Hallo,
ich habe vor, eine Lithium-Titanat-Zelle (Nennspannung ist 2,4V, max
Ladeschlusspannung 2,8V) mittels Solarzelle zu laden.
Meine Überlegung ist die folgende:
Näherungsweise ist die Solarzelle eine Stromquelle, die Stromstärke ist
äquivalent zur Beleuchtungsstärke. Ich kann daher die Solarzelle direkt
an den Akku hängen und muss diesen spätestens bei 2,8V von der
Solarzelle trennen.
So weit zur Ladung, kann man das so machen?
Natürlich hängt ein Verbraucher auch am Akku, diesen muss ich vom Akku
trennen, sobald die Spannung am Akku unter eine (wie hoch ist die bei
LTO?) Tiefentladungsschwelle sinkt.
Beide Schaltpunkte werden eine gewisse Hysterese benötigen.
Da ich direkt an der Zelle einen ESP8266 betreiben möchte
(Mindestspannung 2,5V) habe ich zuerst daran gedacht, diesen auch gleich
die Ladesteuerung machen zu lassen. Letztlich bin ich mir aber nicht
sicher, ob der nicht doch in einem Zustand hängen bleiben kann, in dem
der Akku überladen oder tiefentladen werden kann.
Vorausgesetzt, meine grundsätzlichen Überlegungen sind nicht falsch,
brauche ich also eine Schaltung, die:
- den Akku von der Solarzelle trennt, wenn die Ladeschlussspannung
erreicht wird
- die Verbindung wiederherstellt, wenn die Ladeschlussspannung abzüglich
der Hysterese unterschritten wird
- den Verbraucher von der Batterie trennt, bevor die Tiefentladeschwelle
erreicht ist (oder, wenn die minimale Spannung für den Verbraucher
unterschritten wird, den ESP in Tiefschlaf zu schicken)
- den Verbraucher wieder mit der Batterie verbindet, wenn die
Tiefentladeschwelle zuzüglich der Hysterese wieder überschritten wird
Also 2 "einstellbare" Schaltpunkte und zwei "einstellbare" Hysteresen
Zusätzlich muss die Schaltung so gestaltet sein, dass sie den Akku
nicht tiefentladen kann (oder so wenig Strom brauchen, dass eine
Tiefentladung bis zum nächsten Mal Sonnenschein sehr unwahrscheinlich
ist)
Da bräuchte ich jetzt dann doch etwas Hilfe beim Einstieg, um so etwas
zu realisieren. Ein Lösungsansatz mittels ESP8266, der robust und
zuverlässig ist, wäre mir natürlich genauso recht, wie eine nicht
programmierbare Schaltung.
Den LTO habe ich gewählt, da er sehr Zyklenfest ist und auch bei tiefen
Temperaturen noch gut betrieben werden kann. Außerdem kann ich den
ESP8266 direkt damit betreiben, ohne die Spannung regeln zu müssen,
damit, so meine Überlegung, sollte sich die Akkukapazität optimal nutzen
lassen.
Michi schrieb:> So weit zur Ladung, kann man das so machen?
Jop, die Spannung der Solarzelle sollte halt einigermaßen passen, sonst
verschwendest du einen großteil dwr Leistung.
Abschalten bei Voll kann ruhig der uC machen, fürs Abschalten bei leer
wirst du zusätzliche Logik brauchen.
Michi schrieb:> Lithium-Titanat-Zelle (Nennspannung ist 2,4V> ESP8266 betreiben möchte> (Mindestspannung 2,5V) habe> Außerdem kann ich den> ESP8266 direkt damit betreiben
he?
Lieber ???
Das ist nur scheinbar ein Widerspruch, wenn du willst, erkläre ich es
dir gerne noch mal.
Dein ausgesprochen eloquentes "he?" allerdings lässt mich daran
zweifeln, dass du es beim 2. Mal auch wirklich verstehst.
nimm ein LTO PCM board, das macht dir die Spannungsschwellen, adaptiere
die Solarzelle mit einem Step-Down an die benötigte Spannung. Müstest
auf ca. 4-5V runter regeln.
Piter K. schrieb:> adaptiere> die Solarzelle mit einem Step-Down an die benötigte Spannung.
Normale Schaltregler funktionieren an Solarzellen nicht wie gewünscht.
Entweder ein MPPT-Regler oder einfach ungeregelt
Lieber Michi,
wieso hast du ein µC ausgewählt dessen Mindestspannung größer als die
Nennspannung des Akkus ist?
Bedenke auch dass die Auswahl an Sensoren und Aktoren mit der
Versorgungsspannung fällt.
Die Auswahl erfolgte so:
Den LTO kann ich bis 2,8V laden und für den Betrieb des µC bis 2,5V
entladen. Damit kann ich zwar nur etwa ein Drittel der Kapazität nutzen,
dafür gibt es keine Verlustleistung durch einen Spannungsregler, der
LD1117v33 wird mit einem Ruhestrom von typ. 5mA angegeben. Einen DC-DC
Wandler krieg ich leistungsmäßig auch nicht umsonst. Was würde ich also
erreichen, wenn der ESP 99% seiner Zeit im Deep Sleep verbringt und nur
ein paar µA zieht, die Spannungsversorgung aber selbst das etwa
Tausendfache? Da nutze ich doch lieber nur ein Drittel der Kapazität,
als dass ich diese für dieselbe Laufzeit, ansonsten um das
x-Hundertfache größer dimensionieren müsste.
Ein weiterer Punkt war die Zyklenfestigkeit:
Sonne/Wolken/Sonne/Sonnenuntergang... macht ein LTO "ewig" mit.
Der nächste Punkt: ein LTO arbeitet auch bei Minusgraden noch gut, und
Minusgrade hat es oft wochenlang, da wo ich herkomme.
Für die in Frage kommenden Sensoren passt die Versorgung auch: BME280
und für einen mechanischen Schaltkontakt erst recht.
Dass diese Überlegungen ganz dumm sind, muss mir erst mal jemand
schlüssig erklären.
Mal wieder ein Update. Ich habe mir mit einem TLVH431 eine Schaltung zur
Begrenzung der Ladespannung gebaut, die funktioniert so weit, zumindest
ohne Last. R1 ist so eingestellt, dass T2 bei 2,75V abschaltet. Momentan
ist ein bisschen wenig Sonne, um festzustellen, ob das auch an der
Solarzelle mit dem Akku so funktioniert, wie erhofft. So weit mal zum
gelb markierten Teil.
Einen Unterspannungsschutz möchte ich natürlich auch haben. Also im
Prinzip noch mal dieselbe Schaltung, R3 so eingestellt, dass er bei 2,3V
schaltet. Bis 2,3V arbeiten meine ESPs sehr zuverlässig.
Kann das so funktionieren? Ich bin mir nämlich nicht sicher, was
passiert, wenn T4 ausschaltet, weil die 2,3V am Akku erreicht sind, und
dann die Sonne irgendwann mal wieder T2 aufsteuert. Den Taster hätte ich
dafür vorgesehen, den ESP mal trotzdem kurz einschalten zu können, bis
1,9V ist der LTO nicht tiefentladen.
Noch was: der gelbe Teil der Schaltung benötigt ~80-90µA, was beim
gelben Teil kaum eine Rolle spielt, im weißen jedoch wird dieser Strom
zusätzlich verbraucht, wenn die Sonne nicht scheint. Wie kann ich den
verbrauch senken? Logisch, R1/R3 erhöhen, da sind vielleicht 10µA zu
holen. R2 bzw R4, wie groß dürfen die werden? Im Datenblatt steht 60µA
"minimal Current for regulation" trifft das auch auf den
Komparatorbetrieb zu?
LTO und deine Dimensionierung machen überhaupt keinen Sinn.
Hättest du LiFePo4 genommen, hätt es völlig gereicht.
Was bringen dir die vielen Zyklen, wenn der Akku am Alter stirbt....
Abgesehen hat LTO ein Kack Spannungsbereich.
Ein entsprechendes BMS würde benötigt, um überhaupt die Zyklen erreichen
zu können.
Immer wieder lustig zu sehen, da kauft einer für viele 1000€ ein
Akkupack und das BMS einer Zahnbürste, dient dann für das Management...
Na denn....
Immer wieder lustig zu sehen, was die Leute für einen Unsinn schreiben.
Der LTO hat einen völlig ausreichenden Spannungsbereich, einen
überlegenen Temperaturbereich und kostet nicht mal 10€.
Aber Paula P. motzt rum, ohne irgendeinen brauchbaren Input. Wenn du
schon so schlau bist und alles besser weißt: wo sind die konkreten
Vorschläge deinerseits? Oder bringst du, außer destruktiv zu sein und
Unsinn zu schreiben, doch nichts zu Stande? Deine 1000€ Phantasie,
lächerlich! Am Alter sterben? Meine Güte, irgendwann ist alles kaputt.
Der LTO wesentlich später und bei -20°C funktioniert der auch noch.
Wenn du doch noch etwas sinnvolles Beizutragen hast, bitte. Eine weitere
Selbstdisqualifikation deinerseits lass bitte stecken, es war schon mehr
als genug bisher.
Michi schrieb:> Immer wieder lustig zu sehen, was die Leute für einen Unsinn schreiben.> Der LTO hat einen völlig ausreichenden Spannungsbereich
Nö, hat er nicht. Aber da Du ja völlig beratungsresistent bist: Mach
mal!
Doch, hat er. Ich kann den ESP in einem nennenswerten, nutzbaren Bereich
der Kapazität des LTO so betreiben, wie es laut dessen Datenblatt
zulässig ist. Der ESP32 ist überhaupt bis 2,3V runter spezifiziert, den
werde ich auch dann verwenden, auch wenn bisher nur vom ESP8266 die Rede
war, bisher hat aber noch jedes von mir benutzte Modell bis 2,3V (bei
spezifizierten 2,58V) ohne erkennbare Einbußen funktioniert.
Den LTO kann ich außerdem im Freien, in unseren Breiten, innerhalb
seiner laut Datenblatt zulässigen Temperaturen betreiben, einen LiFePo4
nicht. Der LiFePo4 wird in der Sonne, mit oft minütlichen Licht/Schatten
wechseln, seine Zyklen schon innerhalb eines JAhres erreicht haben, der
LTO nicht.
Wieso also einen LiFePo4 nehmen, bei dem ich genau in der Zeit, wo am
wenigsten Sonnenenergie zur Verfügung steht, auch die Kapazität so
deutlich verringert ist? Kommt also aufs gleiche raus: jeweils nicht die
volle, nutzbare Kapazität, jedoch wird die eine Variante außerhalb ihrer
Spezifikation betrieben, preislich ist der Unterschied irrelevant.
Weder die eine noch die andere Lösung ist perfekt, das ist mir
vollkommen klar. Die jeweiligen Punkte gegenübergestellt liegt der
Vorteil für mich, mit der konkreten Anwendung im Freien, beim LTO.
Ad "mach mal": hab ich ja schon längst. Das Ding läuft seit Wochen
draußen und liefert ohne Unterbrechung Daten, bis 2,3V runter.
Hast du schon gemacht? Nein? Welche Kompetenz hast du also insofern, mir
Beratungsresistenz vorzuwerfen? Ich hab's gemacht. Es funktioniert. Du
sagst: ich soll erst mal machen?
Natürlich kann man noch was verbessern, deshalb frage ich ja. Aber auf
meine Fragen gehst du nicht ein, sondern willst mir weiß machen, dass
das, was bei mir gut funktioniert, nicht gut funktionieren soll.
Wenn du also auf meine Fragen eingehen könntest, wäre ich dir dankbar.
Michi schrib im Beitrag #6536640:
> Ich hab's gemacht. Es funktioniert.
Seit Wochen. (lt. Deiner Behauptung)
Mein ESP8266 als Wetterstation läuft mit einer 41x68mm Solarzelle schon
über 3 Jahre lang mit einer gewöhnlichen Li-Polymerzelle und
Spannungsregler. Und im Gegensatz zu Deine Frickellösung läuft das alles
innerhalb der Bauteilespezifikationen. Sprich, ich kann das jederzeit
nachbauen und es wird genauso funktionieren.
Es hängt eben nicht davon ab, ob es mit einem speziellen ESP mal
zufälligerweise eine Zeit lang funktioniert. Das ist eben der große
Unterschied.
Ein ESP
Michi schrieb:> Da ich direkt an der Zelle einen ESP8266 betreiben möchte> (Mindestspannung 2,5V) habe ich zuerst daran gedacht,
wie von Dir beschrieben ist spezifiziert mit Minimum 3.0V, jedenfalls
wenn man das in das Original Datenblatt schaut.
Um Recht zu behalten, ziehst Du jetzt mal flugs den ESP32 aus der
Hosentasche. Armselig!
Daher glaube ich Dir das auch mit den laufenden ESP266 nicht.
Im Übrigen, Deine Frage lautete: Kann man das so machen. Und Du
erhieltest als Antwort (auch von mir) mehrmals: Nein
Andreas B. schrieb:> Michi schrieb:>> Ich hab's gemacht. Es funktioniert.> Seit Wochen. (lt. Deiner Behauptung)
Du wirst es zwar auch dann nicht glauben, anbei ein Screenshot von der
Messwerte der letzten paar Tage, die Spannung etwas kürzer als
Temperatur und Feuchte, die jeweils im Vergleich mit den Daten meiner
Wetterstation gezeigt werden. Die Spannungen, die im Chart ganz rechts
angezeigt werden, misst der ESP selbst, es sind allerdings korrigierte
Werte, die auf ca. 0,1V mit dem Multimeter zusammenpassen. Der ESP
selbst lag sonst etwa 0,3V darüber.
> wie von Dir beschrieben ist spezifiziert mit Minimum 3.0V, jedenfalls> wenn man das in das Original Datenblatt schaut.
Espressif als Hersteler gibt in diesem (siehe Link) Datenblatt 2,5V an,
siehe Release Notes auf Seite 2 und dann im Datenblatt. Was kann ich
dafür, dass du mit veralteten Informationen aufwartest?
https://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/0a-esp8266ex_datasheet_en.pdf>> Um Recht zu behalten, ziehst Du jetzt mal flugs den ESP32 aus der> Hosentasche. Armselig!
Nein, das tu ich nicht um Recht zu behalten. Ich schreibe ja schon, dass
ich den ESP8266 außerhalb seiner Spezifikation betreibe. Natürlich
funktionier alles unter 2,5V nur "zufällig". Und ich werde den ESP32
verwenden, weil der einen BLE Chip hat.
Wirklich armselig ist, mir solche Unterstellungen zu machen, nur, um
sein Gesicht nicht zu verlieren.
> Daher glaube ich Dir das auch mit den laufenden ESP266 nicht.
Musst du auch nicht. Hier geht es nicht darum, mir was zu glauben.
> Im Übrigen, Deine Frage lautete: Kann man das so machen. Und Du> erhieltest als Antwort (auch von mir) mehrmals: Nein
Nein, die Frage lautete: "Kann das funktionieren" und die Frage war
NICHT auf den gelben, funktionierenden Teil bezogen, von dem du nun
sagst, er kann nicht funktionieren. Aber was will man von jemanden
erwarten, dessen Auffassungsgabe nicht mal für das Verstehen einer
einfachen Frage reicht?
Hallo Landungspumpe,
ja, das ist er:
https://datasheet.lcsc.com/szlcsc/1811151552_PUYA-P25Q80H-SSH-IT_C194872.pdf
Wie gesagt, ich werde sowieso einen ESP32 verwenden. Weil auch der Deep
Sleep des ESP8266 ein Murks ist. Und weil der ESP32 im Deep Sleep
samplen kann.
Der SHT35 geht bis 2,15V, also alles im Rahmen aller Spezifikationen.
Die Frage ist, was passiert, wenn ich der ESP weggeschaltet wird und
dann die Sonne wieder scheint. Ich bräuchte wohl noch eine dritte Stufe,
eine, die bei 2,3V den ESP ausschaltet und eine, die bei 1,9V oder ein
bisschen mehr, den Akku endgültig wegschaltet.
Schau dir mal die NCP300xx-Familie von Onsemi an. Das ist praktisch
deine gelbe Schaltung komplett (bis auf den FET) in einem SOT-23. Die
brauchen max. 1.3uA, bzw. 0.9uA nach dem Abschalten. Das Poti dürfte
auch unnötig sein, die Abschaltschwelle liegt (z.B.) zwischen 1.94 bis
2.06 Volt.
https://www.onsemi.com/products/power-management/voltage-references-supervisors/voltage-supervisors/ncp300
Edit: und lass dich hier nicht raus bringen von Leuten, für die nur
Amperestunden/Volumen zählt.
Danke für den Input, schaut sehr interessant aus. Hast du eine
Empfehlung einer Bezugsquelle?
Nur fürs Protokoll, nicht, dass mir später unterstellt wird, ich hätte
den SHT35 aus der Hosentasche gezogen, weil oben noch der BME280 steht:
Der BME280 funktioniert nur in "non condensing conditions", als
Außentemperaturfühler ist er daher völlig ungeeignet. Bei mir hat sich
das ab ca. 0°C und hoher Luftfechte gezeigt, da liefert ein BME280
plötzlich um mehrere °C "springende" Werte. Dass ich den BME280
überhaupt in Betracht gezogen habe, liegt daran, dass ich ihn in
Innenräumen schon seit geraumer Zeit im Einsatz habe und mir die
Einschränkung "non condensing conditions" erst aufgefallen ist, als der
experimentelle Sensor in der Wetterhütte auffällige Werte geliefert hat.
Danke auch für die unterstützenden Worte. Von Aussagen, die sachlich so
weit daneben sind (1000EUR Akku) und objektiv falsch (ein Blick ins
Datenblatt hätte genügt), lasse ich mich nicht verwirren. Auch wenn es
persönlich wird und mir jemand seine Bastelei (LiPo (auch) bei
Minusgraden und mit einer Zyklenanzahl außerhalb jeglicher
Spezifikation, die halt zufällig noch irgendwie funktioniert) als hohe
Ingeneurskunst verkaufen will. Für den Fall, dass von den Betreffenden
noch sinnvolle Vorschläge kommen sollten: ich bin dafür nach wie vor
offen und, wer weiß, vielleicht nicht einmal sehr nachtragend?
Michi schrieb:> Hast du eine Empfehlung einer Bezugsquelle?
www.develektro.com bzw. de.farnell.com
Die verwenden die gleichen Bestellnummern, man kann bei farnell suchen
und bei develektro kaufen (falls deren Suchmaschine unwillig ist).
und natürlich mouser.de und digikey.de sowieso.
Bauform B. schrieb:> www.develektro.com bzw. de.farnell.com
Danke!
Dieter D. schrieb:> Anbei eine rein analoge Lösung mit simplen Hühnerfutter.
Interessant, was liefert die Solarzelle an Strom, welche Kapazität hat
der LTO und was betreibst du damit? Und was braucht die Schaltung selbst
in etwa?
Mir ist übrigens noch ein weiterer Grund eingefallen, weswegen ich den
LTO verwenden will: der Außenfühler meiner Wetterstation läuft mit zwei
Alkaline Batterien. Diesen kann ich auch gleich am LTO betreiben, der
Außenfühler läuft zuverlässig bis unter 2V, die Batteriewarnanzeige geht
erst deutlich darunter los. Der Spannungsbereich des LTO passt somit
sehr gut zum Außenfühler. Zwei C-Batterien versorgen den Außenfühler
meist über ein Jahr lang, der müsste so neben dem ESP locker mitlaufen
können.
Michi schrieb:> Interessant, was liefert die Solarzelle an Strom,
Die Schaltung ist für zwei Solarzellen in Reihe aus einer alten
Solargartenlampe (1 Euro Teil, geht auch mit einer Solarzelle 6V
Leerlaufspannung, 50mA Kurzschlussstrom), zwei NiMH-Zellen AA. Verwendet
werden BC 547 und 557, für die Spannungen wurde halt experimentiert,
welche der vielen LED am ehesten passt, dito mit den Dioden, da auch
genügend Si, Ge und Schottky zum Ausprobieren vorhanden waren, sowie
Widerstände und Trimmer.
Das sollte nur zeigen, wie man so etwas früher mit Hühnerfutter
zusammenbaute. Beim Ruhestromverbräuche im Wesentlichen die
Ausgangssschaltung, die mit 1/100 des Laststromverbrauches zu Buche
schlägt. Für NiMH war der Temperatureinfluss auf die Schaltung egal.
Wenn kaum Bauteile vorhanden sind, würde ich mal einen Blick auf die Low
Power Comparators werfen. Da gibt es IC, die ab 1.7V (meistens bis 5.5V)
arbeiten und welche, die haben sogar eine Referenzspannungsquelle intern
enthalten, Ruhestromaufnahme ab ein paar hundert nA.
https://www.maximintegrated.com/en/products/parametric/search.html?fam=comp&tree=comparators&metaTitle=Comparatorshttps://www.st.com/en/amplifiers-and-comparators/low-power-comparators.htmlhttps://www.maximintegrated.com/en/products/parametric/search.html?fam=volt_det&metaTitle=Comparators%20%20Reference
Z.B. MAX49017, ADCMP670, usw.
Michi schrieb:> LiPo (auch) bei Minusgraden und mit einer Zyklenanzahl außerhalb jeglicher> Spezifikation,
Wie viele EFC muss denn der Akku pro Jahr in etwa leisten?
BTW,
im Akku ist kein Wasser!
Laut den (vereinfachten) Datenblättern darf man fast alle Li+ Akkus bei
0°C schnell laden.
Viele Papers sind da anderer Meinung => sehr langsam laden bei unter 0°C
ist OK.
RTG Akku schrieb:> Laut den (vereinfachten) Datenblättern darf man fast alle Li+ Akkus bei> 0°C schnell laden.
Alles über 0.1C als Ladestrom ist bereits schnelles laden, sei noch
angemerkt.
Zum Nachahmen hat ein Bekannter für seine Wetterstation das
Temperaturproblem auf ganz einfache Art gelöst. Er hat den Akku in eine
stabile, relativ dichte Box gesteckt und diese zur 4/5 im Boden neben
der Station versenkt. Dadurch wird der Temperaturgang von -30...+40 Grad
auf -10...+25 reduziert.
Dieter D. schrieb:> Er hat den Akku in eine> stabile, relativ dichte Box gesteckt und diese zur 4/5 im Boden neben> der Station versenkt. Dadurch wird der Temperaturgang von -30...+40 Grad> auf -10...+25 reduziert.
Genialst! Die Bodentemperatur will man ja sowieso messen. Noch ein wenig
tiefer bleibt es garantiert über +0°C, muss man schauen, wie tief in der
Gegend die Wasserleitungen verlegt werden.
Dieter D. schrieb:> RTG Akku schrieb:>> Laut den (vereinfachten) Datenblättern darf man fast alle Li+ Akkus bei>> 0°C schnell laden.>> Alles über 0.1C als Ladestrom ist bereits schnelles laden, sei noch> angemerkt.
LiPolymer kann man
a) durchaus bei -20°C betreiben. Die Kapazität sinkt dabei halt auf bis
zu 50%. Das ist beim TO ja der Normalzustand wenn man sich die
Entladekurve eines LTO ansieht.
b) Hohe Ladeströme kommen dabei nicht vor wenn man die Solarzelle zum
Laden nicht völlig überdimensioniert (oder den Akku nicht
unterdimensioniert). Ich muß eine Akku von der Kapazität ja so auslegen,
daß er in D mal mindestens 2 Wochen lang ohne Sonnenschein durchhält.
Bauform B. schrieb:> Genialst! Die Bodentemperatur will man ja sowieso messen.
Er sprach vom Akku und nicht vom Sensor! Da kann man durchaus 2m Kabel
dazwischen legen wenn es einem Spaß macht.
Bsp. DB:
https://www.batteryspace.com/prod-specs/3.7V9059156.pdf
Dieter D. schrieb:> Wenn kaum Bauteile vorhanden sind, würde ich mal einen Blick auf die Low> Power Comparators werfen.
Der MAX9017 scheint ja wie prädestiniert für die Anwendung. Und im
SOT-23 ist er noch groß genug, um mit meinen Wurschtfingern was
zusammenzufrickeln :D
Den Akku in den Boden zu legen ist schon eine Idee. Da wird ein LiFePo4
auch wieder interessant. Allerdings gefiele mir schon auch, alles recht
kompakt in der Wetterhütte unterzubringen.
Hier mal ein Entwurf von mir aus der Schublade.
Hatte ich letztes Jahr für jemanden entworfen,
der hat sich aber nicht mehr gemeldet.
Hauptaufgabe war die Abschaltung bei Unterspannung 1,95V
und autom. Wiedereinschaltung bei ca. 2,6V
Verwendet wurde der TPS3779A mit Push-Pull Ausgang und einer Hysterese
von 0,5%. Besonders interessant ist auch der Eigenbedarf des IC von nur
2µA.
Der Stromfluß durch die Widerstände ist mit rd 3µA angesetzt. Das ergibt
einen gesamten Strombedarf von 5µA.
Vorgesehen sind Widerstände mit 0,1% Toleranz und <= 25ppm/°C als
Temperaturdrift; damit erübrigen sich Trimmer. Die verwendeten Werte
finden sich z.B. bei Mouser unter dem Suchbegriff ‚ERA-6AEB‘ von
Panasonic.
Als MOSFET Q2 eignen sich nur Typen mit der Datenblattangabe:
"Rdson @Vgs 1,8V = ..." Die genannten Typen können gut eine Last von 10A
betreiben. Bei geringerem Strombedarf ist die Auswahl größer.
Die TVS Diode (Suppressor) parallel zum MOSFET schützt diesen vor
Spannungsspitzen durch Induktivitäten aus dem Lastkreis. Hier habe ich
einen recht kräftigen Typen gewählt. Kann sonst entfallen.
Die beiden Widerstände R5 und R6 begrenzen den Stromimpuls beim Schalten
des MOSFET auf <5mA. Gemäß Datenblattangabe ist das der max. Strom an
OUT.
C1 ist eine gute Idee, wenn wir es mit Verbrauchern mit erhöhten
Einschaltströmen zu tun haben; etwa Motoren oder starke Glühlampen. Ohne
C1 könnte die LTO Zelle ganz kurz unter 2V gehen und wird sofort
abgeschaltet. Mit C1 wird diese Einschaltzeit überbrückt.
Zur Erweiterung der Werkshysterese von 0,5% dient die Rückkopplung mit
R4. Die Wiedereinschaltung erfolgt so erst bei 2,6V. Denn nach
Abschaltung wird eine Spannungserholung der Zelle stattfinden und es
soll la nicht ständig hin und her geschaltet werden.
Ein weiteres nettes Feature habe ich mit Q1 an OUT1 vorgesehen. Damit
soll verhindert werden, dass die Zelle über 2,8V geladen wird und
Schaden nimmt.
Wenn die Zellenspannung 2,8V erreicht, schaltet Q1 ein und über den
Widerstand R8 wird Strom entnommen; es sollte etwas mehr als der
maximale Ladestrom sein. Sinkt die Zellspannung dadurch unter 2,786V
(Hysterese 0,5% des TPS), wird Q1 ausgeschaltet und der Ladestrom geht
wieder in die Zelle. Und so wiederholt sich das Spielchen und im
Idealfall wird die LED (Überspannung) laaangsam vor sich her blinken und
die Zellenspannung wird nie über 2,8V gehen.
Das Ganze wurde von mir in der Theorie entworfen und ist nicht in der
Praxis getestet. Verbesserungsvorschläge sind willkommen.
Da sind ja einige sehr interessante Dinge dabei. Für den konkreten
Anwendungsfall könnte man ja einiges weglassen, mehr als 500mA, und die
nur kurzfristig, werden nicht fließen. Das Wiedereinschalten erst bei
2,6V, wenn bei 1,95V abgeschaltet wird, halte ich für etwas viel.
Anbei, wie sich mein LTO heute "erholt" hat, das war im Bereich von
35mV, allerdings war es auch nur etwa eine Minute.
Michi schrieb:> Das Wiedereinschalten erst bei> 2,6V, wenn bei 1,95V abgeschaltet wird, halte ich für etwas viel.
Kein Problem.
Wiedereinschalten neu berechnet für 2,28V:
R1=287k
R2=107k
R3=267k
R4=2M (1M+1M)
Die anderen Schaltpunkte sind hierbei minimal verschoben.
Vmax=2,796V
Vmin=1,986V
So funktioniert es jetzt mal mit den Bauteilen, die ich daheim
herumliegen habe.
Der Spannungsteiler an der Kathode von D2 ist notwendig, damit der
Schmitt-Trigger-Inverter auch beim Schaltpunkt von D2 schaltet. "Low"
ist beim TLVH421 ~1V, gemessen 0,88, da muss man anpassen, wenn man mit
der Versorgungsspannung des 74LVC14 (das ist er eigentlich, kein HC14)
auf ~2,2V herunten ist. Das mit dem IRLML2502 als Low-Side-Switch hat
auch nicht geklappt, deswegen ein zweiter AO3415.
Ist die Schaltschwelle mal erreicht, die den ESP trennt, sollte der Akku
mit der Restspannung bis zur nächsten Ladung noch durchhalten, bis zur
Tiefentladeschwelle sind ja noch einige 100mAh drin und >0,2A sind jetzt
auch nicht die Welt.
Nichtsdestotrotz werde ich mir alles noch mal ansehen und verbessern,
besonders, was den Stromverbrauch der Schutzschaltung und die Hysteresen
an den Schaltpunkten betrifft. Danke so weit mal an alle, die hier ihre
Vorschläge gebracht haben.
Bernd K. schrieb:> Wenn die Zellenspannung 2,8V erreicht, schaltet Q1 ein und über den> Widerstand R8 wird Strom entnommen; es sollte etwas mehr als der> maximale Ladestrom sein.
Warum sollte man ständig die Zelle entladen und laden.
Für solche kleinen Solarlader nimmt man einfach einen linearen
Shuntregler, der die Spannung auf die max. Ladespannung begrenzt.
Udo S. schrieb:> Bernd K. schrieb:>> Wenn die Zellenspannung 2,8V erreicht, schaltet Q1 ein und über den>> Widerstand R8 wird Strom entnommen; es sollte etwas mehr als der>> maximale Ladestrom sein.>> Warum sollte man ständig die Zelle entladen und laden.> Für solche kleinen Solarlader nimmt man einfach einen linearen> Shuntregler, der die Spannung auf die max. Ladespannung begrenzt.
Gute Idee.
Das könnte so ein TL431 Shunt Regler anstelle R8 übernehmen.
Der Transistor übernimmt dann die Abfuhr der Verlustwärme.
Mit R1=12k und R2=100k und Vref=2,495V ergibt sich nach der
Formel Vo=2,7944V und das passt.
Was noch gegen den ESP8266 spricht: aktuell geht es unter -5°C und da
ist die Deep-Sleep Zeit statt eingestellter 60s of mehrere Minuten lang.
Oft hängt er sich überhaupt auf. Die Spannung war ~2,5, mit einen
frischen Akku und ~2,75, keine Änderung.
Ohne Deep-Sleep läuft der ESP ohne Probleme durch auf 2,5V. Mal sehen.
Michi schrieb:> Ohne Deep-Sleep läuft der ESP ohne Probleme durch
Logisch, weil bei tiefen Temperaturen muss der Chip vor dem Start erst
geheizt werden. Dh Du benoetigst einen Temperatursensor, der zu lange
Pausen verhindert.
Dieter schrieb:> Dh Du benoetigst einen Temperatursensor, der zu lange> Pausen verhindert.
Das soll jetzt was genau bedeuten? Ich habe einen Sensor, der über i2c
ausgelesen wird und "keine langen Pausen verhindern" kann.
Dass der Deep-Sleep beim ESP8266 nur etwas Ungefähres ist und noch dazu
Temperaturabhängig, war mir bekannt. Noch ein Grund mehr, den ESP32 zu
verwenden.
Andererseits würde mich interessieren, ob es besser funktioniert, wenn
ich den ESP extern wecke und ihn nicht sich selbst aufwecken lasse.
Michi schrieb:> Andererseits würde mich interessieren, ob es besser funktioniert, wenn> ich den ESP extern wecke und ihn nicht sich selbst aufwecken lasse.
Die meisten RTC-Chips können das. Es kostet zwar ca. 3 Transistoren,
aber damit wird es wirklich stromsparend.
Ich würde es sogar umgekehrt machen, d.h. der ESP wird nur noch als
WLAN-Adapter benutzt und entsprechend selten eingeschaltet. Das, und die
ganze eigentliche Arbeit macht ein uC. Der darf auch viel öfter
aufwachen und kann mehr Daten sammeln und verdichten und braucht
trotzdem weniger Strom. Und einen besseren ADC hat er auch noch.
Angeblich braucht man auf die Art garkein eigenes Programm für den ESP,
stimmt das?
Bauform B. schrieb:> Angeblich braucht man auf die Art garkein eigenes Programm für den ESP,> stimmt das?
Naja zumindest muss auf dem ESP ein Programm sein, das sich mit dem WLAN
verbindet und die Daten sendet.
Die Daten, die ich hier sammle, will ich ja in Echtzeit haben. Die
Messung selbst dauert nur wenige Millisekunden. Die meiste Wach-Zeit
verbringt der ESP damit, zu starten und sich mit dem WLAN zu verbinden.
Und weil ich die Daten sofort haben will, würde sich bei mir ein anderer
µC wohl kaum lohnen.
Ich muss das wie schon gesagt jetzt endlich mal auf einem ESP32
probieren, der hat ja eine RTC mit Quartzoszillator, da sollte sich kein
solches Temperaturproblem ergeben, wenn ich mich nicht irre.
Nach einigen Experimenten möchte ich das jetzt so lösen:
- Überwachung der Ladung (Überladung/Unterspannung) des LTO mit einem
MAX9017
- Steuerung des Intervals mit dem TPL5110, wie auf Seite 16 im
Datenblatt: dieser aktiviert einen DC/DC Converter, der den ESP mit 3,3V
versorgt. Wenn der µC fertig ist, sagt er dem Timer, er soll jetzt
wieder ausschalten.
- Der DC/DC TPS61031 Converter hat eine Eingangsspannung von 1,8V bis
5,5V, damit kann man ihn auch am USB anstelle des Akkus betreiben, ohne
dass der ESP gegrillt wird.
Die Stromaufnahme in Ruhe sollte sich damit insgesamt auf einen
einstelligen µA Bereich beschränken.
Der ESP geht so natürlich nicht in den Deep-Sleep, sondern erfährt
Power-Cycles, für viele Anwendungen wird das aber reichen.
Und ich kann den LTO bis zur unteren Ladeschwelle betreiben, den ESP mit
der Nennspannung.
einen LiPo solltest du nicht unter 0 Grad laden.
Manche nur sehr wenig Strom.
Entladen kannst du jede Li Chemie.
Und Zyklen -> damit sind immer Vollzyklen gemeint.
Michi schrieb:> - Der DC/DC TPS61031 Converter hat eine Eingangsspannung von 1,8V bis> 5,5V, damit kann man ihn auch am USB anstelle des Akkus betreiben, ohne> dass der ESP gegrillt wird.
Bist du sicher? Der TPS61031 ist doch ein Boost-Converter? Wenn er 3.3V
liefern soll, muss die Eingangsspannung kleiner als 3.3V sein. USB zu
3.3V scheint mir nicht möglich zu sein. Für den Akku mit 2 bis 2.8V
passt er allerdings perfekt, vor allem wegen 1uA Standby, Glückwunsch zu
dem Fund!
Wenn man externe 5V hat (USB), sollte man bei der Gelegenheit gleich den
Akku laden. Der TPS kann dann unverändert aus dem Akku laufen.
ryven schrieb:> einen LiPo solltest du nicht unter 0 Grad laden.> Manche nur sehr wenig Strom.
Das hängt wohl auch etwas vom SOC ab.
Bei <30% vertragen Li+ Akkus etwas mehr Ladestrom bei geringen
Temperaturen.
NMC-Akku langsam Lader schrieb:> ryven schrieb:>> einen LiPo solltest du nicht unter 0 Grad laden.>> Manche nur sehr wenig Strom.
Genauso wichtig: Bratkartoffeln immer vorher kochen. Schaut euch mal um
in der Welt, es gibt nicht nur "LiPo" :(
Ich hab jetzt noch mal ein bisschen herumüberlegt und bin auf folgende
Schaltung für den Teil "laden mit Solar und Überspannungsschutz"
gekommen:
R1 und R2 bestimmen die maximale Spannung, im konkreten Fall 2,75V (Uref
= 2,5V).
Q1 sollte der Theorie nach bis 500mA Strom ableiten können, den kann man
mit R10 auch weglassen (statt R10 eine Leitung), wenn die max. 150mA vom
TL432 reichen.
Scheint die Sonne, schaltet T3 die Begrenzerschaltung ein, ist es
dunkel, schaltet er sie weg. Im Dunkeln habe ich so einen Verbrauch von
< 1µA gemessen.
Würde man T3 weglassen und durch eine Leitung ersetzen, käme man
abhängig von R1 und R2 kaum unter 60µA. Ist auch nicht viel, je nach
Anwendung aber vielleicht wesentlich, oder auch nicht. Das Risiko, den
Akku zu überladen, weil T3 aus irgend einem Grund doch nicht schaltet,
fällt damit natürlich auch weg.
R9 habe ich mit 3K dimensioniert, T3 erst ab einem gewissen Level an
Licht schaltet, je niedriger man ihn wählt, desto heller muss es werden,
damit T3 leitend wird.
Im Bastelkeller mit Taschenlampe über der Solarzelle hat das schon mal
funktioniert (ausgehend davon, dass die Schaltung mit meinem Aufbau auch
wirklich übereinstimmt :D :D)
Gemeinsam mit dem ESP8266, der bei einminütigem Messintervall im Mittel
etwa 1mA benötigt, einem LTO mit 2500mAh und einer 120ma Solarzelle kann
man so wohl sogar nördlich der Polarkreise "ewig" in autarkem Betrieb
bleiben, wobei es dort selbst einem LTO irgendwann mal zu kalt sein
wird. In unseren Breiten bis -20°C sollte man keine Probleme mit dem
Akku haben. Den ESP muss man aber extern ein- und ausschalten, wenn er
sich selbst per Reset aus dem DeepSleep wecken soll, dann funktioniert
erfahrungsgemäß schon bei einstelligen Minusgraden nur mehr sehr
unzuverlässig.
