Arduinoversorgung leicht gemacht! Unser 18650 Battery Shield stellt aus einem der gängigen Lithiumrundakkus mit 3,7 Volt Zellenspannung sowohl 3Volt (längsstabilisiert) als auch stabile 5Volt (über einen StepUp- Schaltregler) zur Verfügung. So sind gängige Entwicklungsboards wie unser "ESP32-DevKit", das "NodeMCU-DevKit", elektronische Schaltungen oder die große Arduino-Familie leicht via USB oder über Lötanschlüsse (die mit Pinheadern bestückt werden können), zu versorgen. Auch um Aufladung und Zellenschutz kümmert sich das Shield.
Zu diesem Zweck ist auf der Platine sogenannte "Protection"-Technik (siehe Foto 2: F1 / U9) enthalten, die eine Schädigung der 18650er Zelle durch Tiefentladung (Schwelle ca. 2,5V), zu hohe Stromentnahme oder gar Kurzschlüsse durch Abschalten eines MOSFETs verhindert. Dieser Schutz ist reversibel, nach Beseitigung der Ansprechursache ist das Shield ohne Beschädigung wieder einsetzbar. Keine durchgebrannten Sicherungen mehr!
Aufgeladen wird die in einen hochwertigen Zellenhalter (mit vergoldeten Kontaktelementen) einzusetzende Lithiumzelle über einen Micro-USB- Anschluß (oder mit 5V=), so wie viele der heute üblichen portablen datentechnischen Geräte, auch kann der USB-Anschluß eines Rechners zur Ladung verwendet werden, allerdings ist die Ladezeit dann häufig länger anzusetzen (Stromlimit). Die Ladung übernimmt der bekannte Lithium-Ladecontroller "4056" (siehe Foto 2: U2), der durch 2 SMD-LEDs (L1 und L2) den laufenden Ladevorgang und auch "Zelle voll" signalisiert (dieses IC ist übrigens auch auf unserem Standalone-Lithium-Lademodul verbaut).
Stromhungrige Hardware wie der bekannte RaspberryPi und ähnliche hochperformante Kleincomputerboards (oder Power-LEDs) lassen sich zwar auch am 5V-USB-Ausgang anschließen, aber die vom Hersteller aufgedruckte maximale Stromlieferfähigkeit von 4A ist mit Vorsicht zu genießen: hier sollte man testen, inwieweit die Eigenerwärmung des an sich nicht direkt zusätzlich kühlbaren StepUp-Reglers FP6298 (siehe Foto 3: U7) und seiner peripheren Bauteile Grenzen setzt. Eine gute Luftzirkulation um die Platine ist hier sicherlich sinnvoll. Wir haben deshalb in unserem Artikeldatensatz bewußt eine kleinere Stromlieferfähigkeit (2A) eingesetzt, um auf der sicheren Seite zu bleiben. Will man mehr als ca. 2A auf der 5V-Seite ziehen, bitte, wie gesagt, testen!
Die Platine bietet auch einen längsgeregelten 3V-Ausgang, er ist aber nur mit 1A belastbar (Längsregler = höhere Verlustleistung!) und liefert auch nur solange stabile 3V, wie die Zellenspannung über 3V liegt: Gegen Ende der Akkuladung fallen diese 3V dann ebenfalls ab, dies bitte berücksichtigen!
Ein Hinweis: Das Shield schaltet durch die Protection-Technik unvermittelt (= ohne Vorwarnung) ab, wenn der Akku die Tiefentladeschwelle erreicht, das kann u.U. Probleme bei gerade laufenden Speichervorgängen (oder Schreibvorgängen auf nichtflüchtige Speicherkarten) machen. Es ist in solchen Fällen sinnvoll, den versorgten Controller die Zellenspannung permanent "indirekt" durch Messen der 3-Volt- Schiene überwachen zu lassen (via Analogeingang): Fällt die 3V-Schiene unter 2,8 bis 2,7 Volt, ist von ausfallkritischen Operationen abzusehen respektive der Controller ordnungsgemäß herunterzufahren oder schlafenzulegen, um Datenschrott in den Speichermedien zu vermeiden oder andere unerlaubte Zustände zu verhindern.
Von der Funktion her ähnlich (allerdings ohne die 3V-Schiene) sind die bekannten Powerbänke, die mittlerweile überall wohlfeil erwerblich sind. Powerbänke bringen ein Gehäuse mit sich, die Shieldplatine hingegen ist "blank", also aufpassen wegen unerlaubter Schlüsse durch herumliegende Drahtreste oder Lötzinnperlen! Das Aktivieren des 5V-USB-Ausgangs erfolgt bei den Powerbänken typischerweise durch eine automatische Lasterkennung, zieht man zuwenig Strom, schalten diese den 5V- Ausgang zeitnah ab! Das ist ein Unterschied zu unserem Shield, hier ist ein mechanischer Schiebeschalter für die Ein- und Ausschaltung des 5V-Schaltreglerausgangs zuständig, so gibt es keinen Minimalstrom, der 5V-Ausgang bleibt an, auch ohne Last! Der Schalter wirkt nur auf den USB-5V-Ausgang, die 3 Volt-Schiene ist immer aktiv (siehe Hinweis unten!).
Wir haben "leere" Powerbankmodule mit einer Zelle oder mit 3 Zellen im Sortiment (PowerBank-Kit 1x18650 und PowerBank-Kit 3x18650 ), wie auch bei diesem Shield hier erfolgt deren Auslieferung ohne Zellen (die benötigten 18650er Zellen müssen also zusätzlich gekauft werden LiIon18650/3,7V-3,5Ah/FT ) oder vorhanden sein, z.B. durch Ausschlachten älterer Notebookakkus ;-).
Die Zellen sollten idealerweise sogenannte "LowDrain"-Typen sein, also Zellen mit hoher Kapazität und deshalb limitierter Stromlieferfähigkeit, Notebookakkus enthalten genau diese Sorte... Es ist natürlich auch möglich, flache 1S- LiPos (3,7V) an die Platine anzuschließen, dies muß durch Anlöten der Akkuzuleitungen an die Lötpads des Halters geschehen, der Rundzellenhalter muß dann leer bleiben oder kann bei Bedarf sogar entfernt werden!
Zwei wichtige Hinweise am Schluß: Bei längerer Nichtbenutzung des Shields sollte der Akku aus dem Halter entnommen werden: selbst bei ausgeschaltetem 5V-Ausgang wird die Zelle durch den unvermeidlichen Ruhestrom des permanent an der Zelle angeschlossenen 3V-Längsreglers (5-7mA) sonst langfristig unnötigerweise entladen, bis das Protektionssystem anspricht. Außerdem reagiert das Shield sensibel auf verpoltes Einlegen des Akkus, also den entsprechenden aufgedruckten Warnhinweis des Herstellers ernst nehmen!
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