Arduino Lektion 82: Batterieshields

In diesem Tutorial möchte ich die auf ebay.de erhältlichen Batterieshields für den Arduino (und deren Clones) vorstellen.

Batterieshields für den Arduino
Batterieshields für den Arduino

In dem Projekt „Weekend Project: Solarbetriebene Powerbank“ habe ich bereits eine Schaltung mit einer LiPo Batterie erstellt.

Es gibt neben den oben gezeigten Shields auch einen Adapter für die 9V Block Batterien welchen ich hier gerne nennen möchte. Diese Adapter gibt es einmal mit Stecker und einmal mit Lötfäden. 

Adapter für 9V Block Batterie
Adapter für 9V Block Batterie

Umgang mit LiPo Batterien

Diese Batterieshields / Module werden mit einer LiPo Batterie betrieben, hier ist besondere Vorsicht bei der Lagerung und beim Betrieb zu beachten.

Es sollte vermieden werden die LiPo Batterien gewaltsam zu öffnen oder anderweitig mutwillig zu beschädigen. Auch sollten diese nicht überladen werden wie es in nachfolgendem YouTube Video gemacht wird.

Des Weiteren muss bei dem Anschluss / dem einstecken der Batterien auf die korrekte Polung geachtet werden. In diesem Tutorial verwende ich die LiPo Batterien 18650 und 16340 welche auf jedem Ende ein entsprechendes „+“ bzw. „-“ Zeichen aufweisen.

LiPo Batterie 16340
LiPo Batterie 16340

Lagerung

Die LiPo Batterien müssen kühl und trocken gelagert werden. Es gibt für die LiPo Batterien spezielle Behälter welche aus Metall oder Glasfasermatten sind und bei einem eventuellen Brand den Schaden deutlich minimieren.

Entsorgen

Eine LiPo Batterie darf nicht über den Hausmüll entsorgt werden, sonder muss an einem Wertstoffhof abgegeben werden. Es ist dabei darauf zu achten das die Kontakte der Batterie abgeklebt werden (um einen Kurzschluss zu verhindern) des weiteren sollte ein Zettel mit der Typenbeschriftung auf der Batterie vorhanden sein. 

Batterieshields Überblick

Zunächst einmal möchte ich einen kurzen Überblick über die Shields verschaffen.

Es gibt ein Shield welches auf den Mikrocontroller gesteckt wird. Hier ist zu beachten das der Arduino UNO eine große USB Buchse vom Typ B hat.

Arduino UNO - aufgestecktes Batterieshield
Arduino UNO – aufgestecktes Batterieshield

Diese Buchse liegt genau mit den Kontakten der Micro USB Buchse des Batterieshields überein. Hier sollte ein kleines Klebeband abhilfe schaffen um einen eventuellen Kurzschluss zu verhindern.

Oder man verwendet einen Arduino Leonardo, denn dieser kommt mit einer Micro USB Buchse daher und kann somit ohne Modifikation verwendet werden.

Arduino Leonardo - aufgestecktes Batterieshield
Arduino Leonardo – aufgestecktes Batterieshield

Die anderen beiden Shields verfügen über eine USB Typ A Buchse in welcher ein Adapterkabel eingesteckt werden kann.

USB Typ A Buchse für den Anschluss eines Mikrocontrollers
USB Typ A Buchse für den Anschluss eines Mikrocontrollers

Durch den Anschluss eines USB Kabels kann man diese Shields auch nutzen um ein Handy oder Tablet zu laden. Jedoch haben die neueren Geräte einen sehr großen Akku somit kann dieses nur als Notstrom dienen.

Ladevorgang

Während des Ladens wird eine rote LED aktiviert welche erlischt wenn die Batterien voll sind.

Ladestrom

Die Shields haben je nach Ausführung einen anderen Ladestrom. 

Bezeichnung Herstellerangabe selbst gemessen
Batterieshield 2fach, 16340 500mA 490mA
Batterieshield 1fach, 16340 580mA 260mA
Batterieshield 1fach, 18650 500mA 610mA

USB Tester

Für das ermitteln der Ladeströme habe ich mir einen einfachen USB Tester über ebay.de für knapp 5€ besorgt. 

Batterieshield LiPo 18650 ermitteln des Ladestrom mit einem USB Tester
Batterieshield LiPo 18650 ermitteln des Ladestrom mit einem USB Tester

Der USB Tester zeigt die aktuelle Spannung, die Stromaufnahme sowie die verbrauchten Watt/h an. Da dieses Gerät ein Chinaprodukt ist, sind die Werte wohl nicht 100%ig genau aber bieten einen Anhaltspunkt.

Anschlüsse

Die beiden kleineren Batterieshields haben neben der bereits genannten USB Typ A Buchse für die Stromabnahme noch weitere Lötpunkte an welche Lötstifte im Rastermaß 2,54 mm angelötet werden können. 

Batterieshields - Anschlüsse 5V, 3V und GND
Batterieshields – Anschlüsse 5V, 3V und GND

Der Vorteil ist, das man an diese Punkte leicht, mit Breadboardkabel, den Strom abnehmen kann und somit sich diese Shields noch leichter in Schaltungen integrieren lassen.

Bezug

Wie am Anfang erwähnt habe ich diese Shields und die LiPo Batterien über ebay.de erworben. 

Bezeichnung Preis Link
LiPo Batterie Typ 16340 ca. 6€ ebay.de
LiPo Batterie Typ 18650 ca. 4€ ebay.de
Batteryshield 18650 ca. 2,5€ ebay.de
Batteryshield 16340 (2fach) ca. 4€ ebay.de
Batteryshield 16340 (1fach) ca. 3€ ebay.de

Leistung

Die LiPo Batterien haben je nach Ausführung unterschiedliche Leistung. Ich habe die LiPo Batterie 16340 mit 2500mAh und die LiPo Batterie 18650 mit 6000mAh. Diese sollte ausreichen um den Mikrocontroller über einen Zeitraum mit Strom zu versorgen.

Nachfolgend möchte ich testen wie lange eine Schaltung mit der jeweiligen Batterie läuft.

Ich verwende dazu:

  • 1x Arduino Leonardo,
  • 5x LED 5mm,
  • 4x LED 3mm,
  • 9x 220 Ohm Widerstand

Die Leds sollen dabei nacheinander aufleuchten (Lauflicht von rechts nach links und zurück).

LED Lauflicht am Arduino Leonardo mit Batteryshield

 

Quellcode

Der Vollständigkeit halber möchte ich den kurzen Quellcode anbieten.

/* Definieren der LEDs */
#define led1 1
#define led2 2
#define led3 3
#define led4 4
#define led5 5
#define led6 6
#define led7 7
#define led8 8
#define led9 9

/*
 * Definieren wie lange gewartet werden soll
 * bis die nächste LED ein bzw. ausgeschaltet
 * werden soll.
 */
const int PAUSE = 350;

/* 
 *  Ein Array aus den Pins der LEDs erzeugen. 
 *  Dieses macht es später einfacher ein Lauflicht zu erzeugen.
*/
int leds[] = {
          led1, led2, led3, 
          led4, led5, led6, 
          led7, led8, led9
          };

void setup() {
  /*
   * Setzen der LEDPins als Ausgang.
   */
  for(int i=0;i<=9;i++){
    int ledPin = leds[i];
    pinMode(ledPin, OUTPUT);
  }
}

void loop() {
  /*
   * Lauflicht von rechts nach links.
   * Dabei wird jede LED eingeschaltet.
   */
  for(int i=0;i<=9;i++){
    //auslesen des LEDPins aus dem zuvor definierten Array.
    int ledPin = leds[i];
    //erinschalten der LED
    digitalWrite(ledPin, HIGH);
    //kleine Pause.
    delay(PAUSE);
  }

/*
   * Lauflicht von links nach rechts.
   * Dabei wird jede LED ausgeschaltet.
   */
  for(int i=9;i>=0;i--){
    //auslesen des LEDPins aus dem zuvor definierten Array.
    int ledPin = leds[i];
    //ausschalten der LED
    digitalWrite(ledPin, LOW);
    //kleine Pause.
    delay(PAUSE);
  }
}

Ergebnis

Bezeichnung Zeit
Batterieshield 1fach, 16340 2h, 50min
Batterieshield 2fach, 16340 6h
Batterieshield 1fach, 18650 2h, 50min

Fazit

Ich ziehe folgendes Fazit aus dem Test: Die Shields sind für eine kurzzeitige Stromversorgung eines Arduinos / Microcontrollers nutzbar jedoch auf dauer sind diese keine Lösung da hier die Kapazität und die „Lebensdauer“ deutlich zu gering ist. Die LiPo Batterien haben jedoch den Vorteil das diese wieder aufgeladen werden können und die Ladedauer ist sehr gering daher sind diese vieleicht von der Anschaffung etwas teurer jedoch rechnen sich diese auf die Dauer der Verwendung gegenüber von Handelsüblichen Alkalie-Mangan Batterien.

 

2 Gedanken zu „Arduino Lektion 82: Batterieshields

  • Pingback:Arduino Lektion 83: Stromversorgung - Technik Blog

  • August 25, 2019 um 21:25
    Permalink

    hallo,
    interessanter test.
    wasfür ein wandler läuft denn da in dem batterie-shield, das des wohl ca 2,4A verbrauch hat, bei einem 18650er lion-akku?
    wäre es da nicht angebrachter 2 in reihe zu nehmen und einen step-down-wandler, statt step-up zu nutzen?
    finde das ziemlich heftig, soviel strom ziehen nur für einen arduino und eine hand voll led’s 😉

    Antwort

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.