Tutorial - Bau dir deine eigene Powerbank

Mal ne ganz doofe Frage: Wofür braucht man die Durchladefähigkeit? Ich habe jetzt 3 Tonuinos gebaut, die halten (mit Powerbank) im Bereich von Monaten. Entweder läd man die rechtzeitig wenn das Kind schläft, oder das Kind muss mal ne halbe Stunde ohne auskommen, bis die Akkus wieder soviel geladen sind, dass gespielt werden kann. Bei mir war das bisher nie ein Problem. Das Konzept „Batterie ist alle“ haben meine Kinder schon mit zwei Jahren verstanden (und bei den nervigen Tuttut-Babyflitzern dauert es auch komischerweise ganz schön lange, bis da wieder volle Batterien drin sind :innocent:)

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Hallo zusammen,

Das kommt auf die Anwendung an. Auch unser Sohn hat schon vor einiger Zeit verstanden, dass Batterien leer werden.
Allerdings ist unser aktueller Tonuino mehr als „Sinnhaftigkeitsstudie“ enstanden und hat daher noch keine autarke Stromversorgung. Das Gerät kam aber so gut an, dass ich mich nicht traue, da etwas daran zu ändern. Es wird einfach dahin getragen, wo man hören will, angeschlossen und los gehts…
Der Nachfolger soll nun natürlich eine echte Erweiterung werden (was das Design angeht, ist das nicht so schwer), also mindestens das können, was das erste Gerät kann. Die Standardanwendung wird sein, dass das Gerät am Netz betrieben wird. Es wird dann vielleicht mal vom Esstisch zum Sofa getragen oder dergleichen und man will nicht wieder den Track von vorne hören.
Daher wundere ich mich auch, dass hier oft erst Powerbanks ab 5 Ah als „brauchbar“ bezeichnet werden.

Daher kann ich auch auf die Frage von Eremit_LiPos

nur antworten: Ja, für mich ist das zwingend erforderlich.

Da ich (obwohl Softwerker) genug von Hardware verstehe um einen Schaltplan nachzuvollziehen und die Schaltung selbst aufbauen zu können, würde ich mich auch darüber freuen, wenn die Diskussion hier sachlich weiter geführt werden kann. Ich sehe z.B. auch nur die beiden Lösungsmöglichkeiten, die Eremit ja auch schon geschrieben hat:

  1. Der Eingang vom USB-Port wird an die Ladeelektronik geleitet (klar) und parallel dazu, über einen Schalter (ich möchte absichtlich nicht MOSFET schreiben) an den Tonuino gegeben. Der Tonuino hängt aber auch über einen Schalter hinter dem Aufwärtsregler, der vom Akku gespeist wird. Eine Logik (auch hier will ich mich erst mal nicht festlegen, sondern nur die Funktion beschreiben) schaltet bei Erkennen der Eingangsspannung vom Netz den Tonuino auf diese um.
  2. Der Eingang vom USB-Port wird nur an die Ladeelektronik geleitet. Der Tonuino wird immer aus dem Aufwärtsregler gespeist. Die Logik entfällt. Dafür haben wir andere Nachteile, die ich bei Erlaubnis/Bedarf gerne diskutieren würde.

Meine Kenntnisse hören allerdings bei den Akkus recht schnell auf, daher freue ich mich über jede Information, die ich hier kriegen kann.

Meine erste Frage ist jedoch, ob und wie ergebnisoffen die Diskussion hier geführt werden soll/kann.
Ich habe mir sowieso schon drei Powerbanks bestellt um sicher eine „durchladefähige“ für den zweiten Tonuino hier zu haben wenn ich weiter baue, aber aus Platzgründen würde ich für das Erstlingswerk dann wohl doch einen Selbstbau anfertigen müssen…

Die zweite Frage ginge dann in Richtung Vor- und Nachteile der Optionen für das Hardware-Design, z.B. ist Lösung 2 überhaupt möglich oder würde man den Laderegler völlig verrückt machen, weil er versucht, den Ladestrom konstant zu halten? Welche Einschränkungen bzgl. Dimensionierung des Ladereglers hätten wir?
Die Energieeffizienz der Lösungen finde im Momentich so lange zweitrangig, wie die Wärmeentwicklung vertretbar bleibt, aber auch hier lasse ich mich gerne überzeugen. Wie geschrieben: wie ergebnisoffen wollen wir rangehen?

Ich habe von E-Technik null Ahnung, von daher kann der Vorschlag auch absoluter Nonsens sein, aber das dürft ihr entscheiden :wink:

Reicht für so etwas nicht ein sehr großer Kondensator? Vorausgesetzt es wird nur der TonUINO betrieben, und nicht noch eine Tannenbaumbeleuchtung aus LEDs…

@nanos - das mit dem Kondensator… Vergiss es schnell wieder ^^

Grüße

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Ich brauche den ja eh nicht, weil ich mit meinen Powerbanks glücklich bin :wink:
Hatte die Hoffnung ein paar Sekunden zur nächsten Steckdose ließen sich damit überbrücken, ein Versuch wars wert :man_shrugging:

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@LeffSpike

Es wäre möglich mittels Relais umzuschalten. Kommt externe Energie, wird das Relais (65mA) bestromt und trennt die Verbindung von Ladeboard/Akku und tonUINO. An der Stelle könnte ein entsprechend großer Kondensator (ohne aktiven AMP wäre es sicher locker realisierbar) eventuell die Schaltzeit des Relais überbrücken. Müsste halt getestet werden…

@nanos

Kein Thema, die Idee ist nicht schlecht, aber „übliche“ Kleinelektronik Kondensatoren halten im maximalfall Zehntelsekunden… ^^

Ausser er gibt 15€ für nen Super Elko mit mehr als 300F aus :wink:

Das Komplizierte an dem von Chris beschriebenem „Durchladen“ ist, dass man dafür eine statische oder sehr starke Spannungsquelle braucht - oder eine intelligente Regelung.
Eine Umschaltung kam mir auch in den Sinn. aber stellt euch vor, ihr verwendet ein Netzteil, was es nur gerade so schafft, den Akku zu laden, aber gleichzeitig ein Relais halten und den Tonuino versorgen muss.

Ich denke nicht, dass Powerbanks den Eingang durchschalten, sondern auch sie von Akku abgreifen, während sie laden.

Mit wechselnder Leistung bei den Netzteilen ist das Ganze über einfache Wege nicht lösbar.

Edit: Hier geht es aktuell nicht um die Frage, ob man seinen Tonuino zeitgleich laden und betreiben kann. Das ist generell mit dem beschriebenen Tut möglich.

Die Frage geht etwas spezifischer, ob man mit wenigen Bauteilen auch den Akku laden und gleichzeitig mit dem Input direkt (noch vor der Ladeschaltung) abgreifen und den Tonuino versorgen kann.

Und genau da setzt die Frage an

Solange man nicht mehr als 2, bzw. 5W während des Einsatzes an Leistung verbraucht, braucht man auch keine solche Schaltung.

Praktisch ist es auch möglich.
Aber Drosselspule vor den Kondensator, sonst bleiben die Kontakte vom Relais kleben.
Und Netzteil muss die Leistung halten können. Sobald die Spannung weg bricht, fällt auch das Relais wieder ab.

Diese Lösung wurde schon vielfach erfolgreich umgesetzt. Genau davon handelt dieses Tut. Oder verstehe ich gerade deine Ausführung falsch?

Ursprünglich kam das Thema auf, als jemand ein Video gepostet hat, dass der TP4056 bei Unterspannung nicht mehr richtig lädt.
Das habe ich bisher noch nie mitbekommen, und ich glaube nicht, dass irgendjemand bei seinem Tonuino Projekt mit einem solchen Problem konfrontiert wird. Denn dafür müsste man dauerhaft mehr aus dem Akku ziehen, als das Ladegerät her gibt.

Einen letzten Edit habe ich noch :smile: :
Da das Thema schon seit (fast) einem Jahr um geht, gehe ich die nächsten Tage mal in die Werkstatt und zeichne eine Lösung.

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@Eremit_LiPos

Ich denke du machst dir zu große Sorgen (zumindest bin ich der Meinung im Verlauf dieses Threat mehrfach über deine Bedenken gelesen zu haben) dass ein Netzteil nicht genug Leistung haben könnte um einen Akku zu laden, ein Relais (habe es bei mir mit einem einfachen Relais Breakouts - mit 65mA Stromaufnahme gemessen) sowie den tonUINO zu versorgen.

Ich kann natürlich nur über meinen Aufbau berichten, hier liegen die Daten wie folgt:

tonUINO komplett (ohne BT Modul) bei voller Lautstärke (Lautstärke durch Poti begrenzt - aber dennoch so laut dass es für die kleinen zu laut ist) im Preak: 350mA und typisch 190mA

Rechnen wir nun einfach einen Ladestrom von 1,1A für den Akku, 0,1A für das Relais und noch 0,4A für den tonUINO, so komme ich auf 1,6A Stromaufnahme bei 5V konstant.

Ein Netzteil mit 5V und 2 Ampere ist inzwischen ohen weiteres zu bekommen - und sollte also das Gesamtgebilde ohne weiteres versorgen können. Im schlimmsten Fall klatscht man noch nen stabilisierenden Elko vor die Ladeelektronik, dann ist diese gegen Spannungseinbrüche auch sauber abgesichert.

Oder irre ich?

Grüße

PS: Deine LiPos machen mich inzwischen ordentlich an… Und habe da voll Bock drauf!
Aktuell kämpfe ich nämlich damit meine Kiste (gibt ab morgen Abend fünf Stück davon) NiMH (LSD) fähig zu machen. Und da kommt mir das Thema Tiefentladschutz massiv quer. Ich habe schon eine einfach (und saugut funktionierende ‚Spannungsteiler wird über Arduino ausgewertet‘) Schaltung (und Code) gebastelt. Aber der Arduino kann sich natürlich nicht selbst die Spannung entziehen - bzw ich brauche unterschiedliche Powerrails damit es funktioniert, da wirds schwer. Hier müsste ich also auf einen zweiten Arduino gehen (was totaler Quatsch ist), oder auf einen entsprechenden Chip (bereits bestellt), da muss ich aber erst noch experimentieren…
Das einzige was mich aktuell von den LiPos abhält ist der Formfaktor… Ein kompakterer Block wäre günstiger…

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Auf jeden Fall eine anregende Diskussion :smiley:

Mit einem solchen Aufbau ist eine Umschaltung auch sehr einfach zu realisieren.
Kurz ohne Puffer/Drossel auf den Schreibtisch geschmiert müsste das in etwa so aussehen:

Die Sorgen sind dadurch begründet, dass du mit diesem Aufbau die Möglichkeit verlierst alternativ zu laden.

Du kannst nicht an laptop USB2 (300mA) oder 3 (900mA) gehen, nicht über Solarzelle laden, und bist auf ein festes Netzteil angewiesen, da sonst die Spannung am Relais auf Batteriespannung abfällt.

Die einzige Chance wäre, dass das 5V Relais auch bei 3,2/3,7V schaltet. Um das zu testen habe ich aber schon ein paar Relais gekauft :blush:

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Mir scheint als ob „zitieren“ auch erst mit enigen Beiträgen als Rang verliehen wird?! Zumindest finde ich es nicht. Soryy also für die etwas anstrengende Konversationsform von mir ^^

@Eremit_LiPos - Jetzt habe ich mitgeschnitten worum es dir geht!! Solar usw hatte ich bisher garnicht ernsthaft in betracht gezogen (und wohl im Bezug auf deine Bedenken total überlesen)… Aber du hast recht, das wäre auch ein Faktor.

Allerdings stelle ich mir das doch ganz schön schwer vor bei wechselnden Spannungen (man bedenke Bewölkung , kurzfristige Verschattung etc) eine brauchbare Ladefunktion zu realisieren. Weil wenn mal viel Lichtwechsel ist, „schepperts“ mehr im tonUINO wie als dass es lädt, weil das Relais anzieht, abfällt, anzieht, abfällt usw usf… Wenn der dann zugleich auch noch in Nutzung ist wird es sportlich.

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Jop, jetzt sind wir auf einer Wellenlänge ^^

All das kann man machen, wenn man vom Akku direkt abgreift, und die Zuleitung nur für das Ladegerät verwendet.

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Das geht glaub von Anfang an. Du musst nur den zu zitierenden Text markieren. Dann erscheint automatisch zitieren über der Markierung.

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Ich brech nieder! LOL! Wie geil ist das denn? … DANKE!!!

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Alternatives Laden kommt für mcih aktuell zwar nicht in Betracht, aber werde ich mitverfolgen. Bisher wollte ich soviel wie möglich in einem tonUINO unterbringen, hier wird es aber auf drei Wege hinauslaufen. Ich sehe schon, es wird spannend :slight_smile:

@Eremit_LiPos - Wir müssen uns nochmal über High-Cap_acity und andere LiPos unterhalten. irgendwie habe ich skrupel diese in meinen tonUINO einzubauen - am besten per PN, sonst wird dieser Threat noch verwässerter durch meine Neugierde ^^ Oder willst das hier ausdiskutieren und meine Noobfragen dazu beantworten?

Man kann in Stromversorgung auch weitere Themen öffnen. Just saying. :wink: Dann haben wenigstens alle was davon.

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Bitte nicht per PN. Zur Not, wenn es auf ein anderes Thema rausläuft, dann macht nen neuen Thread auf. Dann hat jeder was davon :wink:.

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Es gibt doch schon sichere Akkus: NiMH und LiFePO4. Such Dir einen aus :slight_smile:

Mit NiMH kenne ich mich ganz arrogant gesagt extrem gut aus. Über chemische Zusammensetzung, Lade- und Entladeverhalten, Schlussspannung etc etc etc. Ich nutze für viele Geräte ausschließlich LSD NiMH’s. Allerdings nur da wo ein zu tiefes entladen nicht möglich ist.

Wie du sicher weiter oben im Beitrag gelesen hast, habe ich genau hier bereits angefangen mögliche Schutzschaltungen zu entwerfen bzw. fertige ICs zu kaufen um mit diesen tests durchzuführen.

Zu LiFePO4 habe ich noch keine praktischen Erfahrungen. Diese Teile interessieren mich auch, aber nur wenn sich dafür eine „praktikable“ Lade-/Schutzelektronik finden lässt. Dennoch interessiert mich Lithium-Polymer aufgrund der hohen Energiedichte (mAh/Wh). Und hier ist ja die Schutzschaltung bereits beim Akku mit an Bord - das würde mir bei einer Modifikation meiner Energieversorgung im Arduino massiv entgegen kommen.

Von daher @Eremit_LiPos - wollen wir zum Thema LiPo einen eigenen Threat aufmachen? Da können wir auch gerne gleich LiFePO4 mitbehandeln… xD

Grüße

Es gibt lade ICs die hsben ein extra Power Path Management die schalten den Eingang direkt durch

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