18650 cel BMS met zonnepaneel laadmogelijkheid

[leecher]

Ik wil wat ESP8266 units laten werken op 18650 batterijen. Ik gebruik momenteel van die TP4056 bordjes als battery protection, maar ik heb begrepen dat deze niet geschikt zijn om gelijktijdig met een load te gebruiken omdat hij dan niet kan zien wanneer je aan het overchargen bent.

Ik ben op zoek naar een BMS chip die ongeveer hetzelfde doet als de TP4056 (over en discharge bescherming), maar dan met de mogelijkheid om input van een zonnepaneeltje te gebruiken en tegelijkertijd de ESP8266 van stroom te voorzien. Als ik zoek op sites als Farnell en Mouser is de keuze natuurlijk reuze, maar ik vind voornamelijk chips die niet tegelijkertijd met een load gebruikt kunnen worden of kieskeurig zijn met de input en dus lastig te combineren zijn met een zonnepaneeltje.

Iemand een protip voor een dergelijk SMT component?

[AlexanderB]

leecher schreef op zaterdag 20 maart 2021 @ 13:48:
Ik wil wat ESP8266 units laten werken op 18650 batterijen. Ik gebruik momenteel van die TP4056 bordjes als battery protection, maar ik heb begrepen dat deze niet geschikt zijn om gelijktijdig met een load te gebruiken omdat hij dan niet kan zien wanneer je aan het overchargen bent.

Nope, niet waar.
De TP4056 beperkt de (instelbare) laadstroom totdat 4.2v bereikt is, en houd de spanning dan vast op 4.2v.
Wanneer de laadstroom onder 10% van het maximum daalt, gaat het indicatie-ledje uit.
De enige andere functie van de TP-4056 is dat als de spanning over de batterij <2.5V is, dat de laadstroom beperkt is tot 10% van de ingestelde laadstroom.
Dat is 100% van de functionaliteit van de TP4056, en zolang de spanning aan de uitgang niet over de 4.2V gaat, *kan* de cel niet overladen worden.
Wanneer de ESP8266 wat stroom uit de cel trekt, dan vult de TP-4056 dat weer aan. Niet meer, niet minder.

leecher schreef op zaterdag 20 maart 2021 @ 13:48:
Ik ben op zoek naar een BMS chip die ongeveer hetzelfde doet als de TP4056 (over en discharge bescherming), maar dan met de mogelijkheid om input van een zonnepaneeltje te gebruiken en tegelijkertijd de ESP8266 van stroom te voorzien.

Ah, ja. De TP-4056 heeft geen over-discharge bescherming, en direct aan een zonnepaneeltje hangen werkt alleen met wat extra componenten. (Op z'n minst een diode als het zonnepaneel zelf er geen heeft)

Zal eens kijken of ik een circuitje kan tekenen om alles te combineren wat je nodig hebt om een ESP, een lithium cel en een zonnepaneeltje aan elkaar te knopen, want deze vraag komt regelmatig langs blijkbaar.

[leecher]

@AlexanderB

Dank, zo leer ik nog eens wat. Blijkbaar zit er nog een tweede component op het bordje die voor die discharge protection zou moeten zorgen (S8205A). Een tekening van een dergelijk circuit wordt inderdaad gewaardeerd.

[gastje01]

Ik heb zoiets inmiddels al 3-4 jaar in de tuin liggen en t werkt nog steeds. 2x 18650 uit een oude laptop accu en niet meer naar omgekeken. Dit was mijn inspiratie:
https://www.instructables...red-WiFi-Weather-Station/

[Voor 7% gewijzigd door gastje01 op 20-03-2021 17:06]

[leecher]

AlexanderB schreef op zaterdag 20 maart 2021 @ 14:52:
Dat is 100% van de functionaliteit van de TP4056, en zolang de spanning aan de uitgang niet over de 4.2V gaat, *kan* de cel niet overladen worden.

Bedoel je daarmee dat de opstelling van @gastje01 in principe goed kan werken? Zo te zien werkt het maar ik zou het jammer vinden als straks mijn grasmat in de fik staat omdat ik een zonnecel op een verkeerde manier aan een 18650 heb gehangen

[memphis]

Ga je uit van een 1 cell opzet? Dan kan je natuurlijk ook aan een protected 18650 denken.

Ga je uit van meerdere cellen moet je iets geavanceerders nemen.

[leecher]

@memphis

Gaat om 1 cell inderdaad. Ik heb nu protected 18650 maar die zijn aanzienlijk duurder en passen niet goed in de behuizing die ik in gedachten heb omdat ze net wat langer zijn.

[AlexanderB]

Ah, ja, er zijn inderdaad TP-4056 bordjes met ingebouwde cell protection chip, ik ging ff uit van de chip zelf inderdaad.

Meestal een DW01 of equivalent, met inderdaad een mosfet (S8205A in dit geval) om de cel af te sluiten als deze te ver op of ontladen wordt.


Dat circuitje werkt inderdaad prima, zolang het zo'n oplaadbordje met 3 chips is, en niet eentje met alleen de TP-4056 zelf. (Als je goed kijkt kan je zelfs de DW01A op de 6 pin chip lezen)

[leecher]

@AlexanderB

Ah ok, dan kan ik dus de TP4056 met extra's gebruiken. Ik wilde een keer proberen een PCB met SMT assembly te ontwerpen en bestellen met zoiets als op dat TP4056 bordje geïntegreerd, samen met wat ander klein spul (LDO voor de voeding, temperatuursensor, etc).

[AlexanderB]

Leuk om te doen inderdaad

Ga je bij JLC bestellen? TP-4056 (C16581), DW01 (C14213) en de benodigde dual N channel mosfet (C16052) zitten allemaal in de basic parts.

[memphis]

De laadchip mag volgens de specs 8 volt max aan de ingang hebben, als de spanning van de zonnecel begrensd is op 5.5v of zeker niet boven de 8v uit komt zou ik de diode weg laten zodat de laadcontroler ook bij een dalende spanning iets makkelijker blijft werken.

https://dlnmh9ip6v2uc.clo...ts/Prototyping/TP4056.pdf

[leecher]

AlexanderB schreef op zaterdag 20 maart 2021 @ 18:58:
Leuk om te doen inderdaad

Ga je bij JLC bestellen? TP-4056 (C16581), DW01 (C14213) en de benodigde dual N channel mosfet (C16052) zitten allemaal in de basic parts.

Dat was het idee inderdaad. Ik zie wel dat er bij de DW01 een overdischarge protection waarde staat van 2.4v. Ik ben tot nu toe eigenlijk alleen cellen tegengekomen met een ondergrens van >2.7v in de specificaties. Hoe nauw komt dat eigenlijk? In principe kom ik er wel eerder achter omdat de LDO nog boven de 3.3v afkapt en ik dan geen data meer krijg, maar dat doet het idee van die protection weer teniet.

[AlexanderB]

Ja, die overdischarge protection is een beetje meh. Bij een toepassing die meer stroom vraagt werkt het op zich wel, als de cel leeg is knalt de spanning omlaag, en hij laat de overdischarge pas los als de cel weer boven de 3.0v is, maar met hele lage belasting is het bijna zinloos. Desondanks, 2.4V is beter dan 0V, maar je moet het meer als laatste redmiddel zien, niet als iets waar je constant gebruik van maakt.

Wat ik in het andere topic ook al zei, je kan beter zorgen dat je met de ESP de batterijspanning kan meten (of kan meten wanneer de LDO geen 3.3V meer geeft met interne spanningsmeting) en gewoon alles wat stroom verbruikt uitzetten tot de spanning weer hoger wordt.

[leecher]

AlexanderB schreef op zaterdag 20 maart 2021 @ 20:13:
Wat ik in het andere topic ook al zei, je kan beter zorgen dat je met de ESP de batterijspanning kan meten (of kan meten wanneer de LDO geen 3.3V meer geeft met interne spanningsmeting) en gewoon alles wat stroom verbruikt uitzetten tot de spanning weer hoger wordt.

Ik gebruik inderdaad de analoge poort om de batterijspanning mee te sturen. Onder waarde X kan hij dan gewoon in een oneindige deepsleep.

[bnwgraaf]

Aahh, interessant topic! Ik ben ook bezig met een ESP8266 systeem waarbij ik gebruik wil maken van de 18650 en zonnepanelen! Ik heb al iets in een ander topic staan, waar een aantal van jullie ook gepost hebben en me geholpen hebben, maar misschien is het mooier om het hier bij elkaar te houden.

Ik ben nu met het voedingsgedeelte bezig, maar ben er ook nog niet helemaal uit.

Ook ik had op verschillende websites gelezen dat een TP4065 boardje niet af zou slaan als er load aan hangt, zelfs niet met de versie met de DW01 chip, omdat die verkeerd zou zijn toegepast op het boardje.
Hoewel me dat vreemd lijkt, heb ik ook nog een ander board met een CN3065 chip, maar ik heb het idee dat die niet veel anders werkt:
https://www.tinytronics.n...5-li-ion-zonnelader-500ma

Ik ben nu met het volgende opstellinkje bezig:


Het lijkt op zich te werken, maar ik zit met een aantal vragen:

1. Ik heb een INA219 board waarmee ik de spanning en stroom van de batterij meet. Dit doet hij op zich wel. Maar tijdens laden meet hij natuurlijk de laadspanning. Kun je op één of andere manier toch de batterij spanning bepalen? De 18650 protectie doet neem ik aan ook zoiets? Je kunt wel aan de negatieve stroom zien dat de batterij wordt geladen.
2. Ik heb 2 zonnepanelen (6V 2W) parallel staan. Heb ik nog ergens een diode nodig?
3. Het zijn Chinese paneeltjes dus de beloftes zullen aan de positieve kant zijn. Maar bij licht bewolkt weer meet ik maar iets van 0.04 A bij rond de 5 V. Komt de zon er door dan zit dat ergens op 0,1 a 0,15 A. Heb ik voor deze panelen echt volle bak zon nodig om een beetje te kunnen laden?
4. Het is natuurlijk zaak het verbruik van de ESP8266 zo laag mogelijk te houden, waarvoor ik uiteindelijk naar een"kale" ESP wil. Maar ik gebruik ook de deepsleep optie, wat op zich goed werkt. Nadeel is alleen dat de sensoren wel blijven verbruiken. Ik zit aan een tweede voedingsgedeelte te denken welke de spanning op de sensoren tijdens deepsleep uitschakeld. Heeft iemand nog andere ideeën?

[AlexanderB]

1: de cel staat op dat punt natuurlijk ook op 4.2V.
Het enige wat je op dat moment kan doen is het opladen onderbreken en kijken naar de rustspanning, of 'coulomb counting', precies meten hoeveel stroom en bij welke spanning er de batterij in en uit gaat om precies op te tellen hoeveel energie er in (zou moeten) zit(ten). Dat is overigens flink geavanceerd, en voor dit project behoorlijk overkill, een simpel stukje code om te zorgen dat de spanning s'nachts of bij weinig zon niet te laag wordt is belangrijker.

2: jouw specifieke oplaadbordje heeft de diode er al op zitten. (Component gemarkeerd als SS14, eentje voor de zonnepaneel aansluiting, en eentje voor de USB aansluiting.)

3: die cijfers lijken inderdaad hopeloos optimistisch als je niet weet hoe ze vastgesteld worden. Normaal worden panelen gemeten met 1000w/m2 aan licht (zomerdag rond lunchtijd),
opgegeven spanning is het maximum zonder belasting,
opgegeven stroom is bij kortsluiting.
Opgegeven vermogen (watt) van Chinese panelen wil nog wel eens de vermenigvuldiging van die twee zijn ipv realistisch.
Realistisch vermogen heet Watt-piek (watt-peak, Wp), wat dus staat voor het maximum vermogen dat het paneel realistisch leveren kan bij 1000W/m2 aan zonlicht. En dat geven ze bijna nooit op bij goedkope paneeltjes.

Zonnepaneeltjes hebben grofweg een piek-output zo'n beetje bij 1/2 tot 2/3 van de maximale spanning, bij 1/2 tot 1/3 van de kortsluitstroom. Er zijn mooie grafiekjes van te vinden, maar dat is een vuistregel die aardig dichtbij komt. Je zou een MPPT circuit moeten hebben om er het maximale uit te persen, maar wederom, bij dit project waarschijnlijk niet nodig.

Als het bewolkt is kan je het maximale vermogen rustig nog een keer door 4 delen, output valt hard af bij indirect licht.
5V en 0.15A klinkt al met al niet onredelijk met die aannames.

4: een p-channel mosfetje gebruiken, dan kan je met een IO pin op de ESP de voeding naar alle sensoren onderbreken.

[Voor 5% gewijzigd door AlexanderB op 21-03-2021 13:55]

[bnwgraaf]

AlexanderB schreef op zondag 21 maart 2021 @ 13:52:
1: de cel staat op dat punt natuurlijk ook op 4.2V.

Op zich ook niet zo'n probleem, als tijdens het laden de laadspanning te zien is, wordt er bijgeladen en heb je dus ook geen probleem met een lege batterij.
En ik wil inderdaad in de code ook een beveiliging gaan inbouwen, dat als de gemeten batterijspanning onder een bepaalde waarde komt, de deepsleep-tijd hoger ingesteld wordt en er dus minder metingen gedaan worden per uur.

2: jouw specifieke oplaadbordje heeft de diode er al op zitten. (Component gemarkeerd als SS14, eentje voor de zonnepaneel aansluiting, en eentje voor de USB aansluiting.)

Ah, goed om te weten!

3: die cijfers lijken inderdaad hopeloos optimistisch als je niet weet hoe ze vastgesteld worden. Normaal worden panelen gemeten met 1000w/m2 aan licht (zomerdag rond lunchtijd),
opgegeven spanning is het maximum zonder belasting,
opgegeven stroom is bij kortsluiting.
5V en 0.15A klinkt al met al niet onredelijk met die aannames.

Het blijft dus interessant om hardware en code te optimaliseren voor een zo laag mogelijk verbruik! Ik wilde dat met een kaal esp printje doen, maar om de één of andere reden valt de spanning in elkaar als ik het printje in het circuit opneem... Ik moet eens uit gaan zoeken waaraan dat ligt. Ik heb wat weerstanden in dat gedeelte staan, zoals voor een esp beschreven staat.
Ik heb een tweede 3,3V deel in het circuit (was bedoeld voor de sensoren) en als ik de esp daar op aansluit, lijkt het niet op te treden... Als ik een esp op development board aansluit, in plaats van de losse esp, heb ik ook geen probleem.

Wanneer ik trouwens een esp op developer board gebruik en ik sluit 3,3V spanning op één van de 3V pinnen en heb dus geen voeding via de 5V Vin of de usb aansluiting, verbruikt zo'n developer boardje dan nog steeds meer dan een kale esp? Ik gebruik in dit geval de regulator en serial verbinding toch niet? Of gaat er nog steeds extra stroom verloren?

4: een p-channel mosfetje gebruiken, dan kan je met een IO pin op de ESP de voeding naar alle sensoren onderbreken.

Ja, dit ga ik nog inbouwen en testen.
Ik zag ook dat je sommige sensoren ook nog kan optimaliseren. Zo zou je de bme280 bijvoorbeeld in Forced Mode kunnen instellen, waarbij alleen metingen op afroep gedaan worden en de bme daarvoor "wakker" gemaakt wordt. Ik vraag me af of daar ook nadelen aan zitten en of andere sensoren dat ook kunnen.

[AlexanderB]

Nog ff goed kijken of je alles hebt aangesloten zoals het hoort, inclusief de batterij, want zonder batterij is er waarschijnlijk niet genoeg stroom om de esp continu aan te houden voor testen/programmeren.

Of de spanningsregelaar nog stroom trekt van de 3.3v kant weet niet eigenlijk niet zeker. Je kan het testen?

[leecher]

memphis schreef op zaterdag 20 maart 2021 @ 19:05:
als de spanning van de zonnecel begrensd is op 5.5v of zeker niet boven de 8v uit komt zou ik de diode weg laten zodat de laadcontroler ook bij een dalende spanning iets makkelijker blijft werken.

Zou je dat verder toe kunnen lichten? Mijn kennis gaat niet verder dan - diode is eenrichtingsverkeer en heeft verder weinig invloed -

bnwgraaf schreef op zondag 21 maart 2021 @ 13:06:
• Het is natuurlijk zaak het verbruik van de ESP8266 zo laag mogelijk te houden, waarvoor ik uiteindelijk naar een"kale" ESP wil. Maar ik gebruik ook de deepsleep optie, wat op zich goed werkt. Nadeel is alleen dat de sensoren wel blijven verbruiken. Ik zit aan een tweede voedingsgedeelte te denken welke de spanning op de sensoren tijdens deepsleep uitschakeld. Heeft iemand nog andere ideeën?
[/list]

Ik heb een 2de LDO aan een transistor hangen die pas aan gaat als het tijd is om te meten. Zonder dat de ESP die aan zet is er niks behalve diezelfde ESP wat stroom verbruikt.

[AlexanderB]

De diode is inderdaad in dit geval gebruikt als eenrichtingsverkeer, als de spanning van de zonnecel lager is dan de accu, dan loopt er stroom terug de zonnecel in, en dat wil je natuurlijk niet.
(Een zonnecel is stiekem ook een hele grote inefficiënte led.)

Wat memphis bedoelt is dat diodes een spanningsval hebben, 0.7V voor generieke silicium diodes, 0.2v voor schottky diodes.
Wanneer de spanning van de zonnecel verder daalt dan de accuspanning + de diodespanning, dan loopt er geen stroom meer, dus een diode met een lagere spanning (of geen diode) zou net wat meer zonne-energie uit een dag halen.
Alleen in geval van de TP4056 heb je wel een diode nodig, anders loopt de cel ook weer leeg s'nachts.

[Voor 7% gewijzigd door AlexanderB op 21-03-2021 18:22]

[memphis]

Inderdaad, met 5.5 aan de ingang en nog eens 0.7v verlies over de diode blijft wer weinig werkspanning over voor de laadchip. Als een diode nodig is zou ik eerder vooreen Shottkey gaan maar als je verder zoekt zijn er ook speciale low voltage drop diodes.

http://www.farnell.com/datasheets/2711013.pdf