Selbstbau "LiPo-Solarlader" lädt Batterie nicht komplett voll

Begonnen von r00t2, 21 August 2018, 09:55:38

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r00t2

Hallo zusammen,

für ein Solarprojekt habe ich mir einen Solarlader für LiPo Batterien gebaut.

Verwendete Komponenten:
Solarzelle (6V, 210mA): https://de.aliexpress.com/item/6V-210MA-Monocrystalline-Silicon-Solar-Panel-Solar-Epoxy-Panel-Solar-Panel-Photovoltaic-for-6V-Solar-Cell/32863721320.html?spm=a2g0s.9042311.0.0.220d4c4dVqHxNm
Solarlademodul für 1S LiPos: https://de.aliexpress.com/item/Mini-Solar-Lipo-Ladeger-t-Bord-CN3065-Lithium-Batterie-Ladung-Chip-DIY-Outdoor-Lade-Board-Modul/32884724839.html?spm=a2g0s.9042311.0.0.220d4c4dVqHxNm
1200mAh 1S LiPo: https://hobbyking.com/de_de/turnigy-1200mah-1s-1c-lipoly-w-2-pin-jst-ph-connector.html

Das Aufbauen der Schaltung war einfach:
- JST PH Stecker an die Solarzelle löten (allerdings war beim Anschließen am Solarlademodul rot und schwarz für + und - vertauscht, deshalb habe ich es an der Solarzelle andersherum angelötet. Das sollte auf die Funktionalität aber keinen Einfluss haben)
- Solarzelle an Lademodul anschließen (LED für "OK" leuchtet, wenn man die Solarzelle ohne angeschlossene Batterie in die Sonne hält)
- LiPo mit JST PH Stecker an das "BATT IN" Terminal des Lademoduls anschließen
- In die Sonne legen und fertig

So liegt der Versuchsaufbau mittlerweile seit gut 3 Tagen ohne angeschlossene Last in einer feuerfesten Schale (sicher ist sicher) tagsüber in der prallen Sonne (Akku ist abgeschattet und bekommt keine direkte Sonne ab) und lädt die Batterie. Zumindest leuchtet die "CH" LED am Lademodul. Nachts über bleibt der Aufbau unverändert liegen.

Allerdings schafft der Aufbau es scheinbar nicht, die Batterie vollständig zu laden.

Ich habe vorsichtshalber schon ein Modul mit 210mA genommen, da ich davon ausgegangen bin, dass die Werte in der Beschreibung übertrieben gut sind. Aber selbst, wenn das Modul nur die Hälfte der Leistung hätte, sollte ein 1200maH LiPo doch bei ca. 100mA Ladestrom nach ca. 12-15 Stunden voll geladen sein.

Oder habe ich einen Denkfehler an einer anderen Stelle?
FHEM 6.0 (Raspberry Pi 2 B | Raspberry Pi OS Lite | Perl 5.28.1 | UZB Z-WAVE.Me | Hue Bridge V1 | SIGNALDuino 433 MHz | FritzBox | Kodi | Pioneer AVR | MQTT | Node-RED | Diverse Google Dienste)

Schotty

Hi r00t2,
ich bin jetzt zwar nicht so der Experte, aber nur mal so ein Gedanke:
Hast du den Ladestrom mal mittels eines Amperemeters überprüft, um zu sehen, wieviel eigtl wirklich beim Akku ankommt?
Akku in der prallen Sonne finde ich persönlich jetzt nicht ganz so glücklich, wenn die Dinger zu warm werden, ists auch nicht so gut - teste doch vielleicht auch mal, wie der unterschiedliche Ladestrom in der prallen Sonne und im Schatten ist.
Eine Selbstentladung über Panel oder Lademodul sollte ja wohl auszuschließen sein, ich gehe mal davon aus, dass das Lademodul da entspr Dioden o.ä. verbaut hat.
Ich meine mal irgendwo etwas gelesen zu haben, dass man neue LiPo-Akkus erstmal 'eingewöhnen' sollte, also erstmal ein paar Ladezyklen mit einem entspr Ladegerät 'normal' laden sollte..
Gruß
Handbuch zur BSB-LAN Hard- & Software (Anbindung v. Heizungsreglern, u.a. von Brötje & Elco):
https://1coderookie.github.io/BSB-LPB-LAN/

r00t2

#2
Hi!

Zitat von: Schotty am 21 August 2018, 11:04:34...
Hast du den Ladestrom mal mittels eines Amperemeters überprüft, um zu sehen, wieviel eigtl wirklich beim Akku ankommt? ...
Das hatte ich noch nicht gemacht, da ich die Verkabelung nicht wieder aufgetrennt habe. Allerdings war das auch mein Plan fürs kommende Wochenende, mal zu sehen, welche Ströme von Solarzelle zum Modul und vom Modul zum Akku fließen. Ich habe noch ein zweites Lademodul (gleicher Typ), das ich mal probieren werde - gesetzt den Fall, das mein erstes Modul defekt ist und z. B. kein (oder nur ein sehr geringer) Strom vom Lademodul zum Akku fließt.

Zitat von: Schotty am 21 August 2018, 11:04:34...Akku in der prallen Sonne finde ich persönlich jetzt nicht ganz so glücklich, wenn die Dinger zu warm werden, ists auch nicht so gut - teste doch vielleicht auch mal, wie der unterschiedliche Ladestrom in der prallen Sonne und im Schatten ist. ...
Der Akku lag auch nicht direkt in der Sonne, das war von mir missverständlich ausgedrückt. Die Solarzelle war komplett der Sonne ausgesetzt, der Akku lag im Schatten der Zelle. Ich habe das im Thema oben mal angepasst. Die Idee mit dem Messen der Ladeströme bei verschiedenen Sonneneinstrahlungen ist aber ein guter Hinweis, danke.

Zitat von: Schotty am 21 August 2018, 11:04:34...Eine Selbstentladung über Panel oder Lademodul sollte ja wohl auszuschließen sein, ich gehe mal davon aus, dass das Lademodul da entspr Dioden o.ä. verbaut hat...
Das hoffe ich auch. Ich habe schon Lösungen gesehen, die eine Diode zwischen - Pol Solarzelle und Lademodul hängen. Wobei ich tatsächlich hoffe, dass das Lademodul ein Rückspeisen von Strom in die Zellen verhindert (gemessen habe ich das aber, wie gesagt, noch nicht).

Zitat von: Schotty am 21 August 2018, 11:04:34...Ich meine mal irgendwo etwas gelesen zu haben, dass man neue LiPo-Akkus erstmal 'eingewöhnen' sollte, also erstmal ein paar Ladezyklen mit einem entspr Ladegerät 'normal' laden sollte..
Das habe ich so zwar noch nicht gehört aber ehrlich gesagt bin ich kein Spezialist in Sachen LiPo Akkus. Vielleicht hat ja jemand hier noch mehr Erfahrungen bzw. Meinungen dazu.

Danke für Deine Ideen!

Gruß
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Schotty

Oh gerne!  :D

Also ich bin zwar auch kein Modellflieger, aber irgendwie bin ich hier: https://www.drone-zone.de/neue-lipo-akkus-eingewoehnen/ und hier: http://www.elektromodellflug.de/lipo-leitfaden-faq.html mal drüber gestolpert - ansonsten eben bei Tante Google ;)

Bei youtube habe ich übrigens gerade ein recht aktuelles Video zu dem Teil gefunden: https://www.youtube.com/watch?v=N0PC6UxLDmQ , der hat allerdings bei dem SYS-Ausgang noch ein extra Teil verbaut, um auch 'normale' Powerbanks damit zu laden - wenn ich es beim Überfliegen richtig gedeutet habe (habe es mir nicht wirklich angesehen). Letzteres finde ich auch eine interessante Sache..

Gruß
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Frank_Huber

leuchtet denn die "CH LED" bein Laden? "CH" dürfte für charging (laden) stehen.
Ich würde auch mal die Solarzellen Spannung messen.
Das Modul benötigt Minimum 4,4V

Schotty

Zitat von: Frank_Huber am 21 August 2018, 13:24:21
leuchtet denn die "CH LED" bein Laden? "CH" dürfte für charging (laden) stehen.

..yupp, scheint so:
Zitat von: r00t2 am 21 August 2018, 09:55:38
Zumindest leuchtet die "CH" LED am Lademodul.

..bin auch mal gespannt was da los ist  :)
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r00t2

Jupp, die CH LED leuchtet und die Spannung am Solarpanel hat ~6.0V im Leerlauf.
Ich messe heute nochmal die Solarspannung unter Last (mit angeschlossenem Lademodul und mit/ohne Batterie), ob diese abfällt und versuche mal die Ströme ebenfalls zu messen.

Sonne ist ja momentan noch genug vorhanden :)
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r00t2

#7
So, etwas spät aber hier die Antwort.

Vorweg: Der Lader hat die Batterie mittlerweile voll geladen  :)

Das Ganze hat aber vermutlich deshalb recht lange gedauert, weil selbst unter voller Sonne nur ein maximaler Ladestrom von knapp 600mA für die Zelle zur Verfügung war. Schon bei ein bisschen trüben Himmel oder unpassendem Winkel zur Sonne ist der Ladestrom recht zügig noch weiter abgesunken.

Ich habe spaßeshalber noch einen anderen Solarlader und ein weiteres Solarpaneel bestellt (basierend auf einem TP4056). Mal sehen, wie es damit aussieht.


Noch eine Frage an die Akku- und speziell LiPo-Spezialisten:
Das Projekt soll - bestenfalls ganzjährig - dafür sorgen, dass eine 3.3V Low-Power-MCU, die draußen im Freien betrieben wird, mit Strom versorgt werden kann.

Da ich das Projekt bzw. den Akku nicht ständig rund um die Uhr auf Fehlfunktionen beim Entladen/Laden kontrollieren kann frage ich mich, ob nicht eine andere Batterietechnologie besser wäre. Vor allem, wenn Dinge wie "Laden bei Minusgraden" oder Brandschutz, etc. zum Tragen kommen, sind LiPos ja nicht so pflegeleicht. Das Projekt wäre an der Hauswand an einem Holzbalken angebracht und dort wäre es nicht wirklich gut, wenn der LiPo Akku anfangen würde zu brennen.

Welche Akkutypen würden meinen Anforderungen und dem Brandschutz ggf. besser entsprechen und sich ebenfalls per passendem Solarlader aufladen lassen?

Gruß
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Schotty

Moin,
ich bin zwar auch kein Solar-&Akkuspezialist, aber da hier bisher sonst noch niemand geantwortet hat, mal ein zwei Gedanken meinerseits dazu, vielleicht ja als Denkanstoß..

Hast du dich mal bzgl der Verwendung von Ni-MH-Akkus informiert? Bei Tante Google einfach mal "nimh akku solar laden" eingeben und rumlesen.

Wie wäre es denn in dem Fall mit der Verwendung von normalen AA-NiMH-Akkus? Die gibts doch auch mit Kapazitäten >2000mAh, dürften also zumindest schonmal länger halten als deine 1200mAh-LiPo-Zelle, sind in jedem Discounter erhältlich und mit einem normalen Akku-Ladegerät nachzuladen. So könntest du die Akkus im Winter (Kälte -> nicht so gut für Akkus ;) ) oder auch in sonnenschein-armen Zeiten ganz einfach gegen voll geladene Akkus austauschen. Das Solarpanel wäre somit vielleicht eben nur als nettes Gimmick anzusehen, dass im Idealfall etwas Strom reinpumpt.. 

'Normale' Powerbanks wären auch ein Gedanke, die haben zumindest größere Kapazitäten, schalten sich aber manchmal bei Low-Power-MCUs gar nicht erst richtig ein bzw. schnell wieder ab.

Wenn es denn unbedingt autark via Solar sein soll, würde ich persönlich wahrscheinlich etwas größer Dimensionieren und vielleicht sogar in Richtung 12V gehen: Kleine Solarmodule und Blei-Gel-Akkus kosten nicht mehr viel, haben aber deutlich mehr Leistung und Kapazität und sind bspw im Campingbereich&WoMo bewährt. Als Backup-Lademöglichkeit könntest du dann noch einen feuchtigkeitsgeschützten Anschluss für ein entspr KfZ-Ladegerät ausführen und bei Bedarf schnell mal eben nachladen.
Es gibt auch 6V Blei-Gel-Akkus, bspw mit 4,5Ah, auch nicht teuer - ich bin mir aber nicht sicher, ob da dein Panel für ausreicht. Ich habe noch so die 'Regel' Ladestrom=c/10 im Kopf, mit 600mA bei 4,5Ah wärst du damit zwar noch dabei, aber vermutlich würde es (auf den Tag gerechnet) auch nicht viel mehr bringen, als die Selbstentladung zu kompensieren (an einem sonnigen Tag wohlgemerkt!).

Bzgl (LiPo-)Brandschutz: Könntest du für den Fall den Akku/den ganzen Aufbau nicht bspw. zumindest in einem abgedichteten Metallbehälter unterbringen? Wenn es so klein und kompakt ist, evtl eine Brotdose o.ä.? Das Ganze muss doch eh gegen Feuchtigkeit etc geschützt werden. Ok, MCU in Metalldose ist wg WLAN jetzt sicherlich nicht so schlau, das müsstest du dann entweder gesondert unterbringen oder auf eine externe Antenne ausweichen. Und/oder Solarpanelanschlusskabel verlängern und den gesamten Aufbau anders positionieren?

Gruß
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r00t2

#9
Zitat von: Schotty am 30 August 2018, 08:30:19
Moin,
ich bin zwar auch kein Solar-&Akkuspezialist, aber da hier bisher sonst noch niemand geantwortet hat, mal ein zwei Gedanken meinerseits dazu, vielleicht ja als Denkanstoß..

Hast du dich mal bzgl der Verwendung von Ni-MH-Akkus informiert? Bei Tante Google einfach mal "nimh akku solar laden" eingeben und rumlesen.

Wie wäre es denn in dem Fall mit der Verwendung von normalen AA-NiMH-Akkus? Die gibts doch auch mit Kapazitäten >2000mAh, dürften also zumindest schonmal länger halten als deine 1200mAh-LiPo-Zelle, sind in jedem Discounter erhältlich und mit einem normalen Akku-Ladegerät nachzuladen. So könntest du die Akkus im Winter (Kälte -> nicht so gut für Akkus ;) ) oder auch in sonnenschein-armen Zeiten ganz einfach gegen voll geladene Akkus austauschen. Das Solarpanel wäre somit vielleicht eben nur als nettes Gimmick anzusehen, dass im Idealfall etwas Strom reinpumpt...
Danke! Jeder Denkanstoß hilft :)

Ja, ich habe die letzten Tage tatsächlich nach Alternativen zu LiPo (bzw. LiIon) gesucht und bin dabei auch auf die guten alten NiMH Akkus gekommen.

Leider gibt es keinen so kompakt aufgebauten Charger, wie den, den ich für LiPos gefunden habe. Aber da bei meiner Anwendung sowohl die Umgebungstemperatur, der Laststrom, als auch der Ladestrom recht stark schwankt, wäre eine saubere Abschaltung per "- Delta-U" Erkennung oder eine Temperaturerkennung der Akkus vermutlich eh schwer umzusetzen gewesen.

Daher habe ich mir jetzt folgende Lösung überlegt:
- Das Solarpaneel (6V, 210mA) bleibt erst mal weiterhin im Einsatz
- Über das Solarpaneel speise ich einen einstellbaren Step-Down Regler, den ich auf 2.5V stelle
- Damit lade ich insgesamt 4 Eneloop Zellen (mit ~2500mAh oder größer), von denen jeweils 2 in Reihe und die beiden Reihen dann parallel geschlossen sind. Das sollten dann 5000mAh bei ~2.4V Klemmspannung sein und erst mal eine Weile reichen
- An die Batterieklemmen hänge ich parallel zur Batterie einen 3V3 Step-Up Regler, der mir die MCU betreibt

Alternativ könnte ich auch 3 Eneloop Zellen in Reihe schalten, hätte somit 3.6V bei dann nur 2500mAh, könnte mir aber dann vermutlich den zweiten Step-Up Regler sparen und direkt die MCU betreiben.

Das Ganze schaut mir etwas sauberer aus als die Zellen einfach nur per Diode direkt eine spannungsmäßig passende Solarzelle zu flanschen.


Zitat von: Schotty am 30 August 2018, 08:30:19... Wenn es denn unbedingt autark via Solar sein soll, würde ich persönlich wahrscheinlich etwas größer Dimensionieren und vielleicht sogar in Richtung 12V gehen: Kleine Solarmodule und Blei-Gel-Akkus kosten nicht mehr viel, haben aber deutlich mehr Leistung und Kapazität und sind bspw im Campingbereich&WoMo bewährt. Als Backup-Lademöglichkeit könntest du dann noch einen feuchtigkeitsgeschützten Anschluss für ein entspr KfZ-Ladegerät ausführen und bei Bedarf schnell mal eben nachladen.
Es gibt auch 6V Blei-Gel-Akkus, bspw mit 4,5Ah, auch nicht teuer - ich bin mir aber nicht sicher, ob da dein Panel für ausreicht. Ich habe noch so die 'Regel' Ladestrom=c/10 im Kopf, mit 600mA bei 4,5Ah wärst du damit zwar noch dabei, aber vermutlich würde es (auf den Tag gerechnet) auch nicht viel mehr bringen, als die Selbstentladung zu kompensieren (an einem sonnigen Tag wohlgemerkt!)...
Zu groß sollte es nicht werden, da der Platz für die ganze Apparatur begrenzt ist. Daher fallen größere Pb-Akkus vermutlich raus.


Zitat von: Schotty am 30 August 2018, 08:30:19...Bzgl (LiPo-)Brandschutz: Könntest du für den Fall den Akku/den ganzen Aufbau nicht bspw. zumindest in einem abgedichteten Metallbehälter unterbringen? Wenn es so klein und kompakt ist, evtl eine Brotdose o.ä.? Das Ganze muss doch eh gegen Feuchtigkeit etc geschützt werden. Ok, MCU in Metalldose ist wg WLAN jetzt sicherlich nicht so schlau, das müsstest du dann entweder gesondert unterbringen oder auf eine externe Antenne ausweichen. Und/oder Solarpanelanschlusskabel verlängern und den gesamten Aufbau anders positionieren?...
Die Idee mit der Metall-Ummantelung ist gut. Ich könnte eine passende Umhausung suchen, die gerade etwas größer ist, als der LiPo-Akku und die einzige Öffnung für die Kabel entsprechend mit Silikon auch noch komplett abdichten. Nur: Was passiert dann, wenn das ganze sich aufbläht im Fehlerfall? Schlimmstenfalls gibt es einen noch größeren Knall, als ohne Einhausung...

Ich hatte daran gedacht, den Rest der Elektronik (MCU, Laderegler) in ein passendes 3D-Druck-Gehäuse zu verstauen, dass so aufgebaut ist, dass man es bequem dicht bekommt (z. B. mit Dichtungs-Einlegegummis oder einfachem Zusilikonieren). Bestenfalls bekommt das Ganze tatsächlich eine außenliegende Antenne, egal, ob letztendlich WLAN oder 433/868 MHz verwendet werden.


Danke jedenfalls nochmal für Deine Tipps! Ich werde berichten, wie es weiter geht.
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Schotty

#10
Zitat von: r00t2 am 30 August 2018, 15:23:30
Alternativ könnte ich auch 3 Eneloop Zellen in Reihe schalten, hätte somit 3.6V bei dann nur 2500mAh, könnte mir aber dann vermutlich den zweiten Step-Up Regler sparen und direkt die MCU betreiben.
Ich glaube, dann würde ich diese Lösung präferieren und erstmal sehen, wie lange man mit 2500mAh hinkommt -  im DeepSleep brauchen die MCUs ja auch nicht viel.. Schätzungsweise wirst du aber eh nicht drumrum kommen, früher oder später 'konventionell' nach-/aufzuladen - also vielleicht sogar gleich noch eine entspr Möglichkeit mit einplanen.

Zitat
Das Ganze schaut mir etwas sauberer aus als die Zellen einfach nur per Diode direkt eine spannungsmäßig passende Solarzelle zu flanschen.
Ja, das auf jeden Fall, irgendeinen Laderegler würde ich auch immer verbauen.

Zitat
Zu groß sollte es nicht werden, da der Platz für die ganze Apparatur begrenzt ist. Daher fallen größere Pb-Akkus vermutlich raus.
Ja, das dachte ich mir schon - aber hätte ja sein können, dass du für einen kleineren Akku dieser Bauart durchaus Platz hättest bzw finden könntest (nur als Beispiel: 6V / 4,5Ah -> ca 10x4x5cm).

Zitat
Nur: Was passiert dann, wenn das ganze sich aufbläht im Fehlerfall? Schlimmstenfalls gibt es einen noch größeren Knall, als ohne Einhausung...
Gute Frage - aber zumindest wäre noch ein Schutz drumrum, wenn der Akku anfängt abzufackeln. Alleine vom Gefühl her und für den (Wasser-)Schutz des Akkus würde ich es trotzdem machen. Es gibt übrigens auch spezielle Schutzbeutel für LiPos zu kaufen, gar nicht so teuer, müsstest du mal gucken. Aber ob die besser wären als ne Metallumhausung? Vielleicht beides kombinieren?

EDIT: Nachtrag: Nach nochmaligem kurzen Überlegen könntest du wirklich recht haben, dass eine feste Umhausung den 'Knall' nochmal verstärken könnte - also ich persönlich würde wahrscheinlich auf LiPo ganz verzichten und eine andere Lösung wählen..

Zitat
Ich hatte daran gedacht, den Rest der Elektronik (MCU, Laderegler) in ein passendes 3D-Druck-Gehäuse zu verstauen, dass so aufgebaut ist, dass man es bequem dicht bekommt (z. B. mit Dichtungs-Einlegegummis oder einfachem Zusilikonieren). Bestenfalls bekommt das Ganze tatsächlich eine außenliegende Antenne, egal, ob letztendlich WLAN oder 433/868 MHz verwendet werden.
3D-gedruckt ist ja immer schön, aber komplett Zusilikonieren (cooles Wort ;) )? Dann kommste ja im Fall der Fälle nur sehr umständlich ran.. Hmm.. Idee: Es gibt neben den normalen grauen Feuchtraum-Abzweigdosen auch wasserdichte (meist schwarze) Abzweigdosen in verschiedenen Größen, die haben bereits Ein-/Ausgänge für Kabel dran.
Oder du zweckentfremdest die wiederverschließbaren Vorratsdosen mit Silikondichtung (zB Lock&Lock) falls du sowas eh im Haushalt hast und abzweigen kannst, die schließen i.d.R. auch recht gut ab.
Vielleicht so oder so noch ein kleines Tütchen Silica-Gel-Kugeln innen mit unter den Deckel kleben (sind zB bei Schuhen oft mit dabei), die saugen dann noch ein bisschen Restfeuchtigkeit auf.

Zitat
Danke jedenfalls nochmal für Deine Tipps! Ich werde berichten, wie es weiter geht.
Gerne, zusammen 'brainstormen' macht doch immer Spaß ;)
Ja das wäre nett, bin gespannt auf das Ergebnis und wie es sich dann im Dauereinsatz (speziell wenn jetzt der Winter kommt) schlägt..

Viel Spaß & Erfolg!
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