Stabiles Solar Power Management Modul gesucht

[erik_wolfram]

Hallo in die Runde,

ich scheitere grade bei der Suche nach einer zuverlässigen Solar Stromversorgung für einen Raspberry Pi Zero 2W und einigen Sensoren zur Umweltdatenanalyse.
Der Raspberry wird dabei über einen STM alle paar Stunden "geweckt" und fährt dann wieder runter. Die Versorgung wird über ein Mosfet geschaltet. So habe ich mit dem STM einen minimalen Standby-Strom.

Zuerst hatte ich das Waveshare Solar Power Management Modul D mit USB-C Ausgang in Betrieb. Mit 3 Zellen mit jeweils 3500 mAh lief der Aufbau über 10 Tage ohne Solarmodul.
Aber wenn die Spannung der Zellen unter 3 Volt fällt wird diese Modul unstabil und schafft es nicht mal nur den Mikrocontroller mit weniger als 10 mA zu versorgen. Es sieht so aus, dass der USB 5V Boost Converter nicht mit der integrierten Schutzbeschaltung der Lithium Zellen klar kommt. Auch mit angeschlossenem Solarpanel in voller Sonne schafft er es nicht diesen Betriebspunkt zu umgehen

Danach habe ich auf ein einfacheres Modul von Waveshare umgestellt.
"Waveshare Solar Power Management Module für 6V-24V"
Hier stellte sich ein ähnliches instabiles Verhalten bei 3 Volt Zellspannung ein. Verbaut ist dort ein CS8501 USB Boost Converter / Charger der laut chinesischem Datenblatt bis 2,5 Volt anlaufen soll. Auch dies ist kritisch mit der Schutzbeschaltung der Zellen.
Also habe ich den CS8501 gegen einen TPS5400 getauscht, da dieser erst bei 3 Volt anläuft und eine größere Hysterese besitzt.
Aber auch hier lief der Versuch nicht erfolgreich.

Beim betrachten des Schaltplans fiel mir dann auf, dass die Diode des Boost-Converters dauerhaft aktiv ist. D.h. wenn der Boost Converter nicht aktiv ist fällt die Spannung der Zellen über die Diode ab und ich habe auf der 5 Volt-Schiene plötzlich knappe 3 Volt ....

Mit anderen Worten bin ich mit den Waveshare Solar Modulen durch. Bei der Suche stoße ich aber ständig auf Kopien dieser Module unter anderem Namen (mit ähnlichem Layout).

Für den Raspberry und die Sensoren brauche ich max. 200 mA bei 5 Volt. Die Laufzeit für eine Messung beträgt ca. 5 bis 10 Minuten. Danach muss nur der STM im Tiefschlaf versorgt werden (weniger als 1 mA).


Hat jemand hier schon etwas ähnliches gemacht und kann mir ein entsprechendes Solar Power Modul empfehlen?
Ich wollte eigentlich eine fertige Lösung und nicht extra für diesen Aufbau eine eigene Leiterplatte entwickeln...


Gruß Erik

[Holomino]

Hat jemand hier schon etwas ähnliches gemacht...

Irgendwie schon. Ich softe gerade ein bisschen am Prototypen.

...und kann mir ein entsprechendes Solar Power Modul empfehlen?

Leider nein.

Eigentlich bräuchten solche Module ja idealerweise eine Logik für das, was wir wollen. Ich z.B. möchte meine ESP32CAM ein paar mal pro Tag zyklisch starten, um ein Foto zu knipsen, damit ich dem Rhabarber beim Wachsen zuschauen kann. Ich möchte mir aber auch das Strippenziehen zum Fahrradschuppen wegen der Beleuchtung sparen, und stattdessen mit Bewegungsmelder, Batterie, Solarmodul und einer Leistungs-LED Licht machen. Du möchtest ja auch über den STM eine Zeitsteuerung realisieren. Das sind alles Sachen, die über Sleep-Timer oder externe Interrupts lösbar sind.

Vielleicht möchten wir beide ja auch zumindest die Einstellungen für die unterschiedlichen Zelltypen LiIon/LiFePo haben. Ich z.B. bin gegenüber LiFePo-Zellen wesentlich weniger misstrauisch und wage auch mal, die Teile ohne interne Schutzschaltung zu verbauen. Aber dazu braucht es nun mal eine Konfiguration für die unterschiedlichen Parameter. Deinen Modulen fehlt ja auch offensichtlich ein Parameter, der die Last schon vor Erreichen der Schwelle der Zellschutzschaltung sauber trennt.

Dann kommen halt noch andere Sachen dazu: Du willst 5V, ich habe fast ausschließlich Anwendungen für 3,3V oder genauer 3,0..3,6V. Es ist jetzt nicht so, dass ich 5V ausschließe. Aber ich würde den Boost-Converter dann lieber doch extern und auch nur dann, wenn ich ihn brauche, haben, weil: von Zellspannung auf 5V und dann wieder auf 3,3V für einen Controller, der tatsächlich 95% der Zeit im Sleep hängt, ist nicht besonders effektiv.

Entsprechend habe ich bei meiner Hardware Akkuhalter, Ladeschaltung, Schutzfunktionen und Leistungsschalter zusammen mit der Messmimik über einen Controller vernückt, der die ganze Sache über eine Schnittstelle (UART oder I2C) konfigurierbar und beobachtbar macht.