Arduino, ESP und Co. mit Akkus aus Einweg-Vapes betreiben
Seite 3: Das Ladegerät
Ein Aspekt, den man unbedingt im Auge haben sollte ist der Ladestrom. Die verschiedenen Lademodule unterscheiden sich deutlich im Ladestrom, der je nach Modell meistens zwischen 500mA und 2A liegt. Es scheint natürlich verlockend, einen höheren Ladestrom zu nutzen, füllt ein 2A-Lader doch selbst den großen Akku rein rechnerisch in guten 15 Minuten auf. In der Praxis senken die Lader aber mit steigender Füllung den Ladestrom, so dass man auch mit einem 2A-Lader eher mit einer Ladezeit von 30 Minuten bis zu einer Stunde rechnen muss. Kann die USB-Quelle die 2A auch zu Beginn nicht liefern, dann dauert es entsprechend länger. Auch wenn die ursprüngliche USB-Spezifikation maximal 500mA vorgesehen hat, können auch ältere USB-Ladegeräte häufig höhere Ströme liefern. Aber selbst mit 500mA ist der Akku nach einer guten Stunde wieder voll, was für viele Anwendungen absolut akzeptabel ist.
Nachteilig bei einem hohen Ladestrom ist, dass man ggf. die Fähigkeiten des Akkus überschreitet und auch die eher simplen Lademodule erwärmen sich selbst stärker, je mehr Ladestrom sie liefern. Wer auf Nummer Sicher gehen will, nutzt einen geringeren Ladestrom. 500mA ist für eine 550mAh-Batterie in der Regel ein sicherer Wert. Er lässt sich entweder beim Kauf des Lademoduls passend berücksichtigen, oder aber man passt sein Modul entsprechend an. Meistens muss dafür nur ein Widerstandswert geändert werden. Welcher Widerstand dafür auf welchen Wert geändert werden muss, ist mit Hilfe des Datenblatts des auf dem Modul verwendeten Lade-ICs herauszufinden. Sehr häufig kommen preisgünstige Lade-ICs wie der TP4056 (bei reinen Lademodulen) oder der TP5400 (bei Modulen mit integrierter Ausgangsspannungserzeugung zum Einsatz. Die passenden Datenblätter sind leicht zu finden.
Ebenfalls beachten sollte man die maximale Ausgangsleistung, die der Spannungswandler liefern kann. Einfache Schaltungen auf Basis z.B. des MC34063 oder des SB6286 können zwar Ausgangsströme von bis zu 2A sehr effektiv, also ohne eigene Verluste, erzeugen. Bei den Preisen dieser Module im niedrigen Eurocent-Bereich sparen die Hersteller aber, wo sie können, und knapp bemessene Spulen und Kondensatoren führen ggf. dazu, dass die Ausgangsspannung unter hoher Last nicht sehr stabil ist. Für den Betrieb eines Arduino oder ESP32 mit einfacher Peripherie reicht es in der Regel dennoch. Bei größeren Lasten empfiehlt es sich, die Stabilität der Ausgangsspannung z.B. mit einem Oszilloskop zu überprüfen.
Stimmt man den Akku-Aufbau auf das verwendete Controllerboard ab, dann lässt sich häufig noch etwas mehr Laufzeit herauskitzeln. Während die Wandlung der Akkuspannung auf die 5 Volt für den Arduino durch effiziente Boost-Wandler erfolgt, wird auf vielen Mikrocontroller-Platinen die 5-Volt-Spannung durch einfache Längsregler wieder reduziert, z.B. auf 3,3 Volt für einen ESP32. Bei diesem Schritt gehen 30% der Energie im Regler verloren. Effizienter wäre es, die 3,3 Volt für den ESP32 direkt aus der Batteriespannung zu erzeugen, ohne den Umweg über 5 Volt zu gehen. Einige Controller und Peripheriekomponenten lassen sich sogar direkt am Akku betreiben, wenn Sie mit Spannungen zwischen ca 3,0 und 4,2 Volt auskommen, wie es z.B. bei einigen niedrig getakteten ATmegas der Fall ist oder bei der LED-Beleuchtung eines TFT-Bildschirms. Die gesamte Energie der Batterie steht dann dem Verbraucher zur Verfügung und geht nicht in Reglern und Wandlern verloren.
Insgesamt kann man auf diesem Weg für Gesamtkosten unter einem Euro ein typisches Arduino-Projekt von der kabelgebundenen Versorgung befreien. Für die meisten Anwendungen reicht es, einfache Module aus dem Online-Versand passend zu verschalten. Bei so einer Lösung sollte man beim Laden in der Nähe bleiben und dem Akku etwas Misstrauen entgegenbringen. Auch wenn es sich um handelsübliche wiederaufladbare Akkus handelt, so sind sie in den Vapes nie für das Wiederaufladen vorgesehen gewesen und letztlich wird niemand garantieren, dass sich diese Akkus gefahr- und problemlos aufladen lassen. Will man größere Lasten versorgen, den Akku besonders schnell oder unbeaufsichtigt laden, dann ist sehr viel mehr Sorgfalt angesagt und Lade- und Entladeverhalten sind genau zu verstehen und an den Akku anzupassen. Mangels Dokumentation der Akkus sollte man dabei eher konservativ vorgehen. (hgb)
