aus der Li-Batterie glättet.

Die Stromaufnahme des ESP8266 liegt beim Senden über 80mA. Dieser Strom 
würde die Li Primärzellen sehr stark belasten (siehe Datenblatt LS1R500. 
pdf).

Der LIC glättet diesen Stromstoß auf 0,8mA. Dieser Strom wird von den 
Li-Zellen auch gegen Ende der Lebensdauer gut vertragen.

So erreiche ich mit einem Batteriesatz 2 Jahre und kann am Ende noch 
zuverlässig eine Batteriewahrnung ausgeben.

Manfred schrieb:
>
> Was willst Du uns damit sagen? Das "Li" in LiFePO4 steht für
> Lippenstift, das sind keine Lithium Batterien

Lithium Batterien =
https://de.m.wikipedia.org/wiki/Lithiumbatterie

Und LiFePo4 =
https://de.m.wikipedia.org/wiki/Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator

Und wenn du das noch in Bezug zu meinem vorherigen Post setzt sind 1.5v 
AA Lithium Batterien bzw. 3.0v CR123 Batterien gemeint.


Die Selbstentladung von LiFePo4 ist allgemein höher als bei anderen 
gängigen Lithium Zellen. Scheinbar aber ausreichend für Jahrelangen 
Betrieb.

Apollo M. schrieb:
> hast du diese batterien simple parallel geschaltet - etwa ohne
> balancing?!

Ich habe die beiden Li-Primärzellen mit Schottkydioden entkoppelt.

Da verliere ich zwar 0,1 bis 0,2V aber die frischen haben zwischen 3,7 
und 3,8V und liegen daher knapp an der Grenze von ESP8266, MSP430G2553 
und LIC.

Ausserdem nimmt die Stromaufnahme von ESP und MSP mit dem Quadrat der 
Spannung zu.
So hilft, auch wenn es eigentümlich aussieht,  der Stromabfall an den 
beiden Schottkydiode Strom zu sparen.

Der LIC und die beiden Batterien ermöglichen einen Batteriewechsel ohne 
Betriebsunterbrechung. Es gehen keine Inhalte im SRAM des MCs verloren.

Zum Hänger des ESP8266 im Sendebetrieb  :

Der ESP kann zwar mit 2,6V laut DB noch betrieben werden, aber der 
Spannungssprung durch das Einschalten des Senders bringt die PLL außer 
Tritt. Der Sender wird abgeschaltet und wieder eingeschaltet und so 
wiederholt sich das Problem (so meine Vermutung).

Bei Li-Akkus ist es daher wichtig, das Ende Batterien rechtzeitig zu 
erkennen, Per Funk zu melden und den Señor in einen sicheren Zustand zu 
bringen. So kann eine Tiefentladung vermieden werden. Das ist aber bei 
Primärzellen kein Thema, außer bei Alkalibatterien,  die bei 
Tiefentladung ausrinnen können.

GEKU schrieb:
> PLL außer Tritt

https://www.intel.com/content/www/us/en/programmable/support/support-resources/operation-and-testing/pll-and-clock-management/pll-loss-lock.html

Stefan F. schrieb:
> Korrekt. Für ungeschützte Lithium Akkus ist das schlecht, weil er sie
> dann kaputt entleert. Daher sollte man Lithium Akkus mit (integriertem)
> Tiefentladeschutz verwenden.

Ich habe mir bei meinen Projekt bei der Überprüfung der Messung der 
Spannungsversorgung durch den  MSP430G2553  die Problematik angesehen.

Beitrag "Re: Eigenartiges Verhalten von Li-Batterien"

Der ESP8266 funktioniert bei meiner Anwendung bis zu 2,3V herunter 
einwandfrei.

Unter dieser Versorgungsspannung ist nicht nur die Funktion nicht 
gegeben, sondern der Modul beleibt unter hohem Stromverbrauch, sowie 
Erwärmung, hängen. Bis zur vollständigen Erschöpfung der Batterien.

Da ich mir, wegen des LICs, keine Endladen unter 2,2V erlauben darf muss 
ich zwei Maßnahmen setzen:

1.) Abtrennen des ESP8266 von der Spannungsversorgung wenn diese unter 
2,5V fällt.
2.) Überwachung der Zeit, während der ESP8266 aktiv ist. Werden 10s 
überschritten, dann erfolgt eine Zwangstrennung von der 
Spannungsversorgung.

Diese Maßnahmen können beendet werden, wenn die Spannungsversorgung sich 
erholt hat und die Spannung über 2,6V gestiegen ist.

Fällt die Spannungsversorgung unter 2,6V, dann wird eine Batteriewarnung 
ausgegeben, sodass diese bei Gelegenheit getauscht werden kann.

Klingt sinnvoll.

GEKU schrieb:
> Endladen

natürlich Entladen!

Dieses eigenartige Verhalten spricht daher für eine CO-Kontroller wie 
z.B. der MSP430G.

Ich habe diesen verwendet nachdem ich von den Schwierigkeiten mit dem 
Aufwecken des ESP8266 im Internet gelesen habe.

Gerade bei Geräten in sicherheitstechnischen Anwendungen steht 
Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit an erster Stelle. Da gibt es keine 
Kompromisse.

GEKU schrieb:
> Die Stromaufnahme des ESP8266 liegt beim Senden über 80mA.

Eine Satz wie: "Die Stromaufnahme des ESP8266 liegt beim Senden über 
1mA" hätte ungefähr die selbe Aussagekraft :-(

Beim Senden zieht der ESP8266 um die 350mA.

Wolfgang schrieb:
> GEKU schrieb:
> Die Stromaufnahme des ESP8266 liegt beim Senden über 80mA.
>
> Eine Satz wie: "Die Stromaufnahme des ESP8266 liegt beim Senden über
> 1mA" hätte ungefähr die selbe Aussagekraft :-(
>
> Beim Senden zieht der ESP8266 um die 350mA.

Die  80mA  sind laut Datenblatt ein  Durchschnittswert  und kann mit 
dem Spitzenwert von 350mA nicht verglichen werden.

Für den Energieverbrauch ist der Durchschnittswert aussagekräftiger.

Bei für 10s eingeschaltetem Module sind das ca. 10s x 80mA x 3,6V = 3Ws

Bei der in meiner Anwendung eingesetzte Batteriesatz von 2x 2600mAh / 
3,6V können mindestens 20000 Telegramme ausgetauscht werden, was in der 
Praxis auch der Fall ist. 8 Melder sind seit April 2019 in Betrieb. Es 
musste insgesamt  ein  Batteriesatz getauscht werden, dort wurde diese 
Anzahl überschritten.

n = 2x 2,6Ah x 3,6V x 3600s = 22464

GEKU schrieb:
> Die  80mA  sind laut Datenblatt ein  Durchschnittswert  und kann mit
> dem Spitzenwert von 350mA nicht verglichen werden.

Die 80mA sind kein Durchschnittswert, sondern die Stromaufnahme bei 
Empfang, also wenn der ESP nicht schläft. 350mA ist nicht eine 
auftretende Spitze, sondern die Stromaufnahme während des Sendens 
(beides gemessen).

Ohne zusätzliche Maßnahmen muss die Li-Zelle mit ihrem ggf. steigenden 
Innenwiderstand diese 350mA liefern, wobei die Klemmspannung für den 
ESP8266 nicht aus dem zulässigen Bereich rutschen darf. Mit einem Elko 
über der Versorgungsspannung kann man den Strom, denn die Zelle während 
des Sendens liefern muss, allenfalls abmildern, aber muss dabei die 
Entladekurve berücksichtigen. Auch die Elko-Spannung fängt sofort an 
einzubrechen, wenn die Zelle nicht nachliefern kann und der Elko muss 
dann so dimensioniert sein, dass auch am Ende einer längeren Aussendung 
die Spannung noch ausreicht.

Wolfgang schrieb:
> Die 80mA sind kein Durchschnittswert, sondern die Stromaufnahme bei
> Empfang, also wenn der ESP nicht schläft.

Geht aus dem DB für mich aus den Unterlagen nicht so hervor. (Siehe 
erstes Bild)

Aber vielleicht  gibt es noch einen anderen Hinweis im Dokument.

Der Strom beim Empfang liegt typischen zwischen 50 und 56mA (siehe 
zweites Bild)

GEKU schrieb:
> Geht aus dem DB für mich aus den Unterlagen nicht so hervor. (Siehe
> erstes Bild)

Du kannst die Fakten gerne ignorieren. Aber die 350 mA sind von vielen 
Seiten bestätigt und gemessen, egal ob das nun im Datenblatt explizit 
aufgeführt ist oder nicht.

Wolfgang schrieb:
> Du kannst die Fakten gerne ignorieren.

Du meinst deine Behauptung...

Meine Messungen decken sicher eher mit diesen Ergebnissen hier:
https://www.bakke.online/index.php/2017/05/21/reducing-wifi-power-consumption-on-esp8266-part-1/

https://www.cron.dk/esp8266-on-batteries-for-years-part-5/

Also Peaks von etwa 150-180 mA

Der erste Link ist interessant. Ich hätte nicht gedacht, dass man bei 
fixer IP (ohne DHCP) so viel Energie sparen kann.

Der zweit Link funktioniert bei mir nichts.

Trotzdem danke für die Info.

GEKU schrieb:
> Der zweit Link funktioniert bei mir nichts.

Komisch bei mir funtioniert er. Hier das Diagram aus dem Artikel

Tek schrieb:
> Also Peaks von etwa 150-180 mA

Man sollte vielleicht für die Messung eine Zeitauflösung wählen, die 
deutlich höher als die Pulsdauer ist. Sonst wird das nichts. Die Pulse 
sind wenige Millisekunden lang, gemessen mit etwa 10kHz Bandbreite des 
Stromsensors - brauchst du aber nicht glaubten, wenn es dir nicht in den 
Kram passt.

Wenn ESP Module mit dem AP verbunden sind, nehmen sie durchschnittlich 
70 bis 100mA auf, je nach Netzauslastung und Distanz zum AP.

Beim Senden nehmen sie kurze Impulse von bis zu 435mA auf. Ich selbst 
habe 350mA gemessen. Die Impulse sind so lang, dass man die ganze 
Stromversorgung darauf auslegen muss. Mit Kondensatoren auf der 3,3V 
Schiene bekommt man das nicht vernünftig weg gebügelt.

Es gibt Programmieradapter, die mit einem schwachbrüstigen LDO die 3,3V 
aus dem USB Port beziehen. Dort wird der LDO mit einem extrem großen 
Elko (typisch 1000µF) unterstützt. Zum Flashen reicht das, aber nicht 
für zuverlässigen Betrieb.

Der ESP8266 startet ab 2,5V und toleriert danach ein Absacken der 
Spannung auf 2,3V. Aber er mag keine schnellen Sprünge in der Spannung. 
Langsame Änderungen (z.B. durch Entladen einer Batterie) macht er 
hingegen ohne Probleme mit.

Hierzu empfehle ich
https://www.ondrovo.com/a/20170205-esp-self-destruct/
https://www.ondrovo.com/a/20170207-esp-consumption/

Stefan F. schrieb:
> Mit Kondensatoren auf der 3,3V Schiene bekommt man das nicht vernünftig
> weg gebügelt.

Dem kann ich nur zustimmen. 0,4mF Kerko haben nichts gebracht. Daher der 
20F LIC.

Ich werde mir  bei Gelegenheit den Unterschied zwischen der AA 
Li-Primärzelle  und zweier on Serie geschalteten  AA Alkaliebatterie 
bezüglich des Einschaltverhaltens des ESP8266 ansehen. Mit und ohne LIC.

Bernd S. schrieb:
> Das könnte dann zu dem genannten Ausfall geführt haben, wenn es länger
> als ca. 30 sec. dauert

Das bestärkt mich darin die Dauer für das durchgehende Anliegen der 
Versorgungsspannung zu begrenzen. So wird, im Fehlerfall, nicht nur eine 
Tiefentladung vermieden, sondern auch der Modul vor Zerstörung bewahrt.

GEKU schrieb:
> Ich werde mir  bei Gelegenheit den Unterschied zwischen der AA
> Li-Primärzelle  und zweier in Serie geschalteten  AA Alkalibatterien
> bezüglich des Einschaltverhaltens des ESP8266 ansehen. Mit und ohne LIC.

Ich habe einen Vergleich zwischen zwei in Serie geschaltet 
Alkali-Zellen Größe AA und einer Li-SOCl2 Zelle der Größe AA 
(LS14500) durchgeführt.

Zwischenergebnis :

Nach nur 17 Tage waren die Alkalibatterien scheinbar leer. Es kam zu 
Restarts (siehe auch Ausfall 2019-12-07). Nach dem 3. Restart blieb der 
ESP8266 im Sendebetrieb hängen. Der Modul muss abgeschaltet werden bevor 
dieser Zustand eintritt!

Ursache dürfte der mit der Entladung größer werdende Innenwiderstand der 
Batterien sein. Die 4x 100uF keramische Kondenstoren reichen nicht aus!

Ich habe dann einen LIC mit 20F parallel zu den beiden Batterien 
geschaltet.
Siehe da, der Melder läuft seit dem einwandfrei weiter, die Spannung hat 
sich wieder auf über 2,8V erhöht (siehe Alkali AA - LiSoCl2 AA.jpg blaue 
Kurve).

Wodurch kommt diese Spannungserhöhung zustande?

Ich bin gespannt wie lange die Batterien mit dem LIC halten.

GEKU schrieb:
> Wodurch kommt diese Spannungserhöhung zustande?

Vielleicht liegt es an dem Zeitpunkt deiner Messung bezogen auf die 
Belastung durch den Sende-Burst

Wolfgang schrieb:
> Vielleicht liegt es an dem Zeitpunkt deiner Messung bezogen auf die
> Belastung durch den Sende-Burst

Die Messung ist Bestandteil der Meldersoftware und wird stündlich vorm 
Senden eines Telegramms durchgeführt, also immer unter gleiche 
Bedingungen.

Ich werde den LIC entfernen und bobachten ob der Melder in das Verhalten 
vor dem Einfügen des LICS zurück fällt.

GEKU schrieb:
> Ich werde den LIC entfernen und beobachten ob der Melder in das Verhalten
> vor dem Einfügen des LICS zurück fällt.

Nach entfernen des LICS fällt die Spannung auf 2,6V ab und die Restarts 
beginnen.

GEKU schrieb:
> Die Messung ist Bestandteil der Meldersoftware und wird stündlich vorm
> Senden eines Telegramms durchgeführt, also immer unter gleiche
> Bedingungen.

Vorm Senden ist die Batterie relativ ausgeruht. Die Probleme entstehen 
beim Senden. Der Spannungseinbruch durch den Sendepuls zwingt die 
Batterie auf Grund des gestiegenen Innenwiderstandes in die Knie und - 
BAM Reset (wenn du Glück hast).

Gerald K. schrieb:
> Parallelschaltung eines 10F LICs
Was genau ist ein 10F LIC?

Danke.

Mir ist noch nicht ganz klar, ob der angegebene Leckstrom hauptsächlich 
von der Spannungsdifferenz abhängt:
https://asset.conrad.com/media10/add/160267/c1/-/en/001663719DS01/datenblatt-1663719-vinatech-vlcrs3r8206mg-lic-kondensator-20-f-38-v-15-o-x-h-10-mm-x-30-mm-1-st.pdf
Seite 8, letztes Bild


Und würde es nicht auch ein kleinerer Kondensator tun?
Es sollte doch reichen, wenn man die hier gezeigte Verbrauchsspitze 
abfängt: Beitrag "Re: ESP8266 verhalten bei Unterspannung"

Bernd S. schrieb:
> Hallo zurück,
> ich möchte die hoch wissenschaftliche Diskussion gern mal unterbrechen
> und auf den Eingangspunkt zurückkommen: Ich habe ein ähnliches Problem
> mit einem ESP8266-07, der mit einem BME280-Sensor die Temperatur,
> Luftfeuchte und -druck misst und per WLAN an meinen RasPi sendet. Als
> Spannungsversorgung ist ein LiPo-Akku (3,7 V, 1300 mAh) mit einer
> Ladeschutzschaltung TP4056 vorhanden, an die eine Solarzelle (5V, 30 mA
> ) angeschlossen ist. (s. Bilder - dort ist allerdings für den defekten
> ESP07 ein ESP12 eingesetzt) Das Ganze funktionierte einige Tage
> wunderbar, bis es ein paar Regentage gab. Anscheinend wurde die
> LiPo-Zelle nicht mehr ausreichend geladen und die Spannung am ESP sank
> unter 3 V und die Schaltung funktionierte (logischerweise) nicht mehr.
> Habt ihr ähnliche krasse Erfahrungen mit diesem Thema gemacht. Gibt es
> vllt. doch noch einen Weg, den Chip wieder zum Leben zu erwecken?
> Viele Grüße, Bernd-Steffen

Hab da ein ähnliches Probelm nur das bei mir der esp in diesem zustand 
den Akku komplett leer zieht. Mein Akku ist zwar Schutzbeschaltet und 
wird dann vom rest dadurch getrennt nur kann der Akku dann nicht mehr 
geladen werden. Die Folge ist bei mir dann das ich alle paar Tage den 
Akku per Netzteil aufladen muss. Ich bin vor einiger zeit mal über einen 
IC gestolpert der bei abfallender Spannung einen Pin auf low zieht 
ansonsten auf high bleibt. Wenn man den mit CH_EN verbindet schaltet 
sich der esp ab sobald die spannung zu weit abfällt. Leider habe ich 
vergessen welcher es war und wie der oberbegriff dafür lautet. Nach 
etwas suche hab ich dann den MAX690 gefunden, ich bin mir aber nicht 
sicher ob der dafür geeignet ist.

hat da jemand anderes ggf eine idee was ich meinen könnte?

x2k schrieb:
> Akku per Netzteil aufladen muss. Ich bin vor einiger zeit mal über einen
> IC gestolpert der bei abfallender Spannung einen Pin auf low zieht
> ansonsten auf high bleibt. Wenn man den mit CH_EN verbindet schaltet
> sich der esp ab sobald die spannung zu weit abfällt. Leider habe ich
> vergessen welcher es war und wie der oberbegriff dafür lautet. Nach
> etwas suche hab ich dann den MAX690 gefunden, ich bin mir aber nicht
> sicher ob der dafür geeignet ist.
>
> hat da jemand anderes ggf eine idee was ich meinen könnte?

Das hier: https://www.mikrocontroller.net/articles/Brownout ?

MfG, Arno