Diskussion zu »Autonome Zellen #1-2«

Mosquitsch · May 5, 2020, 9:30pm

Hi @roh
nochmal danke für diese ausfürliche Antwort!

wie gesagt, eine Schottky Diode werde ich bestellen. Die sollte die 18V und > 1.2A abkönnen. Das sind die spezifikationen der Solarzelle.
Den Widerstand hab ich demäß der Formel auf der Tindie Seite vom Hersteller ausgerechnet. Da war ich glaube mit 10kOhm schon konservativ. Ich hab das auch anhand des Schaltplans und des Datenblattes von Consonence nachvollzogen. Ich glaube das meine Spannungsmessung falsch ist…
Die Spannungsmessung ist wirklich komisch. Ich hab da, wie ihr auch, einen 1:10 Spannungsteiler mit einem 22kOhm und einem 220kOhm Widerstand. Die kann ich sogar jetzt noch nachmessen und bestätigen. Wenn ich mit der Messpitze testweise an die 5V vom ESP gehe (VIN), dann sagt mir der ADS 22505 counts. Mit dem Skalierungsfaktor 0.1875 und dem Spannungsteiler komme ich auf ~47000. Faktor 10 zuviel! Es liegen (mit Multimeter gemessen) ~4700mV dort an. Die 22505 counts sind auch schon seltsam. Der ADS gibt ja ein int16 raus - kann also maximal 65536 annehmen bevor er überläuft. Wenn ich schon bei 4.7V bei 22505 bin, dann werde ich bei der Solarzellenspannung (ich vermute mal ~18V bei voller Sonne) definitiv einen Überlauf haben. Ich verstehe nicht warum der 1:10 Spannungsteiler nicht funktioniert.
[EDIT]: Ich hab gerade nochmal genau nach gemessen. Es scheint so als hätte ich R1 und R2 am 1:10 Spannungsteiler vertauscht :-( Dann muss ich die Widerstände wohl tauschen…

Den Heater hab ich nicht angeschlossen. Auf der Tindie Seite stand, man könne die Funktion auch deaktivieren, indem dort ein 10kOhm Widerstand eingesetzt wird.

Ja, es scheint eine kurzzeitige Last zu sein. Ich hab am Ausgang vom Step-Up Konverter den Elko (ich regele dort von 3.2V auf 5V). Was mich stutzig macht ist, dass beide Abstürze, heute morgen und heute abend, stattfanden als die Batterie Spannung eben nicht niedrig war. Heute morgen wurde schon Strom von der Solarzelle gemessen - und das mindestens 30min lang. Heute Abend war die Batterie eigentlich voll (sie zeigt jetzt auch 3.2V an). Der Step-Up Konverter ist ein MT3608.
Ich hab gerade eine etwas wackeliges Kabel ersetzt. Vielleicht lag es daran werde es morgen früh anschließen und testen.

@didilamken
Ich weiß nicht, ob die Laderegler vergleichbar sind. Wir nutzen hier eine LiFePO4 Batterie Chemie und einen speziell dafür angepassten Laderegler+MPPT. Ich beobachte aber deine Thread auch. Klingt interessant.

VG,
Matthias

weef · May 5, 2020, 9:56pm

Oh, jetzt sind meine Kollegen mir schon zuvorgekommen und haben meinen draft nochmal altern lassen … ;)

@AarneAarebye und @techanic, beide Geräte liefen im WInter nicht durch, da sie aufgrund von Bauarbeiten abgebaut wurden bzw. werden mußten. Auf der gegenüberliegenden Straßenseite (wie @wtf schrieb, sind sie ja noch in-house und nicht im Feld) wurden inzwischen 60 Wohnungen in neunstöckigen Häusern gebaut, so daß die Horizontsilhouette für die Solarzellen deutlich anders aussieht und sich damit die Energiebilanz der Geräte deutlich verschärft hat: noch weniger nutzbares Licht… aber egal, sie müssen ja ohnehin an die frische Luft! ;)

Zeitraum für dieses Bild hier sind die letzten 12 Monate:

…dies hier ist der Zeitraum vom 1.2.20 bis 3.5.20

… und dies das dazugehörige Sonnenenergiangebot des gleichen Zeitraums:

Die Sonnen-Daten sind DWD-Werte und keine selbstgemessenen (also: am Ort der Solarzelle gemessen), man kann aber dennoch gut sehen, an welchen tagen es ausreicht, damit das Gerät wieder losläuft.

Auf diesem Thermo-Bild sieht man, warum die beiden Wetterhütten und airrohre, obwohl jeweils so dicht zusammen, während der Heizperiode unterschiedliche Werte anzeigen: ein airrohr sowie eine Wetterhütte ragen senkrecht über die Fensterbank, so daß die aufsteigende warme Luft einen halben Meter weiter höher zuerst diese beiden Meßgeräte erwärmt (die Sonne und die resultierenden Abschattungen machen natürlich ebensolche Effekte):

beidezellen-thermo

@Mosquitsch: Zusätzlich noch zu @roh’s Antwort: wenn Du Dir das datenblatt des CN3801 ansiehst, dann schlagen die dort die Diode D1 vor (diese wurde (bewußt und erlaubtermaßen) weggelassen beim Solar1). Wenn die aber nicht verwendet wird, gibt es bei dunkler Solarzelle einen direkten Strompfad über R_CS, L und M1, der die dann höhere Akkuspannung (nachts oder bei Abschattung) an die Solarzelle legt - das will man nicht. Daher die Schottky-Diode.
Zur Auswahl dieser Diode bei Deiner gegebenen Solarzelle: mindestens eine SS14, SB140 oder 1N5819 sollten es sein, besser 1N5822, BYS26, SB240, SB360, MBR340 …
Deren Auswahlkriterien sind neben der Strombemessung (hier min. 1A) und Spannungsfestigkeit (min doppelter Wert der Zelle, also 40V)

möglichst kleine Vorwärtsspannung (ist lastabhängig; “forward voltage”, V_F oder U_F)
möglichst kleiner Rückwärtsstrom (“max DC reverse current”; I_R)

Mosquitsch · May 5, 2020, 9:58pm

@weef super, vielen Dank. wird morgen bestellt! :-)

didilamken · May 5, 2020, 10:24pm

Die Technik ist unterschiedlich ( 12V Blei <-> 3.7V LiFePo ), die Problematik ähnlich.
Ich wollte mit robuster Technik ( 20W Solarmodul, China-Solarregler, alte 12V Autobatterie ) über den Winter den FiPy mit nur 1W betreiben. Was im September problemlos lief, endete schon Mitte Oktober mit dem Brownout und der Erkenntniss, irgend etwas ist nicht richtig dimensioniert. Dann folgten meine Laufzeitmessungen wie im Thread beschrieben.
Z.Z. teste ich ein 30W-Solarmodul mit einer 145Wh LiPo-Powerbank. Die Ergebnisse folgen.

Bei der Spannungsmessung mit dem ADS1115 rechne ich nicht viel, sondern messe einfach.
Ich habe 4 ADS1115 mit je 4 Kanälen. 2 x 4 Kanäle haben nur einen Schutzwiderstand von 10 kOhm und messen bis 3.3V am RasPi. 2 x 4 Kanäle haben einen Spannungsteiler von 100 kOhm und 10 kOhm. Die sollten temperaturstabil sein ( Metallfilm ), der genaue Wert ist nicht entscheidend.
Zum Abgleich lege ich eine bekannte Spannung ( 5.00 V von einem Präzisions-SpannungsIC ) an den Eingang und lese den Messwert des AD-Wandlers. Dann kommt der Dreisatz zum Einsatz und ergibt einen Korrekturfaktor. Er ist für jeden Kanal geringfügig unterschiedlich, beinhaltet er doch die Toleranzen der Widerstände. Zum Test gibt man eine variable Spannung mit einem Poti an alle 8 Eingänge. Wenn alle 8 Kanäle das gleiche anzeigen, ist alles gut.
So kann ich 0.000 bis 40.000 V mit einer Auflösung von 1 mV anzeigen und auf 16 Kanälen jede Sekunde aufzeichnen. Das ergibt 12 MByte Daten pro Tag. Genug um einzelne Ausreisser aufzuspüren. Ein normales Multimeter ist auch nicht genauer.

wtf · May 5, 2020, 10:52pm

So. Ich hab mir den Patienten #2 nochmal genau angeschaut:

Ein Trennen/Neuverbinden des Akkus trennte die flackernde RTC-LED und ließ sie wieder flackern. Ein Trennen/Neuverbinden der RTC-Knopfzellen-Batterie (samt parallelem Trennen/Neuverbinden des Akkus) erwirkte einen normalen/nicht-flckaernden Zustand der RTC-LED.
Die WLAN-Credentials (das Setup #2 war im Herbst in nem temp. Setup $woanders) waren falsch.

Kurzfassung: Ick gloob dem Ding schon weiterhin. Weitere Doku folgt. Bestimmt. Bald.

weef · May 5, 2020, 11:35pm

welche LED auch immer Du meinst… (die RTC hat nur eine, die direkt an Vcc hängt)
Jedenfalls dachte ich zwischenzeilich, daß er eine Aufwachzeit gesetzt bekommen hatte, die logischerweise in der Vergangenheit liegt, und die er wg. Energiemangel nicht parieren konnte und daher binkt… das wäre aber eher was für den Messfrequenz bei Verwendung einer RTC -thread ;)

Aber, hurra, Zelle #2 läuft wieder… wifi credentials, kommt ja kein Mensch drauf!

Das ist schon mehr als nur ein MOSFET, darfste ruhig sagen:
das ist ein NCP380 (bzw. TPS2552), ein integrierter point-of-load switch (oder auch: power distribution switch) mit einstellbarer Strombegrenzung (bis zu 2,1A; Versionen mit festen Strömen oder per Programmier-Widerstand einstellbar) und error flag-Ausgang (für Überstrom-, Übertemperatur- und Verpolungsanzeige) sowie mehrere Schutzfunktionen (zu diesen drei eben genannten noch: under voltage lockout). Dessen eingebauter MOSFET (R_DSon von 70 mΩ) ist nur ein highlight, der IC hat außerdem noch einen soft start, soft off und einen natürlich logikkompatiblen Schalteingang (ENABLE). - Dürfte hier auch ruhig etwas häufiger verwendet werden! ;)

wtf · May 5, 2020, 11:38pm

Ja, das ist leider nicht alles. Nachm Hardreset & RTC-Batterie-raus-rein-setzen läuft #2 grad immer 1x wunderbar, aber die RTC kriegt ihren Alarm nicht gebacken. Hab auch schon +/- 3600 Sekunden wegen die Sommerwinterscheiße probiert …

Mosquitsch · May 6, 2020, 7:22pm

Hi,
so ich hab heute die Schottky Diode (hoffentlich in der richtigen Richtung) installiert und die Reihenfolge der LEDs im Spannungswandler geändert.

Es liegt jetzt tagsüber tatsächlich eine Spannung von 17V an der Solarzelle an. Das bedeutet aber auch, dass ich in den letzten Tagen eine Spannung von 15-16V am ADS1115 anliegen hatte - weit über den ~6V. Zum Glück ist dabei kein Schaden aufgetreten.

Was noch komisch ist, ist der Strom zwischen Solarzelle und Laderegler (vom ACS712 gemessen) und der Strom zwischen Batterie und Laderegler (vom INA219 gemessen).
Der Strom von der Solarzelle lag heute meistens bei 120mA. Das erscheint mir zu wenig. Auf der anderen Seite war die Batterie aber auch relativ voll. Mal schauen wie es morgen aussieht, wenn die Batterie wirklich geladen werden muss. Der ACS712 ist aber auch sehr ungenau. Ich hatte an dem auch schon Ströme von 200mA gemessen, obwohl gar nichts angeschlossen war. Ich vermute, dass ein Kabel direkt daneben eine B-Feld erzeigt, welches der HallSensor misst.

Mein “Brownout” Problem lag wahrscheinlich wirklich an einem Kabel, welches lose in einem Klemmblock steckte. Ich hab ein neues verbaut und die Litze anständig verzinnt. Das sollte jetzt bombenfest sitzten.

Mal schauen wie es sich in den nächsten Tagen verhält.

Vielen Dank nochmal für eure Hinweise.

Beste Grüße,
Matthias

wtf · May 6, 2020, 7:51pm

Mein Fehler: Ich vergaß, dass die RTC in der aktuellen Umsetzung nicht aufwecken kann solang noch 5V über den USB-Port kommen (Laptop war noch dran). Den USB-Strom braucht es allerdings initial. Somit dürfte die derzeitige Lösung noch nicht damit klar kommen wenn der Akku einmal leer läuft und denn wieder Strom da ist.

didilamken · May 6, 2020, 8:13pm

Beim Messen mit dem ACS712 muss man skeptisch sein. Auf den ersten Blick ist die galvanische Trennung gut.Die Ausgangsspannung ist ohne Strom Uein/2 unstabilisiert. Mit Strom ändert sie sich um einige mV ( in meiner Schaltung bei 200 mA 2.50 +/- 0.04 V ). Das ist sehr wenig und reicht nicht für kleine Ströme, besonders wenn Uein um 0.1V schwankt und dann eine Stromänderung vortäuscht.
Ich habe meine Messungen mit dem ACS712 für Leistungen kleiner 10 W abgebrochen.
Für grosse Solaranlagen ( meine hat 500 V x 3 A = 1500 W ) ist die galvanische Trennung sehr gut und die Genauigkeit ausreichend. Mit einem INA219 kann man das nicht Messen, er kann nur 35 V vertragen, nicht aber 500 V.

wtf · May 6, 2020, 9:33pm

Ich hab mich mit der Präzision der Stromflussmessung des INA219 soweit nicht befasst.

Aber für ne grobe Einordnung im Verhältnis zu den Daten des hier diskutierten Modells kannst Du ja mal etwas in den Aufzeichnungen von #2 stöbern: Die beiden Zellen standen ja letzten Sommer ziemlich durchweg an nem sonnigen Platz (ich glaub die Solarzelle von #2 etwas ungünstiger, weil eher beschattet). Bei #2 messe ich den Strom während eines “Laufs” auch mehrfach da ja zunächst ein recht Strom-hungriger Feinstaubsensor läuft, dann erst “die WLAN-Phase” beginnt.

Also ruhig im Panel “Akku: Spannung & Stromfluss” mal tief reinzoomen; da gibts auch ab und an mal nen Lauf mit wechselner Richtung. Oben im Dashboard siehste ja auch wie sonnig es ein paar Kilometer weiter war. Unten gibts auch nochmal die Akkuspannung, das sind immer so Steps bei ~1V, ~4.2V und erst wenn die Sonne so richtig knallt >18-20V. Ich meine noch zu erinnern, dass @roh mal meinte, dass dies des MPP-Tracking darstelle.

Mosquitsch · May 7, 2020, 3:34pm

@didilamken Ich hab den ACS712 an 2 Eingängen am ADS1115. Der eine Eingang misst über einen Spannungsteiler Vcc (also Uein/2), der andere den analogen Out vom ACS712. Die beiden Eingänge werden differntiell abgefragt. Ich sollte also immer 0mV am ACS712 haben, wenn kein Strom fließt. 220mA ohne angeschlossene Kabel sind m.E. keine kleine Ströme.

@wtf Vielen Dank. Wenn ich das richtig sehe, habt ihr Aufladeströme von 400-500mA. Da bin ich weit von weg. Kann das an der SchottkyDiode liegen? Vorher hatte ich höhere Ströme…

Leider hat er sich heute morgen um 7:00 wieder verabschiedet. Die Spannung an der Batterie ist unter 3V gefallen.

So sah es aus:

Daraus ergeben sich für mich jetzt ein paar Lösungsansätze:

größerer Akku: Im Moment sind es 5Ah. Ich könnte sowas: Faktor Shop | 38.140S 12AH LiFePo4 oder sowas LiNANO® 12 Ah 3,2V LiFePO-Zelle SL-FLA, Lipopower, LiNANO probieren. Ich warte mal aber noch ein paar Tage ab und schaue wie es sich verhält.
Ihr habt in der Zelle #1 zwei Zellen verbaut, ich sehe aber keinen BMS oder Balancer. Wie geht das?
Ich hab die Messzyklen des Feinstaubsensors halbiert. Das ändert jedoch nicht daran, dass der ESP8266 leider die ganze Zeit läuft. Ich werde mal bei den luftdaten leuten nachfragen ob die nicht vielleicht eine LowPower Firmware entwickeln wollen. Der Webserver muss nun nicht wirklich die ganze zeit laufen. Ich bin mir sicher, dass es dann gehen wird. Zur Not bastele ich mir das selbst. Ich würde nur gerne die Daten an deren Website senden.

Ich bin der Meinung, dass dieses Setup mindestens 48h ohne Sonne auskommen muss, damit es ganzjährig stabil läuft. Jetzt kommt er nichtmal über eine Nacht - und die sind zZ ja realtiv kurz da es ja nur noch 7 Wochen bis zur Sommersonnenwende sind.

Es fällt leider auch den ganzen Tag eine kleiner schattiger Streifen vom Geländer auf die Solarzelle. Vielleicht muss ich die doch noch anders positionieren.

Viele Grüße,
Matthias

didilamken · May 7, 2020, 6:24pm

Eine sehr gute Idee, darauf bin ich nicht gekommen. Ich werde es mit meiner Schaltung ausprobieren.

Mosquitsch · May 10, 2020, 10:26am

Hallo,
ich hab dem Feinstaubsensor jetzt eine alternative Firmware verpasst. Es gab einen Fork vom letzten Herbst, in welchem DeepSleep genutzt wird (GitHub - nospam2000/sensors-software: sourcecode for reading sensor data Branch: esp32powersave). Der Sensor ist jetzt nur 30s an und schläft für 300s. Damit hab ich keine Stromprobleme mehr.

Leider sind 5min DeepSleep wahrscheinlich etwas zu lange. Auf der Luftdatenkarte bin ich immer nur sporadisch zu sehen. Ausserdem scheinen nicht alle Messungen durch zukommen. Aber das ist ein Softwareproblem was ich einfach beobachten muss.

Die Akkuspannung fällt über Nacht nichtmal unter 3.2V. Ich werde es in den nächsten Tagen genau beobachten und testweise nochmal abends die Solarzell abklemmen. Einfach um zu schauen wie lange die Sensoren in dieser Konfiguration laufen. Ich schätze mal 48h sollten definitiv drinnen sein.

VIele Grüße,
Matthias

weef · May 27, 2020, 3:30pm

Was hast Du denn für ein break-out mit dem ACS712, auf welchem LED(s) verbaut sind? Welche Version (z.B. sparkfun hat mehrere Revisionen) ?

Und btw:

welchen Typ ASC712 hast Du (5A, 20A o. 30A) und
kannst Du außerdem erkennen, welchen Wert der Filterkondensator C_F hat (oder lt. Datenblatt des break-out-Herstellers) ?

Mosquitsch · May 27, 2020, 3:55pm

@weef Also das blinken lag tatsächlich daran, dass der LiFePo4wered die Load abgeschalten hatte, da die Akkuspannung zu niedrig war - bzw. in einem anderen Fall, war das Kabel von der Batterie aus dem Klemmblock der Platine gerutscht. Das hat sich alles geklärt.

Meine Messstation läuft jetzt mehr oder weniger stabil. Die alternative Firmware des Feinstaubsensors zickt ein bisschen - sie “verschläft” anscheinen ab und zu mal, so das ich immer mal eine Lücke von 15-30 min habe. Aber ich hab jetzt beschlossen damit zu leben.

Ich hab die 5A Version und nicht von Sparkfun. Ich hab das Modul hier bestellt: ACS712 5A Wenn die Bilder stimmen, dann steht da “102” drauf. Müsste als 1µF sein.

Mittlerweile hab ich auch einen größeren LiFePO4 Akku eingebaut. Nach dem einen Regentag, an dem kaum geladen wurde, war die SPannugn schon sehr niedrig.

fracinquantetrois · August 11, 2020, 9:54am

Hallo,
Entschuldigen Sie die deutsche Sprache … Es ist Google. Ich bin Franzose und versuche, ein eigenständiges esp8266 oder ESP32 zu haben.
Ich frage mich, ob ich ein Solarzellen-Panel zum Aufladen meines lifepo4 verwenden soll.
Meine aktuellen Tests:
Ein 5-V-Panel, das mit einem 1A 3.2V 3.6V LiFePO4 batterie dédiée Module de charge Li polymère cellule chargeur de batterie entrée 3.8V 4.2V 4.5V 5V pour Ebike UPS voiture | AliExpress verbunden ist
Der Akku ist durch 10/20/50/100 pièces 3A BMS carte de Protection pour 1S 3.7V 18650 Li Ion batterie au Lithium nouveau et de haute qualité | AliExpress geschützt
Alles ist in Ordnung, solange der Akku aufgeladen bleibt. Wenn jedoch eine lange Zeit bei bewölktem Wetter eintrifft, entlädt sich der Akku und der BMS unterbricht die Stromversorgung des ESP. Dies ist normal.
Wenn die Sonne nach und nach zurückkommt, speist das Panel das Ladegerät, das den Effektivwert freigibt, und speist das ESP, das startet, aber das Solarpanel kann noch nicht genug Strom liefern, um das ESP korrekt zu versorgen, da es eingeschaltet ist Wechsel von unzureichender Beleuchtung zum Produktionsstart, es ist nicht richtig initialisiert und kann sein Programm nicht ausführen. Ein manueller Reset ist erforderlich, auch wenn die Solarladung besser wird und der Strom korrekt wird.
Der ESP-Reset-Pin müsste das ESP blockieren, während die Batterie etwas ansteigt.
Also ein Hysteresezyklus zwischen niedrig: Abschalten der Speicherentladungssicherheit und hoher Stromversorgung des ESP.
Herzlich.

clemens · September 7, 2020, 6:53am

Andreas Spiess hatte schon 2017 diverse Solarlader-ICs vorgestellt und getestet und nun auch wieder welche unter die Lupe genommen: 10 Battery Power Boards for Raspberries and ESPs. Start of “SuperPower” project. Da er mit allen unzufrieden war, möchte er nun mit der community zusammen eine Ladeplatine entwickeln und hat das Projekt “SuperPower” getauft.

Mir ist beim Schauen sofort die Autonome Zelle eingefallen, die ich als Kommentar dann bei ihm verlinkt hatte. Er hat auch geantwortet:

wtf · January 7, 2021, 10:01am

Ja, für die deutsche Sprache möchte ich mich auch entschuldigen! Die ist ja noch komplizierter als die französische. Hallo! Salut! (Es gibt unter jedem Beitrag hier diese Button für eine Übersetzung von Microsoft :)

Hmm. Ich glaube, dass es helfen könnte, wenn Du einen Solar-Laderegler mit einem separaten Ausgang für den Verbraucher verwendest. Mit dem aktuellen Laderegler scheint ja der ESP direkt an der Batterie zu hängen.

Aber vielleicht genügt es auch schon dem ESP einen kleinen Kondensator (470nF? vermutlich “für mehr Sensoren mehr Farad”) auf seinem 3.3V-Stromeingang vorzuschalten.

weef · November 1, 2023, 9:45pm

Jo… ist leider immer noch so; könnte man mal ändern™ ,)