Wandler gesucht

[Matthias K. (mkrsn)]

Hallo zusammen,

für ein kleines IoT Projekt suche ich aktuell nach einer geeignete 
Stromversorgung.

Versorgt werden sollen ein Paar Sensoren, aktuell nur ein DHT11, sowie 
ein Espressif ESP32. Ziel ist es ein kleines Gerät zu bauen welches 
Daten (Temp, Luftfeuchte, CO2, u.a.) sammelt und diese an einen 
zentralen Server übergibt. Das ganze wird dann in ein eigens dafür 
angefertigtes Gehäuse, mit 2 18650er (Li-Ion), gesteckt.


Da ich gerade erst mit der Materie beginne habe ich versucht im Vorfeld 
abzuklären was eigentlich notwendig ist. Leider ist das als Noob gar 
nicht so einfach. Nach der "Vergewaltigung" der Such-Funktion bin ich 
zumindest so schlau das ich ein Step-Down Wandler suche. Die Idee war 
die beiden 18650er in Reihe zu schalten und dann mittels Step-Down 
Wandler auf 5V zu reduzieren.

Folgende Features, sofern möglich, wären klasse:
- Auslesen des Ladezustands der Akkus
- tiefenentladeschutz
- Überspannungsschutz (sinvoll?)
- Günstig :)

Hat jemand einen Tipp welchen Wandler ich hier nehmen kann / sollte?
Ist der Plan überhaupt zu gebrauchen? Kann ich etwas besser machen?


Vielen Dank :)


VG Matthias

[Schorsch X. (bastelschorsch)]

Evtl. ist es günstiger die beiden Akkus parallel zu schalten und einen 
Stepup Wandler zu benutzen. Ich benutze häufig z.B. LTC3426.
Viele haben einen Eingang, um eine Unterspannungsabschaltung zu 
realisieren.
Ladezustand läßt sich ganz grob über Spannung und Temperatur abschätzen. 
Genauere Feststellung des Ladezustands ist ziemlicher Aufwand.
Überspannungsschutz kann nicht schaden. Wichtiger finde ich einen 
Verpolungsschutz z.B. mit PFET, wie Lothar Miller sehr schön ausführt.

[Dirk D. (onemintyulep)]

Ich würde dir auch empfehlen die Zellen parallelzuschalten. Du sparst 
dir dadurch die Balancingproblematik und den Einzelzellenschutz. Und es 
gibt haufenweise fertige kleine StepUp-Platinen von LiIon auf 5V (wegen 
"Powerbank"). diese sollten auch schon Unterspannungsschutz haben.
Brauchst du nur noch eine Ladelösung, das beschränkt sich darauf 4.2 
Volt nicht zu überschreiten (besser 4.1V).

[Matthias K. (mkrsn)]

Nabend,

super - danke für eure Tipps :)

Bzgl. Ladezustand reicht ein "grobes Schätzeisen". Geht nur darum die 
Akkus zu wechseln bevor das Teil keine Daten mehr abliefert.

Eine Ladeschaltung wird nicht notwendig sein, die Akkus werden in einem 
Ladegerät geladen und bei bedarf einfach gewechselt. Der ESP32 wird 
hoffentlich häufiger im Deep Sleep hängen als das er irgendetwas tut. 
Daher rechne ich damit das 2 "dicke" 18650er das ganze Teil für ein Paar 
Monate mit Strom versorgen können.

Weitere Ideen/Tipps/Ratschläge sind natürlich willkommen :)


VG Matthias

[Michael R. (Firma: Brainit GmbH) (fisa)]

Vielleicht auch nicht parallel schalten, sondern überhaupt mit einer 
zelle auskommen, und einen Sepic-Wandler verwenden?

[Matthias K. (mkrsn)]

Danke :)

Nach einer kurzen Recherche wurde schnell klar das die Teile wohl nur 
bei Variablen Vin Vorteile bieten. Ansonsten haben sie einen kleineren 
Wirkungsgrad als StepUps.

Warum empfiehlst Du mir einen Sepic-Wandler? Was Übersehe ich hier?

[Dirk D. (onemintyulep)]

Matthias K. schrieb:
> Bzgl. Ladezustand reicht ein "grobes Schätzeisen".

Der Ladestand eines LiIon ist zwischen ca. 4.1V und 3.1V ziemlich 
proportional zu seiner Leerlaufspannung.
Ansonsten eine einfache Schaltung die ab unter 3V leuchtet oder so. 
Google "TL431 Undervoltage/Unterspannung" für entsprechende Schaltungen, 
auch dafür gibt es fertige "1S LiPo Warner".

[Schmittchen Schleicher (Gast)]

Step-Up bietet noch einen weiteren (1,5 weitere?) Vorteil(e), zusätzlich 
zur Vermeidung der schon genannten Probleme ist bei einem Step-Up mit im 
kontinuierlichen Modus (Continuous (Current / Conduction) Mode) mit 
angeschlossener Last auch der Eingangsstrom Unterbrechungs-frei, und 
auch ohne durch die Topologie selbst verursachte Peaks.

Ein Step-Down hingegen hat prinzipbedingt (also das verursacht alleine 
schon diese Topologie) gepulsten Eingangsstrom - sofern man das Ganze 
nicht durch kräftige zusätzliche Filterung am Eingang dahingehend 
ändert, daß der Strom ebenfalls (wie beim Step-Up) nur noch von einem 
(praktisch) unvermeidlichen Ripple gekennzeichnet ist.

Obwohl viele moderne Akkus für hohe Pulsströme spezifiziert sind, 
beeinflußt  ein kontinuierlicher(er) Stromfluß die "dauerhafte 
Gesundheit" des Akkus äußerst positiv... umgekehrt betrachtet sind also 
Pulse "nicht optimal".

Das "0,5" wäre noch, daß beim Defekt ("Durchlegieren") eines Step-Up an 
der folgenden Schaltung nur die niedrige(re) V_in anliegt - bei einem 
Step-Down kommt zwar auch V_in durch... nur ist die nicht niedrig in dem 
Fall. Also ein weiterer "Bonus".

Wenn ich kann, wähle ich 1S und Step-Up.

[Markus B. (dalotel)]

Es ist ziemliche Wirkungsgradverschwendung erst auf 5V hochzugehen,
um dann eine 3V3 Spannung für den ESP zu erzeugen.
Ich nehme da gleich einen Low Drop 3V3, LT1763 z.B mit einem blanken ESP 
Modul. Wenn es unbedingt ein fertiges Platinchen sein muß würde ich den 
5V -> 3V3 Regler auf der Platine brücken. Der LT1763 harmoniert gut mit 
einem LiPo.

[Matthias K. (mkrsn)]

Naja, die 5V sind "notwendig" weil später Sensoren kommen werden die 
eben 5V benötigen. Dadurch das der ESP ebenfalls mit 5V gespeist werden 
kann war es für mich naheliegend die Haupt-Spannung auf 5V zu setzen.

[Michael R. (Firma: Brainit GmbH) (fisa)]

Matthias K. schrieb:
> Warum empfiehlst Du mir einen Sepic-Wandler? Was Übersehe ich hier?

ich hab da was durcheinandergebracht ;-) Variable Vin hast du zwar (3.0 
- 4.1V) aber immer niedriger oder höher als deine Versorgung (je nachdem 
ob 1S oder 2S)

3V3 aus einer Zelle geht mit Sepic recht gut (neben den anderen 
Vorteilen wie Kurzschlussfest, vollkommen abschaltbar) aber das ist in 
deinem Fall nicht relevant.

sorry for the noise.

[Matthias K. (mkrsn)]

vielen Dank nochmal für eure Hilfe.

Werde wohl erstmal ein 1S StepUp versuchen, da das case weniger groß 
werden muss, und schauen wie lange der ESP versorgt wird. Einen weiteren 
Akku hinzuzunehmen ist ja nicht das Problem.

Ich möchte auch mal erwähnen das das hier ein wirklich tolles Forum ist. 
Gibt wenig Foren wo Neulinge mit Noob-Fragen so zahlreiche und 
hilfreiche Antworten erhalten. TOP! Macht weiter so :)


VG Matthias

[Markus B. (dalotel)]

Was sind das für 5V Sensoren?