Wemos D1 mini Battery Shield

Den WeMos D1 mini mit ESP8266 Mikrocontroller hatte ich ja bereits vorgestellt. Damit der geplante Wireless Sensor später auch autark lauffähig ist, geht es in diesem Beitrag um das WeMos D1 mini Battery Shield (Affiliate-Link) und was man damit noch machen kann.Wemos D1 mini Battery Shield

Wird das WeMos D1 mini Battery Shield (Affiliate-Link) über USB mit Strom versorgt, wird der angeschlossene LiPo Akku wahlweise mit 500mA oder 1000mA geladen. Wenn keine externe Stromversorgung vorhanden ist, wird auf dem LiPo Akku zurückgegriffen und daraus eine 5 Volt Spannung mit max. 1 Ampere erzeugt. Auf dem Wemos D1 mini wird diese für den ESP8266 Chip wieder zurück auf 3,3 Volt gewandelt, etwas ineffizient, dafür steht aber auch eine 5 Volt Spannung zur Verfügung. Der Zustand vom Battery Shield wird per LED Anzeige visualisiert. Die rote LED signalisiert den Ladeprozess und die grüne LED einen voll geladenen Akku.

LiPo Akku

Als Energiequelle habe ich diesmal einen Panasonic 18650 LiPo Akku (Affiliate-Link) mit 3400 mAh ausprobiert. Er ist auch unter der Bezeichnung NCR18650B zu finden. Andere LiPo Akkus wie ich sie z. B. bei der Raspberry Pi USV eingesetzt habe, sollten auch gut funktionieren. Der LiPo Akkus muss eine Ladespannung von mindestens 500mA erlauben. Der TP5410 Chip besitzt laut Datenblatt eine Schutzschaltung, daher müssen die Akkus keine eigene eingebaut haben.

Um den LiPo Akku an das WeMos D1 mini Battery Shield anzuschließen, wird ein JST XH2.54 Stecker mit Kabel (Affiliate-Link) benötigt. Achtet darauf das viele LiPo Akkus einen anderen JST Stecker haben. Achtung! Auf der Platine sind plus und minus zwar richtig aufgedruckt, aber die Stecker sind normalerweise anders gepolt. Zitat aus einem Forum: Die Platine hat einen Verpolungsschutz, der Entwickler scheinbar nicht. 😉 Die Kabel am JST XH2.54 Stecker lassen sich aber mit einem Schraubenzieher tauschen.Wemos D1 mini Battery Shield - 18650 LiPo Akku

LiPo Akku überwachen

Wenn der analoge Eingang nicht für das eigentliche Projekt benötigt wird, kann mit einer kleinen Modifikation die Spannung vom LiPo Akku über den analogen Eingang gemessen werden. Dazu wird ein 180k Ohm Widerstand zwischen +Vbat und A0 gelötet. Um den Teiler auszurechnen, wird der Sensorwert durch die mit einem Multimeter gemessene Spannung geteilt. Zum Beispiel: 700 (sensorValue) / 3,562 (Volt) = 196,5 (grob gerundet)

Laufzeit bei Akkubetrieb

Ich habe den LiPo Akku über das Battery Shield voll geladen (~4.15 Volt) und dann mit aktivem OLED Display Shield über den LiPo Akku laufen lassen. Das OLED Display wurde während des Tests alle 30 Sekunden aktualisiert und war dabei dauerhaft aktiv. Es wurde während der Laufzueit keine WLAN Verbindung aufgebaut, keine externe Spannungsquelle (USB / Solar Panel) angeschlossen und kein Deep Sleep verwendet. Nach 24 Stunden lag die Akku Spannung bei ~3.8 Volt. Weitere Tests der Laufzeit mit anderen Komponenten, WLAN, Solar Panel und Deep Sleep folgen später.

Wemos D1 mini Battery Shield - OLED LiPo Voltage

Versogung über Solar Panel

Da der verbaute TP5410 Chip mit einer maximalen Eingangsspannung von 10V umgehen kann, habe ich zum Test ein 6V Mini Solar Panel (Affiliate-Link) mit bis zu 3,5 Watt Leistung am USB-Port des Battery Shields angeschlossen. Wenn ich den Schaltplan richtig gelesen habe, ist der USB-Port leider die einzige Möglichkeit um das Battery Shield mit Strom zu versorgen. Daher benötigt ihr ein USB Kabel mit offenen Enden oder ihr schneidet eins durch.

ACHTUNG! Wie in den Kommentaren zu lesen ist, können 6 Volt den Wemos D1 zerstören! Dies bezieht sich mindestens auf die Version 1.0 vom Battery Shield, spätere Versionen haben eine andere Schaltung, bei der laut Wemos auch maximal 10 Volt möglich sein sollen. Die empfohlene Spannung beträgt aber weiterhin 5 Volt!

wemos-d1-mini-battery-shield-solar-panel-6v

Erste Tests waren soweit erfolgreich, daher geht es jetzt in die nächste Runde. Nächstes Jahr soll schließlich der Wireless Sensor im Garten installiert werden! Neben Wemos D1 mini, Battery Shield und Solar Panel kommt noch ein DHT22 Shield dazu. Zur Datenerfassung wird dann auch eine WLAN Verbindung aufgebaut. Um eine möglichst lange Akkulaufzeit zu bekommen, soll auch noch ein Deep Sleep integriert werden.

13 Gedanken zu „Wemos D1 mini Battery Shield

  1. Hallo Stefan, ich probiere auch gerade ein bisschen mit dem D1 mini herum und da ist das Battery Shield eine schöne Ergänzung. Ich bin noch auf der Suche nach einem passenden Batteriehalter für den von dir vorgeschlagenen Akku. Welchen benutzt du?

    1. Hallo Michael,

      wenn du nicht so lange warten möchtest, würde ich dir bei eBay z. B. diesen 18650 Halter (Affiliate-Link) empfehlen. Der kommt zwar aus Holland, ist aber schnell da. Bei Aliexpress (wo ich ihn her habe) würdest du gleich 5 Stück für den gleichen Preis bekommen, musst aber auch mindestens bis zum nächsten Jahr auf die Lieferung warten?! Da es gefühlt nur eine Fabrik gibt, die diese Teile herstellt, kannst du eigentlich bei jedem Angebot zugreifen das so aussieht 🙂 .

      Wohnst du in der Nähe? Dann könntest du dir einen abholen … 😉

      Viele Grüße
      Stefan

      1. Hallo Stefan,

        vielen Dank für deine Antwort und dein Angebot. Ich wohne zwar auch in Norddeutschland, aber in der Kieler gegen, dass ist für so ein Stück Plastik doch ein wenig weit 🙂 Ich habe mir jetzt welche bei Amazon bestellt…

        Vlt. kannst du mir noch bei einer anderen Sache helfen: Warum benötige ich einen 180k Widerstand zwischen +Vbat und A0?

        Grüße,
        Michael

          1. Hallo Stefan,

            super Erklärung, vielen Dank. Ich hätte gedacht das 180 kOhm nicht reichen, da ich hinter dem Widerstand noch 3,5V gemessen habe.

            Ich habe auf einer Steckplatine das ganze nun mal zu einem Sensor bestehend aus Battery Shield, Wemos D1 Mini und DHT22 zusammengefügt. Dieser überwacht nun Luftfeuchte, Temperatur und Batteriespannung und schickt die Werte an eine DB. Deep Sleep habe ich auch integriert. Ich bin gespannt, wie lange die Batterie im Praxisbetrieb durchhält.

            Grüße,
            Michael

          2. Hallo Michael,

            das habe ich für nächstes Jahr auch auf dem Plan. Zusätzlich noch ein SHT10 Sensor für die Bodenfeuchtigkeit der hier auch noch rumliegt und dann soll alles in das Gewächshaus. Würde mich freuen wenn du deine Erfahrungen hier kurz teilst!

            Viele Grüße
            Stefan

  2. Hi,

    gerade auf Deinen Artikel gestoßen, weil die nächste HW Revision meiner Bienenstockwaage auch auf dem Wemos laufen soll.
    Die Software dieser Waage kannst Du fast 1:1 auf den Wemos bringen und nur leicht für Deine Sensoren anpassen.

    Features:
    – DeepSleep mit ~ 30 uA
    – Solarbetrieb
    – Telemetrie via MQTT
    – Over the Air Updates der Firmware via MQTT
    – Over the Air Updates der Konfiguration via MQTT
    – HandyApp/WebApp und config-File als Konfigurationsmöglichkeit
    – Existierende Management Anwendungen Homie-OTA, openHAB1 und check_mk

    Einführungsartikel (allerdings die strombetriebene Variante)
    https://community.hiveeyes.org/t/inbetriebnahme-von-node-wifi-mqtt-homie-mit-hiveeyes-anbindung/185
    https://imker-nettetal.de

    Code der Batterie-Variante mit dem Deep Sleep:
    https://github.com/hiveeyes/arduino/tree/master/node-wifi-mqtt-homie-battery (Changes.rst ist nicht aktuell, der Battery Alarm / Deep Sleep ist bereits implemntiert)

    Grüße
    Alex

    1. Hallo Alex,

      sehr interessantes Projekt und vielen Dank für die Infos! Ich bin leider noch nicht weiter … 🙁

      Viele Grüße
      Stefan

  3. Hallo,

    zwischen Solar-Panel und Battery shield solltest du noch eine Diode schalten. Der TP5410 verträgt zwar 10V, der Spannungswandler auf dem Wemos-Board aber nicht. Der kann max. 5.5V ab.
    Die Ladespannung wird nur über eine Shottky-Diode auf das Wemos-Board weiter gegeben. Das kann evtl. zu vile werden. Der Spannungsabfall an der Diode verschiebt die Ladespannung in einen sicheren Bereich

    Viele Grüße
    Ulli
    http://ullisroboterseite.de

    1. Hallo Ulli,

      danke für deinen Hinweis, ich beschäftige mich auch gerade wieder mit dem Thema. Im Test lieferte die Solarzelle nie so viel, daher hatte ich scheinbar Glück. Hinweis im Beitrag ist auch hinzugefügt!

      Ich habe gerade das Battery Shield in der Version 1.2 bestellt. Hier wurde die Schaltung geändert und es werden andere Bauteile verbaut. Jetzt sollen maximal 10 Volt möglich sein?! Ob das wirklich so ist, kann ich nicht sagen, dafür sind meine Kenntnisse leider nicht ausreichend. Zudem kann man jetzt über eine Brücke VBAT+ und A0 über einen 130k Widerstand miteinander verbinden.

      Viele Grüße
      Stefan

      P.S. Sehr interessante Projekte auf deiner Seite!

      1. Danke für die Blumen!

        Ich befürchte, die Version 1.2 macht’s nicht besser. Dort ist zwar auf andere Weise der Rückfluss auf den USB-Port geregelt: mit einem P-Kanal-MOSFET anstatt der Schottky-Diode. Dessen Body-Diode ist allerdings in Durchlassrichtung geschaltet, wenn VUSB, also die Ladespannung, größer als 5V ist 🙁

        Nun muss ich gestehen, dass ich die MOSFET-Schaltung nicht genau durchblicke. Kann sein, dass ich unrecht habe … Ich würde aber trotzdem auf Nummer sicher gehen und bei einem 6V-Solar-Panel eine Silizium-Diode (0.7V Spannungsabfall) in Durlassrichtung zwischenschalten.

        Der Angabe „Charging Voltage: max: 10V“ würde ich nicht trauen. Die gab’s auch schon bei der Version 1.1 mit der Shottky-Diode: https://wiki.wemos.cc/products:retired:battery_shield_v1.1.0

        Ich hatte übrigens unabhängig von dir die gleiche Idee. Kleine solarbetriebene Sensoren für den Garten mit WLAN-Anschluss. Wemos D1 mini (6€) + Battery Shield mit Batterie (13€) + 6V-Solarpanel (2 Stück für 13,59€) + Diode! Insgesamt etwa 25€. Aktuell läuft seit zwei Tagen ein Test. Der ESP läuft im WIFI_LIGHT_SLEEP-Modus und sendet alle 5 Sekunden eine Meldung per UDP-Multicast ins WLAN (http://bienonline.magix.net/public/esp8266-udpserial.html) + OTA. Der Stromverbrauch dürfte bei knapp 15 mA liegen (http://bienonline.magix.net/public/esp8266-faq.html?topic=strom).

        Beim Suchen bin ich dann auf deine Seite gestoßen.

        Heute war wenig Sonnenschein, läuft aber immer noch. Mal schauen, wie lange er durchhält …

    1. Hallo Uwe,

      danke für deinen Hinweis! Das kommt davon, wenn man kurz vor Beitragsende noch etwas anpasst und nicht mehr testet … ist jetzt korrigiert! 😉

      Viele Grüße
      Stefan

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