Ich habe eine Schaltung (läuft auf 3.3V) mit pulsförmiger Stromaufnahme (bis zu 1A für 5 ms und dann ca. 50mA für 80ms), habe aber nur eine Spannungsquelle (1.5 bis ca. 3.6V), die mit max. 3mA belastet werden sollte. Ich muss also irgendwie zwischenspeichern. Aufgrund des Temperaturbereichs, in dem die Schaltung laufen soll (-30 bis ca. 70Grad) und weil die Elektronik über mehrere Jahre funktionieren soll, bin ich bei meiner ursprünglichen Idee mit einem kleinen LiFePo4 Akku als Buffer skeptisch und tendiere eher zu einem Supercap. Bezüglich der Architektur: wie wurdet ihr den Supercap möglichst effizient strombegrenzt laden? Wäre es prinzipiell besser, einen 2.5V Cap zu verwenden und anschließend einen Boostconverter oder eher auf eine höhere Zwischenspannung (5,5V oder sogar noch mehr) zu gehen und den Mikrocontroller mit einem Stepdown zu versorgen?
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Luky S. schrieb: > Ich habe eine Schaltung (läuft auf 3.3V) mit pulsförmiger Stromaufnahme > (bis zu 1A für 5 ms und dann ca. 50mA für 80ms), habe aber nur eine > Spannungsquelle (1.5 bis ca. 3.6V), die mit max. 3mA belastet werden > sollte. Die Rechnung geht nicht auf oder Du verschweigst ein wesentliches Detail - nämlich die Pause zwischen Deinen 85 msec langen "Pulsen".
Bei Kondensatoren sinkt die Spannung mit dem Entladen. Wenn die 3.3V nicht auf 1.65V zurückgehen dürfen, muss man also den Kondensator drastisch überdimensionieren. Klüger wäre ein Kondensator VOR dem Spannungsregler, z.B. 16V der dann auf 4V entladen werden darf, und ein Schaltregler step down als Spannungsregler. GoldCaps taugen nur für geringe Ströme, UltraCaps (Maxwell) sind niederohmig, Lebensdauer bei 65 GradC um 2000 Stunden. Mit mehreren Jahren bei 70 GradC wird das also nichts. Aufladen des C über step up führt von alleine zur Strombegrenzung. Es sollte halt ein Schaltregler mit geringem Eigenstromverbrauch wie MAX1724 sein. Da es aber bestimmt wieder um so einen Unsinn wir Solar geht, brauchst du einen MPPT. Vermutlich ist eine Primärbatterie sinnvoller, macht der Heizungszähler/Wasserzähler ja auch nicht anders.
Harald K. schrieb: > Die Rechnung geht nicht auf oder Du verschweigst ein wesentliches Detail > - nämlich die Pause zwischen Deinen 85 msec langen "Pulsen". Die ist doch völlig irrelevant, solange die Pause lang genug ist, um den Zwischenspeicher wieder aufzuladen. Da die Erfindung des Perpetuum Mobiles noch aussteht, gibt es dort halt eine Grenze für die Wiederholrate. Michael B. schrieb: > GoldCaps taugen nur für geringe Ströme Deshalb auch "Supercap", auch wenn die Begrifflichkeiten nicht immer ganz scharf sind. Die zulässigen Ströme oder zumindest der Innenwiderstand sind i.d.R. im Datenblatt angegeben. Luky S. schrieb: > tendiere eher zu einem Supercap
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Luky S. schrieb: > bis zu 1A für 5 ms und dann ca. 50mA für 80ms > habe aber nur eine Spannungsquelle (1.5 bis ca. 3.6V), die mit max. 3mA belastet werden sollte. - Hast du mal ausgerechnet, was dir da an Energie fehlt und wo die herkommen soll? Luky S. schrieb: > einen 2.5V Cap zu verwenden und anschließend einen Boostconverter - => 1A 2.5V->3.3V * 80% Wirkungsgrad = ca. 1,7A - Hast du dir mal angeschaut, was die Supercaps so an Innenwiderstand haben und was dir dann noch an Spannung übrigbleibt, wenn du die so stark belastest? - Hast du dir schonmal eine Entladekurve ausgerechnet wie schnell die "Ladespannung" absinkt, vorallem bei so einer hohen Belastung? - Die beiden vorherigen Punkte führen dazu das dein Boostconverter eine viel größere Spannungsdifferenz als 2.5V/3.3V ausgleichen muss und damit der benötigte Strom nochmal deutlich höher wird. Das erst beste Datenblatt: - https://www.mouser.de/datasheet/2/447/KEM_S6020_HV-3316625.pdf
Die Ruhepausen zwischen den Messungen sind sehr lang (8h oder sogar
24h), die Ladegeschwindigkeit ist daher fast völlig irrelevant, habe ich
daher auch gar nicht extra erwähnt. Effizienz ist schon eher wichtig.
Und die Schaltung wird auch nicht jahrelang bei 70Grad gekocht oder -30
Grad ausgesetzt, aber das kann halt mal vorkommen, je nach
Aufstellungsort und Umgebungsbedingungen. Genaue Temperaturverläufe habe
ich natürlich nicht, das ist alles schöne Theorie, aber praktisch habe
ich sowas noch nie vorliegen gehabt weil es eben niemand wirklich sagen
kann. Minimum und Maximum wurden halt mal spezifiziert bzw. hier sogar
gemessen (schwarzes Gehäuse unter freiem Himmel auf einem Berg) und
gerundet.
Akkus, die solche Bedingungen und Zeiten ("10 Jahre minimum") aushalten
habe ich eben keine gefunden, daher Gold- oder Supercaps.
Irgend W. schrieb: > Das erst beste Datenblatt: > - https://www.mouser.de/datasheet/2/447/KEM_S6020_HV-3316625.pdf Im zweitbesten Datenblatt steht: "Repeated short circuit current will permanently damage the leads" :) Und es gibt durchaus noch kräftigere. Edit: wenn die 10 Jahre nicht wären. Die würde ich eher einem exotischen Akku zutrauen.
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Beim C ist die Rechnung einfach: dU=I*t/C. Mit I*t=9mAs. Für z.B. <=0.1V brauchst Du 100mF.
Die EDCLs ("Supercapacitors") von Würth haben auf jeden Fall
Entladeströme im 1- bis 2-stelligen A Bereich.
Das sind in 10 Jahren bei einmal in 24H 4+5 mAs * 3650 / 3600 sind ca 10Ah bei 3,3 Volt, das mach eine Lithium Primärzelle.
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Luky S. schrieb: > Die Ruhepausen zwischen den Messungen sind sehr lang (8h oder sogar > 24h), Jedes Senden kostet 9mAh. Eine Lithium-Thionylchlorid-Mignon AA hat 2.7Ah, reicht also 9 Monate oder 3 Monate bei häufigem Senden, eine Baby C 7.7Ah, reicht 2.3 Jahre. https://www.akkuteile.de/saft-ls-26500-3-6v-lithium-batterie_19001_1104
Und eine Monozelle 17 Ah: https://shop.a2-gmbh.de/saft-mono-d-ls33600-lithium-3-6v-17ah-17000mah-a7898586360193
Lithiumthionylchlorid hat zwar eine sehr hohe Kapazität und geringe Selbstentladung, reagiert aber auch sehr empfindlich auf hohe Entladeströme, da hätte ich also nicht viel gewonnen
Du kannst Dir ja auch mal sowas anschauen: https://www.hueckmann-shop.de/produkte/batterien/standard_batterien/xcell_kraftmax/xcell_premium_45_6v_45_ah fchk
Luky S. schrieb: > Lithiumthionylchlorid hat zwar eine sehr hohe Kapazität und geringe > Selbstentladung, reagiert aber auch sehr empfindlich auf hohe > Entladeströme Deshalb gibt es die komplett kombiniert mit einem Kondensator. RS hat die TLP-93311/A/SM, die ist etwas knapp (1A max.), die TLP-93111/A/SM verträgt 3A, aber wer verkauft die? https://de.rs-online.com/web/p/batterien-sondergroessen/1946718 Eine "normale" Lithiumthionylchlorid zusammen mit einem normalen Al-Elko wäre fast genauso gut, wenn man einen Elko mit so geringem Leckstrom findet.
Luky S. schrieb: > Die Ruhepausen zwischen den Messungen sind sehr lang (8h oder sogar > 24h), Dann ist ein NiMh Akku 2,4V mit einem simplen Lade-Widerstand die naheliegendste Lösung. 10 Jahre wird das wohl nicht halten, aber 5 schon. Nimm AAA Zellen in einem Halter, dann kann man damit leben. Es gibt auch 3V Lithium Akkus in Form von Knopfzellen. Mit denen habe ich allerdings keine Erfahrung.
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Laa mich raten: Es geht um einen ESP32, richtig?
Die Lithiumthionylchloridzellen mit dem parallelen Kondensator klingen wirklich nach der Lösung für mein Problem, die Performance bei niedrigen Temperaturen muss ich mir halt noch genauer anschauen. Hat jemand Infos was mit dem "hybrid layer capacitor" gemeint sein könnte, das Ding muss ja eine ordentliche Kapazität in Verbindung mit sehr geringem Leckströmen haben - das wäre auch diskret in Verbindung mit einer Zelle einrs anderen Herstellers eine Lösung.
Luky S. schrieb: > Lithiumthionylchlorid hat zwar eine sehr hohe Kapazität und geringe > Selbstentladung, reagiert aber auch sehr empfindlich auf hohe > Entladeströme, da hätte ich also nicht viel gewonnen Als erstes bringt Dich der Spannungssack um, in der Lastpause passivieren die Zellen. Da muß ein Elko parallel, der den abfängt, habe ich mehr als einmal so gemacht. Der 1A-Impuls ist heftig, aber auch das lässt sich lösen, genug Kapazität und eine geeignete Batterie. Schaue Dir die Broschüre von Tadiran an: https://tadiranbatteries.de/wp-content/uploads/2021/10/technische-broschuere-ltc-batterien.pdf Luky S. schrieb: > ja eine ordentliche Kapazität in Verbindung mit sehr geringem > Leckströmen haben Das Thema Leckstrom haken wir mal als German-Angst ab, selbst Standardelkos bewegen sich nach ein paar Tagen bei einstelligen Mikroampere. Nimmst Du einen LiIon-Akku, ein Multimeter und einen Elko, lässt das ein paar Tage laufen und wunderst Dich.
Michael B. schrieb: > Jedes Senden kostet 9mAh. Faktor 3600 weniger: Bruno V. schrieb: > Mit I*t=9mAs
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Bruno V. schrieb: > Faktor 3600 weniger: Oh, stimmt, damit reicht die Batterie ja ewig. Steve van de Grens schrieb: > Laa mich raten: Es geht um einen ESP32, richtig? Dann ist sie aber schon am selben Tag leer.
@pruckelfred hast du mehr brauchbaren Infos zu den Leckströmen bei Elkos? Unter welchen Bedingungen Spannungen Temperaturen werden die selbst für ein Ultra - low - power Projekt "vernachlässigbar" gering? Welche Typen sind besonders geeignet?
Manfred P. schrieb: > Luky S. schrieb: >> Lithiumthionylchlorid hat zwar eine sehr hohe Kapazität und geringe >> Selbstentladung, reagiert aber auch sehr empfindlich auf hohe >> Entladeströme, da hätte ich also nicht viel gewonnen > Der 1A-Impuls ist heftig, aber auch das lässt sich lösen, genug > Kapazität und eine geeignete Batterie. Dem TO reicht rechnerisch eigentlich 1F (sogar weniger), aber bei diesen „kleinen“ Kapazitäten ist der ESR zu hoch. Die Spannung würde daher zu sehr einbrechen. Hier mal ein Beispiel für einen Supercap mit einem ESR von 85mR. Der hat allerdings 5F. https://www.reichelt.de/ch/de/superkondensator-5-0-f-6-v-10-5-x-21-x-31-mm-hy-cap-5-0f-6v-p195676.html?&trstct=pol_3&nbc=1 https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/B300/VEC6R0505QG.pdf > Das Thema Leckstrom haken wir mal als German-Angst ab, selbst > Standardelkos bewegen sich nach ein paar Tagen bei einstelligen > Mikroampere. Der verlinkte hat lt. DB einen Leckstrom von 30uA, also so wie Du schreibst quasi vernachlässigbar. 2 interessante Links hast Du gepostet. Luky S. schrieb: > Ich habe eine Schaltung (läuft auf 3.3V) mit pulsförmiger > Stromaufnahme (bis zu 1A für 5 ms und dann ca. 50mA für 80ms), Welche Abweichung +/- darf die Spannung betragen! > habe aber nur eine Spannungsquelle (1.5 bis ca. 3.6V), > die mit max. 3mA belastet werden sollte. Was ist das für eine Spannungsquelle?
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Rainer W. schrieb: > Harald K. schrieb: >> die Pause zwischen Deinen ... "Pulsen" > > Die ist doch völlig irrelevant, ... Soso. :-) > Michael B. schrieb: >> GoldCaps taugen nur für geringe Ströme > > Deshalb auch "Supercap", auch wenn die Begrifflichkeiten nicht immer > ganz scharf sind. > > Luky S. schrieb: >> tendiere eher zu einem Supercap Dürfte Michael übrigens an die vielen pot. Thread-Leser denkend geschrieben haben. Die - obwohl explizit nach "Supercap" suchend - trotzdem auch Goldcaps als Treffer präsentiert bekommen. Und somit ein nützlicher Hinweis. > Die zulässigen Ströme oder zumindest der > Innenwiderstand sind i.d.R. im Datenblatt angegeben. I.d.R. - leider gibt's nicht immer eines (Teile aus CN). Daher: Immer besser Teile mit Datenblatt & dieses gründlich studieren.
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Irgendwie scheinen die für hohe Ströme geeigneten EDLCs ("Supercaps")
auch einen sehr hohen spezifizierten Leckstrom zu haben.
Was ich noch nicht ganz verstehe: wenn ganz gewöhnliche Elkos nach einer
Weile einen so geringen Leckstrom haben, warum spezifiziert den dann
kein Hersteller? Das wäre ja durchaus öfters relevant. Selbst gemessen
habe ich ihn noch nie, das werde ich in nächster Zeit mal nachholen.
Wäre ein eher für deutlich höhere Spannungen (zb.B. ein 100V Typ) dabei
prinzipiell im Vorteil?
Meine bisherige Spannungsversorgung basiert übrigens auf einem Piezo-
Harvester, hat der Herr Dr. Chef persönlich entwickelt, ich darf da nur
nachweislich nicht mehr als 3mA rausziehen, sonst bin ich Schuld, wenn
das System nicht funktioniert. Ansonsten auch, weil der Chef nie Schuld
ist, aber das ist eine andere Geschichte 😉.
Die minimale Betriebsspannung liebt bei 3.3V, zumindest für den RF Teil.
Experten werden da ev. einen nRF9160 dahinter erkkennen...
Angehängte Dateien:
-
leakage-time.png
23 KB
Luky S. schrieb: > wenn ganz gewöhnliche Elkos nach einer Weile einen so geringen > Leckstrom haben, warum spezifiziert den dann kein Hersteller? Weil man das schlecht testen kann. Das Diagramm stammt von einem kleinen low leakage Elko und sieht nicht so aus, als ob es sich lohnt, schon nach einer Stunde zu messen. Irgendwo stand auch mal 48 Stunden, wer hat so viel Zeit? > Wäre ein eher für deutlich höhere Spannungen (zb.B. ein 100V Typ) > dabei prinzipiell im Vorteil? Sollte man meinen, jedenfalls bis 63V. Bei höheren Spannungen wird ein anderer Elektrolyt verwendet, die Typen kann man vergessen. Andererseits steigt der Leckstrom, wenn der Elko ohne Spannung im Lager liegt und wird nach Anlegen der Nennspannung wieder kleiner (->Formatierung). Also kann man vermuten, dass man das "deutlich" nicht übertreiben sollte. Das Optimum könnte bei 30% der Nennspannung liegen, aus dem Bauch über den ganz breiten Daumen. Bei höheren Spannungen steigt der Strom natürlich auch.
Luky S. schrieb: > Meine bisherige Spannungsversorgung basiert übrigens auf einem Piezo- > Harvester Alte Weisheit: Wenn der Leistungsverbrauch so gering ist, dass er sich harvesten lässt, dann lebt die Schaltung auch Jahrzehnte aus Batteriestrom. Und nach dem es hier nicht 9mAh sondern 2.5uAh sind, reicht dafur schon eine Knopfzelle. Schmeiss den Harvester weg und kümmere dich nur um eine Schaltung, die die Sendeleistung puffert. z.B. Elko mit 3mA aufladen vor dem Senden.
Jörg R. schrieb: >> Das Thema Leckstrom haken wir mal als German-Angst ab, selbst >> Standardelkos bewegen sich nach ein paar Tagen bei einstelligen >> Mikroampere. > Der verlinkte hat lt. DB einen Leckstrom von 30uA, also so wie Du > schreibst quasi vernachlässigbar. 30µA ist für eine Primärzelle recht viel, mal 8760 ergibt das um 260mAh / Jahr. Bauform B. schrieb: > Luky S. schrieb: >> wenn ganz gewöhnliche Elkos nach einer Weile einen so geringen >> Leckstrom haben, warum spezifiziert den dann kein Hersteller? Weil er in der Masse aller Anwendungen nicht interessiert. > Weil man das schlecht testen kann. Das Diagramm stammt von einem kleinen > low leakage Elko und sieht nicht so aus, als ob es sich lohnt, schon > nach einer Stunde zu messen. Irgendwo stand auch mal 48 Stunden, wer hat > so viel Zeit? Wen jucken ein paar Tage und warum wohl schrieb ich: Manfred P. schrieb: > Nimmst Du einen LiIon-Akku, ein Multimeter und einen Elko, > lässt das ein paar Tage laufen und wunderst Dich. Es wäre nicht mein erster Testaufbau, wo ich etwas über dreistellige Stunden beobachte. Man muß es einfach wollen anstatt Ausreden zu suchen. Wenn es nicht automatisierbar ist, schreibt man eben zweimal pro Tag den Meßwert manuell auf.
Michael B. schrieb: > Dann ist sie aber schon am selben Tag leer. Schlafen legen muss man ihn zwischen den Messungen schon.
Manfred P. schrieb: > Jörg R. schrieb: >>> Das Thema Leckstrom haken wir mal als German-Angst ab, selbst >>> Standardelkos bewegen sich nach ein paar Tagen bei einstelligen >>> Mikroampere. >> Der verlinkte hat lt. DB einen Leckstrom von 30uA, also so wie Du >> schreibst quasi vernachlässigbar. > > 30µA ist für eine Primärzelle recht viel, mal 8760 ergibt das um 260mAh > / Jahr. Ungefähr der Energieinhalt einer CR2032. Das Problem ist dass bei „kleineren“ Kapazitäten der ESR zu hoch wird. Rechnerisch würden dem TO 0,47F reichen. 260mAh sind 2,6Ah in 10 Jahren. Die von Rüdiger verlinkte Zelle hat 17Ah. Es gibt auch die Bauform C mit 7,7Ah. Die würde rein rechnerisch für ca. 30 Jahre reichen, ohne die Schaltung des TO. Es gibt auch noch eine Bauform die etwas größer ist wie AA, mit 3,6Ah. Selbst die würde mehrere Jahre reichen. Rüdiger B. schrieb: > Und eine Monozelle 17 Ah: > https://shop.a2-gmbh.de/saft-mono-d-ls33600-lithium-3-6v-17ah-17000mah-a7898586360193 Luky S. schrieb: > Irgendwie scheinen die für hohe Ströme geeigneten EDLCs ("Supercaps") > auch einen sehr hohen spezifizierten Leckstrom zu haben. Hast Du gelesen was ich geschrieben bzw. verlinkt habe? Jörg R. schrieb: > Manfred P. schrieb: >> Luky S. schrieb: >>> Lithiumthionylchlorid hat zwar eine sehr hohe Kapazität und geringe >>> Selbstentladung, reagiert aber auch sehr empfindlich auf hohe >>> Entladeströme, da hätte ich also nicht viel gewonnen > >> Der 1A-Impuls ist heftig, aber auch das lässt sich lösen, genug >> Kapazität und eine geeignete Batterie. > > Dem TO reicht rechnerisch eigentlich 1F (sogar weniger), aber bei diesen > „kleinen“ Kapazitäten ist der ESR zu hoch. Die Spannung würde daher zu > sehr einbrechen. > > Hier mal ein Beispiel für einen Supercap mit einem ESR von 85mR. Der hat > allerdings 5F. > > https://www.reichelt.de/ch/de/superkondensator-5-0-f-6-v-10-5-x-21-x-31-mm-hy-cap-5-0f-6v-p195676.html?&trstct=pol_3&nbc=1 > > https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/B300/VEC6R0505QG.pdf Thema noch aktuell?
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Rainer W. schrieb: > Schlafen legen muss man ihn zwischen den Messungen schon. Bloss kannst du einen ESP nicht aus dem Netz nehmen, und erwarten, dass er in 5ms sich wieder einbucht und die Übertragung abgeschlossen hat. Er braucht also wesentlich mehr Strom. Glücklicherweise hat sich inzwischen aber in diesem thread geklärt, dass es nicht um den ESP geht.
Es wird höchstwahrscheinlich eine Lösung mit dem TI TPS63900 und dahinter einer ausreichend großen Kondensatorbank werden, ich muss nur noch die verschiedenen Kondensatoren auch bei niedrigen und höchsten temüperaturen mal eine längere Zeit vermessen, da muss ich aber noch warten bis der Temperaturschrank frei wird.
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