Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) für den Betrieb eines Repeaters (Modul: Seed Studio Xiao nRF52 WIO), unabhängig vom Stromnetz

Sehr schön, wie du die technischen Probleme gelöst hast und der Aufbau nun aussieht. :heart_eyes: Gute Idee, die Zellen, zusammen mit den Halterungen, thermisch zu isolieren. Dank der Isolation kann man sich ja damit auch die mechanische Befestigung sparen!

LG und guete Rutsch!

Paul

Ich glaube, das mit den 16 Tagen wird nichts :joy: Die Temperaturen sind sicher aktuell auch ein grosses Thema, aber das ist ja auch die Realität. Eine gewisse Isolation bin ich am überlegen, möchte aber das Case am Ende so klein und vollgepackt wie möglich gestalten. Denke das finale Case werde ich sogar so anpassen, dass ein vernünftiger Halter für den 18650 Schacht vorhanden ist und eine Halterung für den Xiao ebenfalls. Im Verlauf der Nacht wird er seinen Dienst wohl beenden. Mal schauen wie tief die Spannungen der beiden Akkus dann sein werden. Werde den Repeater dann schnellstmöglich reinholen und die Spannungen der Zellen bei den aussen herrschenden Temperaturen messen. Nach einigen Stunden dann die Leerlaufspannung bei Raumtemperatur.

Sobald dieses durch ist, erfolgt der effektive Kaltstart-Test mit Solarzelle dann. Hoffentlich werden wir dann bald Daten haben, wie gut das alles funktioniert :+1:

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Da die Zellen bei der minimalen Belastung keine Wärme erzeugen, bringt die thermische Isolation praktisch nichts. Die Kälte kommt vielleicht ein paar Minuten später bei den Batterien an…

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Finale!

14 Tage, 12h und nun ist der Repeater, nach seinem tapferen Einsatz, in den Kryo-Schlaf gefallen. Mal schauen wie tief seine beiden Akkus entladen sind.

Edit: Flachzelle zeigt 0.0V. Da wird also ihr BMS eingegriffen haben. Der 18650 zeigt 4.1V… Keine Ahnung was da genau los ist dass der nicht tiefer entladen hat. Eigentlich sollte dieser ja, wie im Eingangspost von Paul erklärt, die Flachzelle über Nacht bzw bei fehlender Solarstrahlung, weiterhin über den Xiao laden. Warum das nicht geklappt hat, wird nun die grosse Frage sein.

Edit2: Am TP4056 B+/- liegt 4.1V an. Soweit so gut. Am OUT+/- aber nur 1.1V… Ich sehs gerade nicht wo da das Problem liegt. Am Ausgang des MT3036 oder wie auch immer seine Nummer ist, liegt praktisch keine Spannung an welche in Richtung USB Port des Xiao gehen würde :face_with_monocle: Jemand eine Idee wo da der Hund begraben sein könnte?

Edit 3: Weiss nicht obs am Kontakt der Spitze lag, oder ob da sonst was vergraben ist. Aktuell kriege ich überall die Spannungen, die ich erwarte. Da aber beim Realtest ALLES identisch war, frage ich mich nach wie vor, warum der 18650 nicht mehr über den TP4056 den Xiao bzw dessen Akku versorgt hat. Es war alles komplett vollgeladen bevor der Repeater draussen deponiert war. Zumindest hätte der 18650 ja solange versorgen müssen, bis er über das Board bei angeblichen 3.3V Abschaltspannung hätte getrennt werden müssen. In der Realität ist das, offensichtlich, nicht passiert. Kalte Lötstellen usw schliesse ich eigentlich aus. Bin zwar kein Elektroniker oder ähnliches, nutze aber lange genug Lötkolben etc, dass es daran nicht liegen wird. Aber bevor dass die Sache nicht aufgeklärt ist, macht mir das für einen Realeinsatz etwas unbehagen. Ich lade jetzt während meinem Schlaf (hatte Nachtschicht, bin mir der Gefahr natürlich bewusst mit unbeaufsichtigt laden) einen Companion auf in der Hoffnung dass der 18650 in Abschaltspannung fällt. Dann schaue ich mal was passiert sobald das Board über USB C Spannung kriegt. Dann kann ich wenigstens testen, ob die Kaltstartfähigkeit funktioniert. Abgesehen von dem ungelösten Mysterium…

Was für ein Solarpanel ist dran ?

Wieviele Volt liefert das ?

Zähle die Zellen am Panel. Jede Zelle gibt ca 0,5 V

Der 4056er verträgt maximal ca. 6,5V am Solar-Eingang.

Wenn die Batterien voll sind, wird vom Panel kein Strom mehr bezogen und die Spannung geht in den Leerlauf. Bei einem 5V-Panel können das neo Kälte 6-8V werden. Das ist zuviel für den Chip und er verbrennt.

Ich nehme an, dass das passiert ist, irgendwann bei schönem Sonnenschein.

Facit: Ladekontroller mit höherer Eingangsspannung verwenden. zB. BQ25606 oder CN3791
BQ 25606: BQ25606 data sheet, product information and support | TI.com

Korrektur: der TP4056 verträgt bis zu 8V

Korrektur 2: Der CN3791 ist der richtige (hatte ursprünglich 3065 geschrieben)

ChatGPT-Vergleich:

https://dlnmh9ip6v2uc.cloudfront.net/datasheets/Prototyping/TP4056.pdf

Siehe Post weiter oben. Gar kein Panel war/ist dran weils ein Testaufbau ist. Die hätte ich heute angeschlossen wenns nach Plan verlaufen wäre. Also daran kanns nicht liegen.

Nachtrag: die eigentliche Schaltung scheint zu funktionieren. Habe den Xiao wieder leerlaufen lassen bzw seine Flachzelle. Den 18650er habe ich leerlaufen lassen, durch aufladen eines Companion. Gerade vorhin habe ich am TP bzw dessen USB C Spannung angehängt und aktuell lädt er sowohl den 18650 als auch über den MT und dem am MT angebrachten USB C Stecker auch den Xiao bzw dessen Flachzelle.

Der Aufbau hätte also funktionieren müssen. Die Frage die sich mir stellt ist, warum beim Realtest draussen der TP4056 keine Spannung mehr an den MT abgegeben hat um dadurch die Flachzelle über den Xiao etwas länger oben halten zu können wie der eigentliche Funktionsaufbau hätte funktionieren sollen. Denke wenn das funktioniert hätte, wären die 16 Tage, wenn nicht noch länger, erreichbar gewesen. So war es eigentlich nur ein Test wie lange die Flachzelle alleine den Xiao versorgen kann…

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… Soweit ich das verstanden habe:

  • hat sich die Flachzelle soweit entladen, bis sich der Tiefentladeschutz (an der Zelle fest montiert) eingeschaltet hat;

  • hat sich der 18650 (durch die auf dem Modul TP4056 installierte Schutzschaltung geschützt) nicht entladen;

  • hat, sobald am Eingang des TP4056 Spannung angelegt wurde, der Ladevorgang an beiden Zellen gestartet.

Stimmt diese Beschreibung? Dann müssen wir mit den Schemata der Module weiter arbeiten. Danke für deine Rückmeldung!

Hey Paul

Das hast du soweit eigentlich korrekt erfasst. Das Einzige was ich anders umschreiben würde ist, dass die 18650 sich eigentlich gar nicht entladen hat. Die Spannung der 18650 war auf 4.1V und die Flachzelle komplett leer und der Xiao auch aus.

Also trotz Bedarf, kam keine Spannung am Xiao an. Bin rückblickend auch nicht sicher, ob meine ersten Messungen an TP und MT korrekt waren. Hatte solche Spannungen, jenach Druck, auch dann gemessen als alles dann geladen hat. Kann also auch an mir gelegen haben. Würde aber nicht erklären, warum schon initial scheinbar der TP/MT den geplanten Job nicht erfüllt haben.

Warum Li-Po und Li-Ion kaskadieren. Nimm statt dessen ein paar 18650er mehr. Dann hast du denselben effekt. Aber nicht noch zusätzliche Fehlerquellen und allenfalls Verluste.

Schau Dir bitte mal mein Schema weiter oben an.

Wozu? Weil mir die Grundidee dahinter gefallen hat und eigentlich immernoch gefällt. Aber in der Praxis für mich auch zu risikobehaftet da die Funktionsweise eigentlich zwar funktioniert, aber die einzelnen Komponenten nicht für einen solchen Betrieb gedacht sind.

Trotzdem wollte ich dem einen Versuch geben und schauen, ob es so klappt. In der Realität eher nicht so wie ich gedacht hatte. Irgendwann werde ich die Komponenten aber wieder verwenden können. Also ist das für mich jetzt kein grosser Verlust. Der 18650 wird seinen Einsatzzweck bald woanders haben, der Xiao ist nicht verloren und die wenigen Kabel sind auch nicht tragisch. Die Flachzelle wird ebenfalls weiterhin ihren Zweck haben, also alles soweit kein Problem :grin:

Hat die „Flachzelle“ (vermutlich eine LiPo Zelle) eine Schutzschaltung eingebaut, welche sie gegen Tiefentladung schützt?

Hallo Silvio

Geplante Betriebsfälle – wer macht was, wann?

Fall A: Tag, Sonne vorhanden, 18650 genug geladen

  1. Solarpanel → TP4056 lädt 18650 (falls nötig).

  2. 18650 → MT3608 → 5,1 V → XIAO-5V.

  3. XIAO:

    • wird primär aus 5 V versorgt,

    • lädt bei Bedarf seinen eigenen LiPo auf 4,2 V voll.

Ergebnis:

  • Beide Akkus sind im Normalfall voll oder nahe voll.

  • Der Großteil der Energie kommt direkt von der Sonne, nicht vom Akku.

Fall B: Nacht, 18650 voll

  1. Keine Sonne → TP4056 lädt nicht.

  2. 18650 → MT3608 → 5,1 V → XIAO-5V.

  3. XIAO:

    • läuft komplett über den 18650,

    • LiPo bleibt voll oder wird nur minimal nachgeladen (wenn der Lader kurz ergänzt).

Ergebnis:

  • XIAO läuft nur aus dem 18650-Puffer.

  • LiPo wird praktisch geschont.

Fall C: Nacht, 18650 leer / Schutz aktiv

  1. 18650 ist unter Schutzschwelle → OUT des TP4056 = 0 V.

  2. MT3608 hat keinen Input mehr → 5 V verschwinden.

  3. XIAO merkt: 5 V weg → wechselt automatisch auf BAT (LiPo 1500 mAh).

Ergebnis:

  • Das System läuft weiter, jetzt aber nur noch auf dem XIAO-LiPo.

  • Dies ist deine zweite Verteidigungslinie: mehrere Tage extra Laufzeit.

Fall D: Langer Sonnenausfall, beide Akkus erschöpft

  1. Erst stirbt 18650 → TP4056-Schutz trennt.

  2. Später stirbt XIAO-LiPo → XIAO geht schließlich aus.

  3. Sobald wieder Sonne kommt:

    • Solarpanel → TP4056 → 18650 wird wieder geladen,

    • danach XIAO bekommt wieder 5 V → lädt sein LiPo.

Das System erholt sich selbstständig, sobald wieder Licht da ist.

Nun hat uns aber dein Versuch gezeigt, dass zuerst der XIAO-LiPo stirbt während der 18650 noch voll ist.
Kann es am MT3608 Modul liegen? Ich muss mich mal mit dem Schaltplan befassen. Es kann aber auch sein, dass uns die Schutzschaltung des LiPo einen Streich spielt.

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Ich hatte gestern einen Anfall von Ungeduld und habe mich selber mal eingelesen. Ich gebs zu , auch mit ChatGPT geschaut, was seine „Meinung“ ist. Seiner Meinung nach, funktioniert die Schaltung generell, ist aber für so einen Einsatz eigentlich nicht vorgesehen. Auch die Solarzelle am TP4056 würde funktionieren und funktioniert, wird einfach hart zu und abschalten. Gemäss Kollege KI, funktioniert das Ganze allerdings anscheinend nur, wenn eine Spannung am TP4056 anliegt. Würde, meiner Meinung nach, den Sinn eines TP4056 ad absurdum führen aber egal. Irgendwo muss das Mistding aber Recht haben.

Ich gehe davon aus, dass der TP4056 nur solange Spannung an den MT geliefert hatte, wie der Xiao noch Strom darüber bezogen hat. Eigentlich hätte der Xiao gar keinen Strom ziehen dürfen, da der Akku vom Xiao ja voll war. Als dann der Xiao keinen grossartigen Strom mehr bezogen hat, muss sich der TP4056 abgeschalten haben.

Eingeschaltet hat er sich erst wieder nachdem der Akku entfernt wurde usw. Warum dieses Verhalten so ist, kann ChatGPT besser erklären. Deckt sich aber mit meinen eigenen Recherchen. Mit diesen Infos, macht aber die Sache leider keinen Sinn. Wenn der 18650 voll ist und der TP4056 eigentlich den MT versorgen sollte, dieses aber nicht tut, kann man das auch alles weglassen. Nützt ja nichts den 18650 zu haben wenn dieser erst dann wieder durchgeschalten wird, wenn die Solarzelle genug Spannung liefert. Dann könnte die Solarzelle die Spannung nämlich auch direkt an den Xiao liefern.

Ich müsste den Chatverlauf des Kollegen KI hier reinposten damit es vielleicht verständlicher ist. Ich bin heute irgendwie unfähig mich sauber zu artikulieren :sweat_smile:

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Leute, schaut euch bitte mal mein Schema und meine Erklärung an.

Eine Kaskade mit Spannung hin und her wandeln macht keinen Sinn bzw. verbraucht nur unnötig Energie.
Bei meiner Lösung wird das BMS nicht ganz nach Norm verwendet, sorgt aber dafür, dass der NRF/ESP nötigenfalls getrennt wird und auch wieder sauber einschaltet. Ein weiter vorteil ist, dass kein Pushen der Spannung stattfindet und jederzeit der Zustand der Batterie abgefragt werden kann. Zudem wird die Menge der Komponenten verringert, was auch zu weniger Störungen führen dürfte.
Bei mir laufen momentan etwa 8 Xiao mit unterschiedlichen Panels und Ladereglern aber alle mit “meiner” Schaltung. Mal sehen, morgen Montag werden wohl alle Batterien voll sein und wenn es dumm läuft werden einige Laderegler die Leerlaufspannung des Panels nicht vertragen…

@Felix ich habe deine Schaltung mehr als 1x angeschaut und zweifle deren Funktion doch gar nicht an. Wenn es dir aber aufgefallen ist, worüber ich mir sicher bin, hat @Paul_Simmen diese Idee gehabt, mir hat sie gefallen und ich hab sie nachgebaut. Funktioniert nicht wie erwartet bzw nicht so zuverlässig wie erwartet und genau das steht ja in meinen Beiträgen oben drin.

Es war ein Versuch. Es hat nicht so geklappt wie ich wollte und für mich ist das Thema damit aktuell auch okay so. Aber für mich lebt das alles auch vom Testen, ausprobieren und rumspielen. Ich habe genug Hardware hier rumliegen dass ich sowas über andere Lösungsansätze hätte realisieren können. Wollte aber bewusst mal testen wie gut alles funktioniert bei der Verschaltung.

Darum ging es mir. Nicht darum einen Repeater zu bauen der 99% perfekt ist. Sowas habe ich hier schon :grin: Lass uns doch das Basteln und scheitern. Deine funktionierende Lösung hat doch hier niemand angezweifelt :blush:

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Hallo Silvio
Das T4056 - Modul ist als Akku-Ladegerät konzipiert. Ich baue die Schaltung nun versuchsweise nach und schliesse an Stelle des XIAO und dessen LiPo einfach einen ohm’schen Verbraucher an. Mal schauen, was dabei herauskommt.

Vielleicht verstehen wir dann besser, wer uns einen Streich spielt!

LG, Paul

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Hallo Paul
Was für ein Solar-Panel (Volt bzw. effektiv Zellen auf dem Panel) nimmst du ?
Wievle Ohm für die Last-Simulation ?
LG Felix

Sodeli, da bin ich wieder, Silvio

Habe die Schaltung, noch einmal, wie eingangs beschrieben, aufgebaut. Als Last habe ich einen 220 Ohm Widerstand, parallel geschaltet mit einer Serieschaltung R220 Ohm → LED. Bei 5 Volt sollten ca. 45 mA fliessen.

Nach dem Einlegen des Akku’s wurden gemessen:

  • am TP4056 an OUT-/OUT+ gerade mal 183.0 mV und an Bat+/Bat- 3.982 V;

  • an OUT-/OUT+ des MT3608 waren es 23.4 mV

Sobald an TP4056 IN-/IN+ 5 Volt angelegt wurden, schalteten sich die Ladeanzeige des Moduls sowie die LED der Lastschaltung ein. An der Last wurden 5 Volt gemessen. Dieser Vorgang liess sich wiederholen.

Versuchsweise wurde die Schutzschaltung im TP4056 überbrückt, indem der MT3608 direkt an Bat-/Bat+ des TP4056 angeschlossen wurde. Bei dieser Beschaltung schaltete sich die LED der Lastschaltung unmittelbar ein.

Der Grund, dass der LiPo des XIAO nicht nachgeladen wird, liegt offenbar bei den, im LiPo und im TP4056 verbauten, Schutzschaltungen. Wird bei der Schutzschaltung an P+/P- keine Spannung angelegt, fliesst kein Strom.

Um dies zu erkunden habe ich folgende Schaltung aufgebaut:

Der 18650 wird mit einer Schutzschaltung versehen und direkt an Bat-/Bat+ des TP4056 angeschlossen. Wird der 18650 eingelegt, startet der MT3608 nicht - die LED der Last bleibt ausgeschaltet.

Sobald 5 Volt an den IN-/IN+ des TP4056 angelegt werden, startet der ‘Christbaum’. Die Ladeanzeige am TP4056 leuchtet, ebenso die grüne LED der Last.

Werden die 5 Volt abgetrennt erlischt die Ladeanzeige des TP4056 die grüne LED der Last leuchtet weiter.

Merke: Die Schutzschaltung braucht an P+/P- eine Spannung, damit beim Wegfall dieser Spannung, die Spannung aus dem Akku an P+/P- erhalten bleibt.

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Hallo Felix

Die Repeater, welche ich im Einsatz habe, werden durch handelsübliche Panels mit 5 Volt versorgt. Baugleiche Panels werden auch für die Stromversorgung der Eufy-Kameras eingesetzt. Im Panel scheint eine Reglerschaltung verbaut zu sein. Eufy macht dazu keine Angaben - man müsste ein Panel aufschneiden um zu sehen, was sie verbaut haben. :wink:

Die Last beim Versuchsaufbau zieht bei 5 Volt etwa 45 mA.

Lieber Gruss
Paul

Das deckt sich mit dem, was ich aus dem Datenblatt des TP4056 lesen konnte. Der Chip an sich, könnte sogar temperaturbedingt den Ausgang sperren (ist ja hier nicht der Fall, war aber bei meiner Analyse ebenfalls unter Berücksichtigung).

So wie ich das selber nachgelesen/getestet hatte, deckt sich das mit meiner Beobachtung. Die Sorge die ich da nur habe ist, dass der TP4056 vielleicht ebenfalls die Abgabe des 18650 unterbindet, wenn der Stromfluss sehr gering wäre. Ist eine Vermutung und kein bewiesener Fakt. Der Umstand könnte aber eintreffen wenn der 18650 voll ist, der Lipo des Xiao voll ist und somit praktisch kein Stromfluss nötig ist vom TP4056 zum MT. Denke zwar dass dein Testaufbau diese Sorge gut abweisen kann.

Denke aber dass das beim Testaufbau selbst mit gegen Boden gedrehter Solarzelle, durchaus hätte passieren können dass die Schaltung sich ähnlich verhalten hätte.

Ich gedenke momentan den Testrepeater als Standort-Tester zu verwenden. Die Laufzeit bei vollem Akku, auch wenns nur die Flachzelle ist, reicht ja durchaus sehr gut aus um zu testen, ob ein grober, einfach zu erreichender Standort, geeignet wäre oder nicht. Wenn die Solarzelle dann nicht ihre Funktion erfüllen würde, hätte ich Notfalls maximal einen leeren Xiao-Akku den es nachzuladen gibt. Sollte es im Feld dann funktionieren wie erwartet, kann ich immernoch den Repeater an einer Stelle montieren, die einfach, aber dennoch versteckt, zu erreichen wäre FALLS er Probleme machen würde. Dann hätte er künftig einen Einsatzzweck so wie er ist👍

Danke dir Paul, für das Gegentesten :blush: So macht mir das Spass! So werden auch Probleme und Rückschläge zur Freude

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