Arduino Lektion 82: Batterieshields

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

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.

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.

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.

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, sondern muss an einem Wertstoffhof abgegeben werden. Es ist dabei darauf zu achten, dass die Kontakte der Batterie abgeklebt werden (um einen Kurzschluss zu verhindern) des Weiteren sollte ein Zettel mit der Typenbeschriftung auf der Batterie vorhanden sein.

Batterie Shields 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, dass der Arduino UNO eine große USB Buchse vom Typ B hat.

Diese Buchse liegt genau mit den Kontakten der Micro-USB Buchse des Batterie Shields 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.

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

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.

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 Batterie Shields 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.

Der Vorteil ist, dass 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).

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
Batterie Shield 1fach, 16340	2h, 50min
Batterie Shield 2fach, 16340	6h
Batterie Shield 1fach, 18650	2h, 50min

Fazit

Ich ziehe folgendes Fazit aus dem Test: Die Shields sind für eine kurzzeitige Stromversorgung eines Arduinos / Mikrocontrollers 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 vielleicht von der Anschaffung etwas teurer jedoch rechnen sich diese auf die Dauer der Verwendung gegenüber von Handelsüblichen Alkalien-Mangan Batterien.