Voeding

Beste Arduinoliefhebbers,

De arduinowereld gaat me goed af en het is leuk om projectjes te maken! Nu ben ik aan een volgende stap toegekomen.
Voor een project moet ik een arduino nano van voeding voorzien op een efficiënte + compacte manier.
Na wat opzoekingswerk kwam ik uit op een Lithium batterij. Deze zijn relatief snel op te laden, compact en hebben een aardige levensduur.
Nu valt het mij op dat alle Lithium batterijen slechts 3.7V spanning leveren terwijl de Nano 5V vraagt. Is er uberhaupt een mogelijkheid dat het ding aan 3.7V gevoed kan worden?
Verder denk ik ook dat het een must is om een "USB Liion LiPoly lade" te gebruiken om het boeltje veilig te houden. Lekker compact!

Maar dus mijn voornaamste vraag. Maakt een lithiumbatterij kans om mijn Nano te voeden?
Met vriendelijke groet,
Castel

Ik laat wel eens een mini pro 16MHz die voor 5 volt gemaakt is werken op 3.3 volt. Het valt buiten de specificaties v/d fabrikant om een AT328 chip met 3.3V/3.7V op 16Mhz te laten werken. De fabrikant garandeerd dat een AT328 chip op 3.3V zeker op 8 MHz kan werken.

De praktijk leert dat vanaf 3.3V 16 MHz bijna altijd werkt.
Dus wat dit betreft : ja het kan als je de li-ion aansluit op de 5V.

Pas met een Nano op met het aansluiten van een USB kabel, dan wordt de li-ion via een schottky diode direct aan de 5V van de USB verbonden. Meestal houden li-ions dit niet lang vol en overlijden. Brand of ander ongerief is in zo'n geval ook niet uit te sluiten.

Ik zou daarom aanraden om een pro-mini te nemen i.p.v. een Nano. Dan heb je daar nog wel een Serial-USB adapter bij nodig, die ook voor 3.3V geschikt moet zijn. Dan kun je, in de 3.3V stand, toch de PC veilig aansluiten op de serial/USB data verbinding.

Dus als je zeker weet wat je doet, en goed controleert dan kun je het wel doen.
Maar als je op veilig en zeker wilt spelen dan neem je gewoon zo'n heel klein boost-voedinkje die van de 3.7Volt 5-Volt maakt. Dan werkt een Nano zeker en is het ook veilig.

Als ik het goed gegrijp gebruik ik dus best een boost voedinkje bij de lithium batterij om de usb veilig op de pc aan te sluiten.

En anders gebruik ik een arduino pro mini en kan ik zonder problemen een 3.3 of 3.7V als Vin gebruiken zonder boost en vooral zonder brand :wink:

yep . . . je snapt het.

Om het helemaal simpel te houden kun je ook een power-pack gebruiken.
daar zit(ten) een of meerder li-ion batterijen in.
Er zitten 2 USB aansluitingen op, een mini/micro om de li-ion op te laden via USB en een normale USB aansluiting waaruit je 5 volt kunt halen. Deze worden heel veel verkocht als back-up batterij voor een telefoon of ander via USB op te laden consumenten-gadget.
Die zijn dus 5volt in en 5volt uit. Intern zitter er meestal 3.7volt 18650 li-ion cel(len) in.

Bedankt voor de tip Cartoonist. Maar het nadeel is dat deze (te) groot zijn. Ik dacht echt aan een compacte (gsm)batterij die je kan opladen met usb

Arduino op batterij voeding kun je een hele studie van maken 8)

Het stroomverbruik van je schakeling (arduino+sensors) , je wilt natuurlijk zolang mogelijk op een batterij werken, wil je dan zo laag mogelijk houden. Dan kun je erover denken om een 8Mhz pro-mini te gebruiken. Dit werkt gegarandeerd vanaf 3 volt of minder en omdat de clock-frekwentie 8 MHz i.p.v. 16 MHz is, is het stroomverbruik daardoor ook kleiner.
In je software kun het stroomverbruik beperken door de processor zo veel mogelijk in de 'sleep-mode' te brengen.
Ledjes op de arduino kun je uitschakelen, door b.v. serie-weerstandje te verwijderen. Dat scheelt ook gauw een paar mA/led.

Ook het laden van een Li-ion batterij is niet zo simpel. Als de laadspanning boven 4.2 volt komt dan wordt het gevaarlijk, je li-ion cel overlijdt dan snel (of erger). Er zijn wel goede laders te koop maar die zijn weer niet goedkoop.

Wat het laden betreft. Kan je niet gewoon daarvoor een usb lion lipoly lade voor gebruiken. Om het boeltje veilig te houden?
Verder vroeg ik me af of het eventueel opportuun was om mijn arduino te "shrinken" met behulp van een atmega328 (zonder arduino) te gebruiken of een attiny85. Gaat dit ook invloed hebben op het stroomverbruik? Of wegen de voordelen van zulke chips niet op tov een promini?

De Arduino heeft wat meer ic's en componenten die stroom verbruiken. Denk aan USB communicatie en leds. Als het programma past op een tiny, waarom niet. Als de timing niet cruciaal is, kun je de interne RC gebruiken.
Dit printje bijvoorbeeld heeft een ATTiny84 die het grootste gedeelte slaapt. De werking op 1Mhz is prima nog op 2V. In slaap modus trekt het geheel (dat draait op 3 AAA batterijen in serie) iets van 70uA. als er een interrupt binnenkomt van een sensor, wordt de CPU wakker, schakelt een boost schakelingetje (rechts boven) on van de batterijspanning 5V te maken voor een 433Mhz zender. Signaaltje uitzenden en alles weer in slaap.

Na enig speurwerk ga ik een ATmega328p gebruiken om de code op up te loaden. Ideaal in standalone toepassingen wegens laag stroomverbuik. Voeden doe ik met een LiPo charger (https://www.adafruit.com/products/1904)
Daarmee kan ik de Lipo batterij veilig opladen. Aangezien de clocksnelheid niet zo zeer uitmaakt ga ik de interne RC gebruiken van 8MHZ. Ik zal enkel nog moeten kiezen welke batterij met hoeveel mAh ik zal nemen (100 tot 500).
De 5V output die op het bordje van de charger zit gebruik ik dan om de AtMega mee te voeden. Dit lijkt mij een zeer eenvoudige en veilige oplossing. Of zie ik nog iets over het hoofd?
Volgens de datasheet (http://www.adafruit.com/datasheets/MCP73831.pdf) is de supply voltage tussen de 3.75 - 6V en lijkt het me dus dat bijna elke (gsm)lader en usb gebruikt kan worden om de batterij op een veilige manier op te laden.

Grt Castel

Hoe ga je er voor zorgen dat je de lipo niet te veel onrlaad ?

Als de spanning van een lithium cel onder de ca. 2.5 volt komt zal dat de levensduur van de cel nadelig beinvloeden.

Ik hoopte dat de lipo Charger dit voor zijn rekening nam. Blijkbaar niet?

Nee het is een "Li-Polymer Charge Management Controller" dus alleen het laden van een Lithium cel wordt gemanaged.

Je kan eventueel via een v/d ADC kanalen op de AT328p de LiPo spanning regelmatig meten (eens per minuut ofzo) en een alarm o.i.d. genereren als de LiPo spanning in de gevarenzone komt. Dat signaal kun je ook gebruiken om d.m.v. een, daarvoor geschikte, mosfet schakelaar de LiPo los te koppelen van de schakeling.

Op YouTube staat deze informatieve video (engelstalig) over twee verschillende types Li-Ion LiPo laad controllers.
Een van de types heeft een beveiligings-circuit dat voorkomt dat de lithium cel te veel ontladen wordt.
https://www.youtube.com/watch.

Ik zou die eens bekijken

Bedankt, inderdaad een zeer interessant filmpje!
Nu denk ik dat Sparkfun ook batterijen verkoopt met een intern protection circuit:

Volgens de datasheet is de Discharge cut-off voltage 3.0V (zie datasheet)

Ik heb het idee dat verschillende fabrikanten verschillende spanningen opgeven voor de maximaal laadspanning en minimum ontlaadspanning. Omdat dit b.v. ook afhankelijk is van het fabricage-procede en omdat ieder fabrikant zijn eigen test en veiligheids normen aanhoudt.

Dus een lithium cel met ingebouwde beveiliging lijkt me me een prima keuze.

cartoonist:
Ik heb het idee dat verschillende fabrikanten verschillende spanningen opgeven voor de maximaal laadspanning en minimum ontlaadspanning. Omdat dit b.v. ook afhankelijk is van het fabricage-procede en omdat ieder fabrikant zijn eigen test en veiligheids normen aanhoudt.

Dat idee is helemaal correct.
Batterijen lijken wel heel eenvoudig maar zijn heel complex.
BV de spanning val is afhankelijk van de belasting.Dus hoge belasting lage spanning en daalt de belasting gaat de spanning weer omhoog. Met andere woorden, je kan onder de 3.0V gaan en daarna 3.1V meten.

Dus 3.0V cut off is niet eenduidig. Eigenlijk moet er ook een duurtijd bij. Dus 3.0V (of minder) gedurende 100ms cut off.
Op deze pdf staan een hoop SBM (simple battery management) batterij beveiligingen zoals er in een beveiligde batterij zitten waar wel degelijk ook de reactie tijd bijstaat. http://www.ev-power.eu/docs/web/2014/GWL-SBM-Product-Specifications-2014.pdf

Hoe sneller je reageert hoe lager je de cut-off kan zetten maar dat betekent dan weer niet dat je "meer uit de batterij haalt". (mer op dat ze in de pdf allemaal boven de 100ms cut off time zitten)
Ook is het zo -bij lithium cellen- dat je maximale ontladings- en opladings- spanning het aantal keren opladen bepaald.
Dus meer ontladen betekend minker kunnen opladen.

Elke fabrikant heeft dan weer zijn eigen "batterij specialiteit" (denk aan additieven, vorm van kathode en anode, netjes....) met dan elke keer weer zijn specifiek eigenschappen. Wat weer een ander gedrag en spanningen oplevert.

Ook is de doelstelling niet altijd dezelfde.
De BMS'sen waar ik naar verwijs zijn gemaakt om alleen in noodgevallen aan te schakelen. Vandaar dat ze op 2V schakelen. Deze gaan er dus van uit dat er nog een "normale beveiliging is om de batterij niet uit te putten".
De adafruit batterij is gemaakt om je batterij met een gerust hart aan te schakelen zoals je doet met een stopcontact.

Met andere woorden. Als je geen batterij specialist wilt worden lijkt mij het advies van cartoonist hieronder een heel goed advies.

cartoonist:
Dus een lithium cel met ingebouwde beveiliging lijkt me me een prima keuze.

Met vriendelijke groet
Jantje

Bij nader inzien denk ik dat ik niet helemaal mee ben. Na enig zoekwerk ben ik er achter gekomen dat de De 5V en GND op het bordje inputs zijn om eventueel de batterij op te laden (als er geen usb is aangesloten). Nu vraag ik me af of er compacte chargers zijn die een output bieden naar een circuit die gekoppeld kan worden aan bvb de 5V en GND van een atmega of arduino pro mini. Om in een standalone schakeling te staan.

mvg

castel:
Na enig zoekwerk ben ik er achter gekomen dat de De 5V en GND op het bordje inputs zijn om eventueel de batterij op te laden (als er geen usb is aangesloten).

Waar heb je die informatie vandaan ?
Ik denk dat je dat verkeerd begrepen hebt.
De 5V (oftewel VCC) en GND zijn inputs, geen outputs om iets op te laden.
Een pro mini heeft geen USB aansluiting, dus in dat geval hoef je er ook geen rekening mee te houden.
Wanneer je de pro mini voedt uit een andere spanning en dus via de spanningsregelaar op het bordje, dan komt de uitgang van die regelaar (dus 5 volt) wel terecht op die 5 V pin en kun je m gebruiken voor andere dingen.
Maar je moet er dan wel op letten dat je m niet teveel belast.
Het laden zou ik zo dus niet doen.

Hallo MAS3,
Wat bedoelt u met: Het laden zou ik zo dus niet doen.?

castel:
Bij nader inzien denk ik dat ik niet helemaal mee ben. Na enig zoekwerk ben ik er achter gekomen dat de De 5V en GND op het bordje inputs zijn om eventueel de batterij op te laden (als er geen usb is aangesloten). Nu vraag ik me af of er compacte chargers zijn die een output bieden naar een circuit die gekoppeld kan worden aan bvb de 5V en GND van een atmega of arduino pro mini. Om in een standalone schakeling te staan.

mvg

Je hebt het nog steeds over dit Adafruit bordje ?

Daar is de 5V soldeeraansluiting direct doorverbonden met de 5V pin v/d micro USB aansluiting. En is daarmee dus zowel een in- als uit-gang van 5Volt.
Daaruit volgt dat je een Pro-Mini of losse at328p kunt voeden vanuit de 5V aansluiting op dat printje.

Maar er zijn natuurlijk heel veel compacte laders te koop met meerdere USB aansluitingen. Daarmee kun je dus een LiPo laadcircuit en een Arduino tegelijk via USB voeden.