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ELV Homematic IP Bausätze

Betrieb auch mit zwei Energizer Ultimate Lithium AA-Primärzellen möglich?

Beiträge zu diesem Thema: 16
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ELV Homematic IP Bausatz Schaltplatine für Batteriebetrieb HmIP-PCBS-BAT

Artikel-Nr.: 150904

zum Produkt
Betrieb auch mit zwei Energizer Ultimate Lithium AA-Primärzellen möglich?
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19.09.2019, 18:58
Hallo,

ich habe vor, sowohl den Verbraucher (LED) als auch die Schaltplatine HmIP-PCBS-BAT durch 2 Energizer Ultimate Lithium AA-Primärzellen mit Spannung zu versorgen (wegen der deutlich höheren Kapazität und Spannungslage im Vergleich zu Alkali-Zellen). Die Leerlaufspannung von zwei frischen Energizers in Reihe geschaltet liegt bekanntlich bei 3,7 Volt. Der erste Bereich der Versorgungsspannung der Schaltplatine wird jedoch mit 2,0 bis 3,3 Volt spezifiziert.

Würden demnach fabrikfrische Energizers die Schaltplatine grillen? Oder anders gefragt: Hat schon mal jemand diese Schaltplatine erfolgreich mit zwei dieser Zellen betrieben?

@ELV-Kundenbetreuung: Können Sie bitte den Hersteller zu dieser Angelegenheit befragen?

Gruß
Aw: Betrieb auch mit zwei Energizer Ultimate Lithium AA-Primärzellen möglich?
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20.09.2019, 11:36
Hallo kalcium,

ich habe mir gerade nocheinmal die Innenschaltung angesehen..meiner Meinung nach ist dies möglich, außer dass der MOSFET etwas wärmer werden kann.
Wenn Du aber ganz sicher gehen möchtest..einfach ein Diode 1N4001 dazwischen schalten und parallel zu den ST1-ST2 einen Elko 100yF/16VDC.

Gruß elkotek
Viele Grüße..elkotek
Aw: Betrieb auch mit zwei Energizer Ultimate Lithium AA-Primärzellen möglich?
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20.09.2019, 14:58
Hallo elkotek,

danke für deinen Beitrag. Die Möglichkeit, die Spannung mit einer Diode zu mindern, hatte ich bereits auf dem Schirm (weil du diesen Tipp bereits des öfteren gegeben hast), nur da meine Kenntnisse in E-Technik offensichtlich eingeschränkt sind, sind mir dabei zwei Dinge nicht klar. Ich will ja, aus finanziellen und ökologischen Gründen, eine Schaltung mit geringer Ruheleistung, damit die Batterien möglichst lange halten (wollen wir das nicht alle?).

1. Welche zusätzliche Stromaufnahme würde die Diode bei 3,7 Volt verursachen? Wie wird eigentlich die Spannungsreduzierung erreicht? Durch Wärmeproduktion?

2. Verläuft die Spannungsreduzierung linear? Ich meine, von 3,7 wird 3,3 Volt, von 3,0 wird 2,6 Volt, von 2,0 wird 1,6 Volt, also immer der selbe Delta-U? Wäre insofern schlecht, dass die Schaltplatine vorzeitig LOWBAT melden würde, obwohl die Batterien noch nicht ganz leer wären.

Gruß
kalcium
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20.09.2019, 15:20
Hallo kalcium,

der Ruhestrom der Schaltplatine bei 3VDC beträgt ca. 50yA.... eine kurzzeitige Erhöhung erfolgt nur beim Senden.
Wenn man eine möglichst lange Lebensdauer (Batteriekapazität) haben möchte, sollte kein LED-Anschluß an der Klemme Kl2 erfolgen.
Die Reihenschaltung einer Diode "frißt" keinen Strom..sondern durch die Durchlaßspannung von ca. 0,6VDC reduziert die anstehende Spannung...also 3,7V - 0,6V..wobei die ca. 0,6V immer als Spannungsabfall auftreten..die Batterie wird dadurch nicht belastet.
Wenn Dich die 0,6VDC stören..kannst Du natürlich auch eine Schotty-Diode z.B. BAT46 einsetzen..diese hat bei diesem Strom nur eine Durchlaßspannung von ca. 0,3VDC...gibt`s auch hier im Webshop.
Mit was..und wielange soll denn der Ausgang Klemme 1 belastet werden??

Gruß elkotek
Viele Grüße..elkotek
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20.09.2019, 17:52
Hallo elkotek!
der Ruhestrom der Schaltplatine bei 3VDC beträgt ca. 50µA.

Woher hast du diese Info? Steht nämlich nicht bei den technischen Daten, lediglich dass beim Senden max. 40 mA fließen. Genau so wenig steht da, welcher Strom fließt, wenn der Open-Drain-Ausgang geschlossen ist. Bei einer batteriebetriebenen Platine sind diese Angaben doch unerlässlich, finde ich, um die Batterielebensdauer einschätzen zu können.

Wenn man eine möglichst lange Lebensdauer (Batteriekapazität) haben möchte, sollte kein LED-Anschluß an der Klemme Kl2 erfolgen.

Da ich die Schaltplatine noch nicht mal bestellt habe, steht mir keine Bauanleitung zur Verfügung (ELV liefert sie zusammen mit dem Bausatz in Papierform aus und rückt die PDF auch nur raus, wenn man den Kauf des Bausatzes nachweisen kann), aber anhand des Produktfotos ist Kl2 wohl der explizite LED-Ausgang. Wie kommst du drauf, dass dort keine LED angeschlossen werden sollte? Wird dadurch der Ruhestrom der Schaltung erhöht?

Die Reihenschaltung einer Diode "frißt" keinen Strom..sondern durch die Durchlaßspannung von ca. 0,6VDC reduziert die anstehende Spannung...also 3,7V - 0,6V..wobei die ca. 0,6V immer als Spannungsabfall auftreten..die Batterie wird dadurch nicht belastet.

Das sind sehr nützliche Infos. Leider ist mir 0,6 V Spannungsabfall doch zu heftig, denn die Schaltplatine wird die LOWBAT-Meldung bereits bei 2,6 V Batteriespanung losschicken, während die Batterien noch lange nicht leer sind, also würde ich Batteriekapazität verschenken.

Wenn Dich die 0,6VDC stören..kannst Du natürlich auch eine Schotty-Diode z.B. BAT46 einsetzen..diese hat bei diesem Strom nur eine Durchlaßspannung von ca. 0,3VDC

Klingt interessanter -- die Batteriekapazität wird besser ausgenutzt und der MOSFET läuft bei 3,7 - 0,3 = 3,4 V nicht so heiß (im Vergleich zu ganz ohne Diode). Dazu eine Dummie-Frage: An welchen Pol schließe ich die Diode in Reihe an? An ST1-Plus oder an ST2-GND? Sorry, ich lerne noch... ;)

parallel zu den ST1-ST2 einen Elko 100µF/16VDC

Soll der Elko die Spannung wieder glätten, die von der Diode "zerhackt" wird?

Mit was..und wielange soll denn der Ausgang Klemme 1 belastet werden??

Es handelt sich um eine mobile LED-Dekobeleuchtung mit Last-Stromversorgung aus der Eingangsspannung, wie in der Bedienungsanleitung auf Seite 10 oben abgebildet (nur eben mit 2 Energizern an ST1 und ST2). Die Beleuchtung soll überwiegend in den dunklen Jahreszeiten für eine Wohlfühlathmosphäre sorgen, jeden Abend bei einer bestimmten Sonnenelevation und Anwesenheit angehen und bei Abwesenheit verzögert wieder ausgehen (WAF!). Die Beleuchtung soll zudem überall in Funkreichweite mitnehm- und abstellbar sein (daher Batteriebetrieb). Die tägliche Betriebsdauer variiert zwischen 1 und 6 Stunden und die LED beansprucht, je nach Spannung, zwischen 13 mA @ 3,7 V und 0,4 mA @ 3,0 V.

Dank und Gruß,
kalcium

EDIT: Sorry, hatte den Schaltplan vergessen:
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20.09.2019, 18:22
Hallo kalcium,

bei Platinenlösungen habe ich mir angewöhnt immer sofort die mittlere Stromaufnahme zu messen, damit ich weis, welche Lebensdauer bei Batteriebetrieb erreicht werden kann.

Wenn Du AA-Lithium Batterien einsetzen möchtest..hat man ca. 3000mAh. Wenn Du z.B. die 15mA als Belastung hast, dann wird sich ca. eine Lebensdauer von 200 Std. ergeben...bei 6 Std. pro Tag ==> ca. 30 Tage. Den Steuerstrom für die openDrainMOSFET kann man vernachlässigen...der Sendestrom kann bis zu 35mA betragen...je nach Ansteuerung. Auf den ELKO könntest Du verzichten..dient lediglich dazu..eine Pufferung zu erreichen, wenn kurzfristig einmal ein größerer Strom gezogen wird..deshalb auch direkt an die Eingänge setzen. Auch LED`s haben die Eigenschaft..im Einschaltaugenblick kurz einen höheren Strom zu ziehen. Um möglichts eine lange Lebensdauer zu erreichen..nehme die SchottyDiode BAT46.

Bitte daran denken ..die Batterien nicht an die Klemmen sondern an die äußeren beiden Lötaugen.

Gruß elkotek
Viele Grüße..elkotek
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20.09.2019, 23:17
Hallo elkotek,

erfahrungsgemäß halten die beiden Lithiums in der Praxis sogar mehrere Monate durch, da die Belastung mit abnehmender Zellspannung exponentiell sinkt (leider auch die LED-Leuchtkraft).

Es war mir nicht klar, dass der Steuerstrom des MOSFETs vernachlässigbar gering ist -- das freut mich natürlich.

Okay, ich bestelle jetzt beide Dioden und werde experimentieren. Versuche werde ich auch ohne Diode durchführen, indem ich am Labornetzteil die Spannung zehntelweise bis 3,7 VDC anheben und die Oberflächentemperatur des MOSFETs überwachen werde. Den Elko lass ich dann weg.

Danke für deine schnelle Unterstützung!

Gruß,
kalcium
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21.09.2019, 09:18
Hallo kalcium,

bei Aktualität berichte einmal über Deine Erfahrung mit der höheren Betriebsspannung und über die erreichbare Battterie-Lebensdauer unter Lifebedingungen.
Nicht vergessen..im Gerätemenü die checkbox..zyklische Statusmeldungen zu deaktivieren bzw. auf einen hohen Wert einzustellen.
Den Elko hatte ich deshalb vorgesehen, da ja die Last/LED-Kette direkt an der Batterie angeschlossen wird...und entkoppelt über die Diode der HmIP-PCBS-BAT keine Laständerungen "sehen" soll.


Gruß elkotek
Viele Grüße..elkotek
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27.09.2019, 02:40
Hallo elkotek,

gestern hat mich die Schaltplatine erreicht -- gleich zusammen gelötet, das Labornetzeil drangehängt und an die RaspberryMatic angelernt. Ich war erst einmal an den Ruhestrom interessiert, sowohl bei offenem als auch bei geschlossenem Open-Collector-Ausgang. Du hattest Recht -- unabhängig vom Schaltzustand fließt bei 3,3 V um die 40 µA. Hier das Diagramm des Datenloggers:

https://abload.de/img/aktor_opendrain-closelgk05.png

Dann habe ich für mich relevante Praxisbedingungen nachgestellt: Die Schaltplatine ca. 5 m von der externen RM-Antenne aufgestellt mit einer Stahlbetondecke dazwischen. Labornetzteil an ST1/2 angeschlossen und dessen Spannung mit Hilfe von Multimeter 1 genau geregelt. Multimeter 2 hat den Strom an ST2-GND gemessen. Multimeter 3 hat an KL1 zwischen GND und NO den Durchgang überwacht. Ich bin mit einigen unerwarteten Wendungen konfrontiert worden...

1. Eine dauerhafte Versorgungsspannung von 3,7 V scheint dem MOSFET gar nichts auszumachen, denn einen Temperaturanstieg konnte ich nicht beobachten (wie denn auch bei 40 µA?). Eine Diode ist somit nicht notwendig, denke ich.

2. Die Differenz zwischen der tatsächlich anliegenden Versorgungsspannung und dem Wert, der unter dem Datenpunkt OPERATING_VOLTAGE abgelegt wird, beträgt durchgehend 0,2 V. Muss ich nicht verstehen, nur wissen, dass es sich so verhält.
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27.09.2019, 02:43
(Was für eine bescheuerte Forums-Software -- max. 2000 Zeichen! -- früher war alles besser...) 😃

3a. Die Schaltplatine ist bereits bei 2,3 V (gemeldete 2,1 V) per Funk schon nicht mehr gänzlich ansprechbar. Der Funkbefehl wird zwar empfangen, kann aber nicht bestätigt werden. Daraufhin legt sich die Schaltplatine komplett zur Ruhe: 0 mA. Die letzten gemeldeten Signalstärken, die gerade noch abgesetzt werden konnten: RSSI_DEVICE = -56 dB; RSSI_PEER = -68 dB.

3b. Ähnlich verhält es sich, wenn bei 2,3 V die Systemtaste betätigt wird -- der Schaltzustand kann nicht an die CCU bzw. RM gesendet werden, also stellt sie sich tot.

3c. Wird an die Schaltplatine 2,3 V angelegt, wacht sie zwar auf, stellt aber gleich fest, dass ihre Statusmeldungen nicht durchkommen und legt sich gleich wieder schlafen.

Fazit: Die Kapazität zweier Rundzellen kann nicht gänzlich ausgeschöpft werden.

4a. Will man Lowbat "wahr" in einem Programm auswerten, muss die Schwelle auf >= 2,2 V gesetzt werden, damit die Meldung überhaupt abgesetzt werden kann. Ist die zyklische Statusmeldung in den Geräteeinstellungen deaktiviert (um die Batterien zu schonen), wird die Meldung meist deutlich später abgesetzt, was einem bestimmten Zeitraster folgt, der "von Gerät zu Gerät unterschiedlich und kann zwischen einer und 24 Stunden liegen" (Zitat aus der "Hilfe" in der WebUI). Hier, im Falle der Schaltplatine: ca. 1 Stunde.
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27.09.2019, 02:48
4b. Angenommen, die Versorgungsspannung bricht innerhalb dieser genannten Stunde von 2,3 auf 1,9 V zusammen (also bevor die Schaltplatine feststellen konnte, dass ihre Rufe nicht mehr erhört werden, wonach sie sich schlafen legen könnte), passiert etwas Merkwürdiges: Unterhalb von 1,9 V ist die Schaltplatine vollkommen funktionslos und der Open-Collector-Ausgang wechselt logischerweise in den Ruhezustand über, ABER der Strom steigt plötzlich auf 0,8 mA an und lutscht die ohnehin schon leeren Rundzellen komplett aus. Während bei Batterien dies noch egal wäre, ist bei Akkus jede Tiefentladung schädlich. Dieser Zombie-Modus hält so lange an, bis die Spannung auf exakt 0,7 V sinkt, wonach man die Akkus schließlich entsorgen kann.

Weitere Messungen am anderen Versorgungszweig an Klemme KL3 (3,5 bis 12 V) folgen... 😃

Gruß,
kalcium
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28.09.2019, 16:34
Hello again,

hier also noch meine Beobachtungen zum zweiten Versorungszweig, der an Klemme KL3 mit 3,5..12 VDC deklariert ist.

5. Auch hier gibt es eine durchgehend gleich bleibende Differenz von 0,2 V zwischen der tatsächlich anliegenden Versorgungsspannung und dem gemeldeten Wert, der in den Datenpunkt OPERATING_VOLTAGE abgelegt wird. Die Intention des Herstellers dürfte klar sein, doch ist dieser Umstand irgendwo dokumentiert?

6. Im vorgegebenen Spannungsbereich funktioniert die Schaltplatine fehlerfrei. Selbst bei 2,6 V (gemeldete 2,4 V) ist die Funktion gegeben. Erst bei >= 2,5 V können Funktelegramme nicht mehr zugestellt werden und die Schaltplatine versetzt sich in eine Dauerschleife, wobei 21 mA verbraten werden (mit kurzen Unterbrechungen). Ist also wichtig, den Lowbat-Schwellwert sinnvoll einzustellen, damit Akkus nicht tiefentladen werden.

7. Die Leistungsaufnahme ist an Klemme KL3 (hellblau bei 12 V) signifikant höher, als über ST1/2 (rot bei 3,3 V):

https://abload.de/img/schaltplatine-33v_12vb4jcx.png

0,040 mA x 3,3 V = 0,13 mW
0,070 mA x 12 V = 0,84 mW

Das ist ein Faktor von über 6.

Die Spannungsversorgung über KL3 ist daher über kleine Rundzellen AA oder AAA nur bedingt geeignet. Ich habe mal testweise vier weiße Eneloops in Reihe geschaltet (4,8 V Nennspannung, ca. 1.800 mAh Nettokapazität) an KL3 angeschlossen und werde unter meinen persönlichen Praxisbedingungen das Verhalten überwachen.

Gruß,
kalcium
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02.05.2021, 15:19
Hallo,

wenn die Leistungsaufname der Platine über den 12V Anschluss (KL3) 6 mal so hoch ist, wie bei 3,3V am Batterieanschluss (siehe User kalcium), würde es dann Sinn machen 14 Dioden 1n4148 in Reihe an KL3 vorzuschalten, das wäre ein Spannungsabfall von 14x0,6V=8,4V. Damit würden aus den 12V Versorgungsspannung nur noch 3,6V übrig bleiben und der Spannungsregler müsste nicht soviel Energie in Wärme umwandeln?

--Alex
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02.05.2021, 16:21
Hallo alexirion,

nur zur Information....bei Ub=12VDC beträgt die mittlere Stromaufnahme auch (nur) ca. 70yA. ACHTUNG: Beim Anschluss der 12VDC-Betriebsspannung Klemmenbezeichnungen beachten.
Viele Grüße..elkotek
Aw: Betrieb auch mit zwei Energizer Ultimate Lithium AA-Primärzellen möglich?
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02.05.2021, 19:07
<p>Danke elkotek,</p>
<p>kann ich eine Solar Teichpumpe 12V / 18W direkt als Last anschliessen, wenn ich eine Freilaufdiode benutze? Das würde den zusätzlichen Leistungsverlust eines Relais einsparen.</p>
<p>Viele Grüsse,</p>
<p>--Alex</p>
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02.05.2021, 19:45
Hallo alexirion,

die n-Kanal MOSFET-Ausgänge sind ausgelegt für 20V/3A. Damit kannst Du Deine Solar-Pumpe anschließen. Freilaufdiode z.B. BY251 nicht vergessen!!!!
Viele Grüße..elkotek
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