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Thema: LiPo an Arduino Nano Kabeldicke

  1. #1
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    LiPo an Arduino Nano Kabeldicke

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    Hallo Roboternetzler,

    ich möchte einen LiPo-Akku als Stromversorgung an den VIN eines Arduino Nano anschließen. Bei dem Akku handelt es sich um einen 2-zelligen mit 2000mAh und 7,4V (Amazon-Link):
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    Soweit ich das verstanden habe müsste ich den 2-poligen T-Stecker verwenden um den Akku and den Arduino anzuschließen und den kleineren 3-poligen um die Akku-Zellen zu laden.

    Nun war die Idee als Gegenstück einen männlichen T-Stecker zu kaufen und dann daran 2 Kabel festzulöten, welche ich mit GND und VIN des Arduinos verbinde.

    Jedoch sind die vorhandenen Kabel am T-Stecker viel dicker als die dünnen Jumper-Kabel die ich bisher am Arduino verwendet habe. Die dicken Kabel passen auch nicht durch die von mir verwendete Lochplatine. Kann ich stattdessen einfach 2 dünne Jumper-Kabel verwenden zwischen LiPo und Arduino oder ist das eine schlechte Idee?

    Nach allem was ich gelesen habe sind LiPos ja sehr launische Energiespeicher und ich würde ungern Arduino oder Akku verschmoren oder einen Wohnungsbrand verursachen

  2. #2
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    Kabeldicke ist nur eine Frage des Stroms den du beziehst oder lädst!
    Leider hab ich keine Faustformel zur Hand, aber immer darauf achten ob es um DC oder AC geht wenn du im Internet suchst

    edit: achte aber drauf dass du möglichst wenig Wärme in den Akku beim löten einbringst, also nicht zu lange am Kabel rum braten und nicht zu nah am Akku
    Es gibt 10 Sorten von Menschen: Die einen können binär zählen, die anderen
    nicht.

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von Moppi
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    Hallo xcalibur!

    Da gibt es Gegenstücke (Buchen und Stecker) bei Conrad oder woanders. Bei den LiPos gibts verschiedene Steckersysteme. Ich habe immer die mit einfachem Stecker genommen (komm jetzt auf den Namen nicht die lassen sich auf normale Stiftleisten aufstecken. An das Gegenstück kannst Du dann Kabel anlöten und die mit Deiner Platine verbinden. So musst Du den Anschluss vom Akku nicht zerstören, indem Du das Kabel abschneidest und musst auch nicht am Akku löten. Die Kabeldicke am Akku muss ausgelegt sein auf den maximalen Entladestrom, der bei einigen Ampere liegt. Das braucht aber Deine Schaltung voraussichtlich nicht, sondern eben nur Milliampere, für den Nano. Würdest Du aus dem Akku 5 oder sogar 10 Ampere entnehmen, müsstest Du mit dickeren Kabeln zum Verbraucher weiterverbinden. Also nimm Dünnere. Der mehrpolige Stecker ist in der Tat der Stecker zum laden am Ladegerät.

    Nicht vergessen, während dem Betrieb die Spannung am Akku zu messen und frühzeitig z.B. eine LED blinken zu lassen, dass Du weißt, wann der nachzuladen ist. Ein paar mal tiefentladen wird er Akku unbrauchbar.


    MfG
    Geändert von Moppi (17.08.2019 um 06:33 Uhr)

  4. #4
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    Zitat Zitat von Ceos Beitrag anzeigen
    Kabeldicke ist nur eine Frage des Stroms den du beziehst oder lädst!
    Leider hab ich keine Faustformel zur Hand, aber immer darauf achten ob es um DC oder AC geht wenn du im Internet suchst
    Es ist überraschend schwierig den Stromverbrauch des Arduinos herauszufinden, da das anscheinend hauptsächlich von den angeschlossenen Bauteilen abhängt. In meinem Fall sind das ein 6-Achsen-Gyro-Sensor, eine LED-Matrix und ein Piezo-Buzzer. Aber anscheinend ist das alles in einem Bereich unter 1 Ampere (s. hier).
    Außerdem scheinen die Online-Rechner für die minimalen Durchmesser von Kabeln eher auf Boote oder Camper ausgerichtet, daher kamen da mehrfach komische Ergebnisse zustande ("minimaler Kabeldurchmesser: 0mm" ).

    Zitat Zitat von Ceos Beitrag anzeigen
    edit: achte aber drauf dass du möglichst wenig Wärme in den Akku beim löten einbringst, also nicht zu lange am Kabel rum braten und nicht zu nah am Akku
    Danke für den Hinweis. Das war ohnehin nicht der Plan da ich vor dem Akku viel zu viel Respekt habe . Ich möchte wenn dann die dazugehörige Buchse an 2 Kabel löten die ich dann mit dem Arduino verbinde. Dann kann ich den Akku über den T-Stecker verbinden und muss überhaupt nicht direkt am Akku herumpfuschen.

    Zitat Zitat von Moppi Beitrag anzeigen
    Die Kabeldicke am Akku muss ausgelegt sein auf den maximalen Entladestrom, der bei einigen Ampere liegt. Das braucht aber Deine Schaltung voraussichtlich nicht, sondern eben nur Milliampere, für den Nano. Würdest Du aus dem Akku 5 oder sogar 10 Ampere entnehmen, müsstest Du mit dickeren Kabeln zum Verbraucher weiterverbinden. Also nimm Dünnere. Der mehrpolige Stecker ist in der Tat der Stecker zum laden am Ladegerät.
    Danke, soetwas wollte ich hören. Komme aus der Softwareentwicklung und ich war etwas eingeschüchtert dass die Konsequenz eines Fehlers hier eine Batterieexplosion wäre und nicht das einfache Schmeißen einer Exception


    Zitat Zitat von Moppi Beitrag anzeigen
    Nicht vergessen, während dem Betrieb die Spannung am Akku zu messen und frühzeitig z.B. eine LED blinken zu lassen, dass Du weißt, wann der nachzuladen ist. Ein paar mal tiefentladen wird er Akku unbrauchbar.
    Das ist sehr interessant. Das Problem habe ich bisher überhaupt nicht bedacht.
    Um die Spannung am Arduino zu messen scheint es online ein paar verschiedene Ansätze zu geben.
    1. Hier (SSL-Zertifikat ist abgelaufen aber die Seite funktioniert ansonsten) wird anhand der internen Spannung auf die anliegende Spannung geschlossen. Reicht das aus um einen niedrigen Ladezustand zu erkennen?
    2. Hier ist der Ansatz die Spannung über einen Analog-Input des Arduinos auszulesen. Das würde außerdem in meinem Fall einen Widerstand erfordern (7,4V ist zu hoch für den Analog-Pin). Ist die Methode besser?


    Vielen Dank nochmal für die Antworten bisher!
    xcalibur
    Geändert von xcalibur (17.08.2019 um 11:57 Uhr) Grund: Ergänzung zur Messung des Ladezustands

  5. #5
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von Moppi
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    Ich habs mit Spannungsteiler ( am ATmega328 ) gemacht (100k und 47k), da fließen nur geringe Ströme durch die Widerstände, die Spannung kann aber trotzdem sauber erkannt werden:



    Gemessen werden die 12V (oder was am Akku anliegt).
    Der LiPo hat, wenn es ein 11V-LiPo ist, ca. 12.6V wenn er voll geladen ist. Im Betrieb, beim Entladen, sinkt die Spannung. Erst bleibt sie nahezu konstant - sinkt nur langsam, bis sie am Schluss schnell einbricht. Ich habe viel herumprobiert. Gerade mit möglichst weit/tief entladen, wegen langer Laufzeit der Schaltung. Entscheidend ist, dass die einzelnen Akkuzellen nicht unter 2.8 bis 3.2V entladen werden dürfen. Von 3.2V bis 2.8V ist leider nicht weit, das geht dann sehr flott, am Schluss auch unter 2.6V. Und das ist dann zu viel. Einen defekten Akku habe ich schon und ein Zweiter hat eine verringerte Kapatität. Deshalb ist meine Empfehlung, die Spannung am Akku zu messen und die Grenze bei der Nennspannung des Akkus zu setzen. Heißt bei Deinem Akku, ab 7.4V irgendwie entweder die Schaltung zu trennen (gibt Schutzschaltungen für LiPos) oder wenigstens eine blinkende LED (o.ä.) zu verwenden. Dann nachladen.


    MfG

  6. #6
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    Zitat Zitat von Moppi Beitrag anzeigen
    Ich habs mit Spannungsteiler ( am ATmega328 ) gemacht (100k und 47k), da fließen nur geringe Ströme durch die Widerstände, die Spannung kann aber trotzdem sauber erkannt werden:

    Ich tue mich mit dem Schema etwas schwer (komme wie gesagt aus der Softwareentwicklung und da ist bekanntlich alles schon verkabelt ). Anscheinend gibt es ja belastete und unbelastete Spannungsteiler (Quelle) und wenn ich das richtig erkenne verwendest du hier einen belasteten und liest an Pin 28 die Spannung aus (oder ist es doch Pin 21?).
    Ich habe in der Größenordnung nur 5k1-, 10k- und 100k-Widerstände.
    Kannst du mir sagen ob es auch ausreichen würde 2 Widerstände (als unbelasteten Spannungsteiler) wie folgt vor den Analog-Pin zu setzen (z.B. mit R1=100k und R2=10k) bzw. stattdessen sogar nur einen Widerstand zu verwenden (verstehe nicht wirklich warum beim unbelasteten Spannungsteiler mehrere in Reihe geschaltet werden müssen -> ein größerer Widerstand sollte den den gleichen Effekt haben wie 2 kleinere in Reihe, oder?):
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    Zitat Zitat von Moppi Beitrag anzeigen
    Gemessen werden die 12V (oder was am Akku anliegt).
    Der LiPo hat, wenn es ein 11V-LiPo ist, ca. 12.6V wenn er voll geladen ist. Im Betrieb, beim Entladen, sinkt die Spannung. Erst bleibt sie nahezu konstant - sinkt nur langsam, bis sie am Schluss schnell einbricht. Ich habe viel herumprobiert. Gerade mit möglichst weit/tief entladen, wegen langer Laufzeit der Schaltung. Entscheidend ist, dass die einzelnen Akkuzellen nicht unter 2.8 bis 3.2V entladen werden dürfen. Von 3.2V bis 2.8V ist leider nicht weit, das geht dann sehr flott, am Schluss auch unter 2.6V. Und das ist dann zu viel. Einen defekten Akku habe ich schon und ein Zweiter hat eine verringerte Kapatität. Deshalb ist meine Empfehlung, die Spannung am Akku zu messen und die Grenze bei der Nennspannung des Akkus zu setzen. Heißt bei Deinem Akku, ab 7.4V irgendwie entweder die Schaltung zu trennen (gibt Schutzschaltungen für LiPos) oder wenigstens eine blinkende LED (o.ä.) zu verwenden. Dann nachladen.
    Danke, die Angaben helfen schonmal immens.

  7. #7
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    Weiß nicht, wie Du den Arbeitspunkt einstellen willst, mit nur einem Widerstand. So würde ich es nicht machen, bin auch nie auf die Idee gekommen. Über die 100k von den +12V fließt kein nennenswerter Strom mehr, meine ich. Dann geht es an den ADC-Eingang, der 47k ist auch noch sehr groß, da wirds nichts warm, dort fließt kein nennenswerter Strom. Wenn Du mit einem einfachen Reihenwiderstand von 12V abgehst, musst Du immens große Widerstandswerte nehmen, um von 12V auf max. 5V runter zu kommen. Ich weiß nicht, ob das dann auch noch funktionieren würde. Du möchtest ja auch, dass am ADC ein stabiler Wert anliegt.
    Ich muss Dich hier etwas enttäuschen, der große Schaltungsexperte bin ich nicht (für meine Zwecke reicht es aus, aber nicht um Erklärungen pro und kontra abzugeben). Das soll lieber jemand beantworten, der sich im Detail hier besser auskennt, mit Spannungsteilern, Strömen, Störsicherheit am ADC-Eingang usw. Mein Bauchgefühl sagt mir, ein Spannungsteiler, wo in der Mitte abgegriffen wird zum ADC-Eingang, ist besser. Ich weiß nur, dass es hier Leute gibt, die dafür kleinere Widerstandswerte nehmen. Mit den großen klappts bei mir auch gut.

    Fürs Erste kannst Du wohl die 10k und 5.1k für einen Spannungsteiler nehmen, wenn Du nichts anderes da hast. 10k vom LiPo zum ADC-Eingang und von dort mit den 5.1k gegen GND. Sollte vom Verhältnis her passen, die ~8.5V auf unter 5V, für den ADC, zu bringen. Vorausgesetzt Du betreibst den Nano mit 5V. Wird der mit 3.3V betrieben, dürften am ADC max. 3.3V anliegen.


    Nochmal nachgerechnet:
    Bei 8.5V am Akku solltest Du, mit den 10k und 5.1k, ca. 2.8 bis 2.9V am Abgriff des Spannungsteilers erhalten (also zwischen 10k und 5.1k, wo es an den Eingang vom ADC dran geht).



    MfG
    Geändert von Moppi (17.08.2019 um 15:06 Uhr)

  8. #8
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    Einen Widerstand auf die Akkuspannung darfst du auf keinen Fall machen. Du hättest einen Pullup und damit hast du dann die Akkuspannung (also z.B. 8V) am Eingang. Wenn der Widerstand groß genug ist, ist es erlaubt (hast aber falsche Messwerte). Dann leiten die internen Schutzdioden, der Strom durch diese darf aber nur sehr gering sein.

    Wie groß der Eingangsstrom des ADC ist habe ich nicht gefunden.

    Ob ein Spannungsteiler belastet ist oder unbelastet hängt vom entnommenen Strom vom Mittelpunkt des Teilers ab. Wenn du einen ADC hast ist dieser "Querstrom" nicht zu merken und somit ist es wie ein unbelasteter. Bei einem Multimeter (Digital) hast du einen Eingangswiderstand von (häufig) 10MOhm.

    Wenn du z.B. einen Spannungsteiler mit 2x10kOhm hast und du das Messgerät anschließt, sind ein 10k und ein 10M (vom DMM) parallel. Die Auswirkungen sind eher gering.
    Wenn du den gleichen Spannungsteiler mit 10M Widerständen aufbaust, hast du 2x10M parallel, das ergibt als ergebnis 5MOhm. Somit wirkt es sich sehr stark aus.

    Ich habe es simuliert (wollte nicht mit den Formeln arbeiten). Als Versorgung habe ich 10V genommen (Als Schaltung habe ich mein Beispiel mit dem DMM genommen).
    Spannungsteiler unbelastet: 5V (ist aber auch logisch), Spannungsteiler 10k: 4,9975V, Spannungsteiler 10M: 3,3V

    Prinzipiell kann man mit den Widerständen beim Spannungsteiler beliebig nach oben gehen. Aber je höher die Widerstände sind, desto leichter werden Störungen zum Problem. Man muss immer einen Kompromiss finden zwischen Leistung die im Spannungsteiler verbraten wird und Störungsempfindlichkeit. Was ich auch noch machen würde, wäre einen Kondensator (irgendwas bis 100nF) an den Eingang anschließen (zwischen ADC und GND).




    Pin 21 ist vermutlich ARef (Analogreferenz) habe aber nicht nachgeschaut, Pin 21 ist der ADC Eingang.


    Also in Kurzfassung:
    Wenn du es so anschließt wie im Plan oben kannst du es als unbelasteten Spannungsteiler sehen.
    Wenn du diese z.B. modifizieren willst und ein Poti einfügst (Pin 28 trennen, Spannungsteiler Mittelabgriff auf Poti, zweiter Potianschluss auf GND und Schleifer bzw Mittelabgriff auf Pin 2 wird es nicht funktionieren (nicht wie gedacht), weil du den Spannungsteiler mit dem Poti belastest.



    Was du auch noch beachten solltest ist, das du den ADC Bereich so viel wie möglich ausnutzen sollst. Wenn du 10bit verwendest (=0-1023) und bei max. Akkuspannung einen Messwert von 100 hast ist es schlecht. Wenn du aber z.B. 900 hast ist es genauer. Du solltest den Messbereich aber nicht zu viel ausnützen (das du über die max. Spannung kommst) oder du schützt den Eingang mit einer Zenerdiode (zwischen ADC und GND). Wenn du ein Poti hast könntest du den Eingang "kalibrieren". Ersetze den unteren Widerstand gegen ein Poti.

    MfG Hannes

  9. #9
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    Pin 21 ist am mega328 der A-ref-Pin. Der soll mit einem externen Kondensator versehen werden, wenn die interne 1.1V-Referenz verwendet wird. Die internen 1.1V benutze ich aber nicht. Daher kann man den vermutlich weg lassen.

    "Optionally, AVCC or an internal 1.1V reference voltage may be connected to the AREF pin by writingto the REFSn bits in the ADMUX Register. The internal voltage reference must be decoupled by an
    external capacitor at the AREF pin to improve noise immunity."

  10. #10
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    Ich habe auch ein DB vom 328er, bei mir steht aber etwas anderes drinnen (meines ist von 2018 mit Microchip Optik).

    Im Kapitel zum ADC unter Overview steht:
    "Internal reference voltages of nominally 1.1V or AVCC are provided On-chip. The voltage reference may be
    externally decoupled at the AREF pin by a capacitor for better noise performance."

    und unter dem Punkt "ADC Voltage Reference" steht:
    "In either case, the external AREF pin is directly
    connected to the ADC, and the reference voltage can be made more immune to noise by connecting a capacitor
    between the AREF pin and ground."

    Ein Kondensator kann nicht schaden.

    Edit: Habe gerade im Blockschaltbild vom ADC gesehen das der AREF Pin nach der Referenzumschaltung ist und direkt zur DAC Einheit geht. Somit wirkt sich ein Kondensator immer aus.

    MfG Hannes

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