Batterielose Supercap-USV -> keine Spannungseinbrüche, sauberer Shutdown

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  • Batterielose Supercap-USV -> keine Spannungseinbrüche, sauberer Shutdown? Schau mal ob du hier fündig wirst!

  • OK, habe verstanden, was du meinst. Das muss ich prüfen. Bei 8mm weniger wird es aber eng. Ich glaube aber, dass man hier nur schwer eine einheitliche Lösung für B und B+ finden kann. Oder die Supercaps liegen oben auf der Netzwerkbuchse bzw. USB-Buchsen drüber.


  • ......
    Ach ja:
    Wie sieht es mit dem Platz unter der Platine aus?
    Viele betreiben ja den RP mit passiven Kühlkörpern.....

    und wie sieht es mit der Temperaturtoleranz der Supercaps aus ? die liegen ja direkt auf den Chips. Elkos mögen Temperatur normalerweise nicht, das Elektrolyt trocknet aus und sie werden nicht sehr alt !

    lasst die PIs & ESPs am Leben !
    Energiesparen:
    Das Gehirn kann in Standby gehen. Abschalten spart aber noch mehr Energie, was immer mehr nutzen. Dieter Nuhr
    (ich kann leider nicht schneller fahren, vor mir fährt ein GTi)

  • Hoffen wir mal, es sind HiCaps mit festen Elektrolyten, dann spielt die Temperatur eine Untergeordnete Rolle. Bis 80°C sollte alles noch in Ordnung sein. Bei flüssigen Elektrolyten (ist aber eher selten) müsste man schon mal ins Datenblatt schauen wie die Lebensdauer sich ändert. 10 Jahre sind meist für 20°C angegeben.


  • .....Bei flüssigen Elektrolyten (ist aber eher selten) müsste man schon mal ins Datenblatt schauen wie die Lebensdauer sich ändert. 10 Jahre sind meist für 20°C angegeben.

    und 20°C sind da eher nicht zu erwarten. Mein Kollege und ich haben gerade in Netzteilen die schlimmsten Entwicklungsverbrechen gesehen, oder ist das schon geplante Obsoleszenz Elkos mit 85°C statt 105°C in der Nähe von Leistungshalbleiter die warm bis heiss werden zu setzen ?

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  • Bei diesen Supercaps beträgt die Lebensdauer 10 Jahre bei 25°C. Es gilt so wie bei klassischen Elektrolytkondensatoren bei einer Erhöhung der Temperatur um 10°C halbiert sich die Lebensdauer. Das bedeutet, dass bei 75°C die Lebensdauer auf ungefähr 0,3 Jahre absinkt! Voraussetzung ist, dass die Temperatur auch die ganze Zeit lang auch auf die Supercaps wirkt. Also ja, es ist schon richtig, die Temperatur hat einen wesentlichen Einfluss auf die Lebensdauer. Allerdings geht es um die Temperatur im Inneren der Kondensatoren und diese wird nur teilweise von den darunter liegenden ICs beeinflusst. Die Supercaps können keinen direkten Kontakt zur heißen Oberfläche der ICs haben, weil sie auf der HDMI-Buchse aufliegen und diese um ein paar Milimeter höher ist als die ICs. Die Wärme kann also nur in Form einer thermischen Konvektion oder Wärmestrahlung auf die Supercaps übertragen werden. Viel mehr Wirkung hat aber die Umgebung wegen der größeren "Angriffsfläche". Hier muss wieder unterschieden werden, ob das ganze Gerät in einem luftundurchlässigen Gehäuse eingeschlossen ist oder ob es durch Konvektion gekühlt wird. Ein anderes Thema sind Kühlkörper an den ICs. Diese verbessern wieder die Wärmeübetragung auf die Supercaps, weil Sie eine größere Fläche haben, was wieder nicht so gut für die Supercaps ist. Eigentlich wollte ich damit sagen, dass es sehr viele unterschiedliche Fälle gibt, die individuell betrachtet werden sollten. Die Supercaps könnten auch von der Platinen-Oberseite bestückt werden, um so Abstand von der RPi-Platine zu gewinnen. Dadurch wird alles aber höher.

  • Laut dem Video benutzst du also 2 Supercaps mit je 25 F Kapazität. Interessant zu wissen.
    Idee: man könnte die Lötpunkte auf der linken Seite machen und die Caps da anbringen (über deinem Board also). Damit gäbe es keine Diskussion über B oder B+ und über die Wärmeentwicklung. Die ganze Sache wäre dann freilich etwas höher, aber ist das so schlimm? Zusätzlicher Vorteil: irgendwelche Freaks könnten die 2x25F-Caps gegen größere austauschen.
    Dann finde ich solltest du das Board optional (für die, die es wollen) ohne Caps verkaufen bzw. mit Caps verschiedener Größe anbieten.
    Auch könnte man darüber nachdenken, an deinem Board noch zwei Lötpunkte anzubringen, wo man einen ganz normalen 18650er Li-Ionen Akku anlöten kann (bzw. mehrere parallel). Das wären vielleicht paar elektronische Bauteile mehr, aber dann bräuchte man kein PiUSV.

    Ach ja, ich wünsche mir einen Juice4halt-lite. Es soll am RPI (an der GPIO - Leiste) mit nur zwei Leitungen angebunden werden (5V und GND). Keine sonstigen Stecker (wie Netzteilanschluss oder so was). D.h. keinerlei Kommunikation mit dem RPI. Keinen sicheren Shutdown oder ähnliches. Nur für Stromausfälle bis sagen wir mal 10 Sekunden.

    Idee wäre also drei verschiedene Varianten:
    1. So wie jetzt.
    2. So wie jetzt mit zusätzlichem Anschluss für einen Li-Ionen Akku.
    3. Lite-Version.
    Und diese drei Varianten dann noch mit, ohne oder mit bestimmten Caps.

    Einmal editiert, zuletzt von PsychoMantis (23. Juli 2014 um 23:21)

  • 1. Um die Supercaps über dem Board zu plazieren, ist eigentlich keine Änderung der Lötpunkte notwendig. Die Supercaps könnten von der Oberseite der Platine bestückt werden und dann nach links gebogen werden, also über dem Board. Oder sie müssten nicht einmal gebogen werden, könnten also stehend angebracht werden. Vorausgesetzt die Höhe stört nicht. Trotzdem wäre es nicht schlecht, wenn die zwei 25F-Typen mit der Länge 26mm (+1,5mm Tolleranz) zwischen das J4H-Modul und die Netzwerkbuchse auch beim B+ passen würden. Ich habe dafür noch keine Lösung gefunden. Die GPIO Stiftleiste am J4H-Modul in Richtung USB-Buchsen schieben, damit rutscht das J4H Board nach links - wäre eine Möglichkeit, aber es wären dadurch nicht alle 32 GPIO pins abgedeckt. Die letztden zwei Reihen wären nicht kontaktiert, also keine SPI Kommunikation zwischen RPi und J4H. Nicht ganz optimal.

    2. Ich habe das eigentlich auch so vorgehabt - Verschiedene Varianten mit/ohne Supercaps bestückt, mit/ohne GPIO Stiftleiste. Jeder braucht etwas anderes. Dem einen ist die Höhe wichtig, dem anderen die Kapazität. Nachteil: Lötstation notwendig.

    3. Meinst du anstatt der SuperCaps einen Li-Ion Akku verwenden, oder zusätzlich zu den Supercaps noch einen Li-Ion Akku zur Verlängerung der Backup-Zeit?

    4. J4H-lite ist eine interessante Idee, das würde aber auf ein völlig neues Konzept hinauslaufen. Das Laden über die 5V Schiene vom RPi ist auch nicht so einfach. Der Rpi hat ja eine Polyfuse zwischen der Micro-USB-Buchse und der 5V Schiene, die den Strom begrenzt. Über diese Strombegrenzung müßte der RPi versorgt und das J4H-lite gleichzeitig geladen werden. Kritisch sehe ich auch die Detektion eines Ausfalles. Jeder benutzt ein anderes 5V-Netzteil, das eine liefert 4,8V das andere 5,1V. Wie soll bei dem breiten Spannungsspektrum eine Ausfall-Schwelle festgelegt werden? Ich sage nicht unmöglich, aber auf jeden Fall eine Herausforderung, und ein ganz neues Konzept.

    Vielen Dank für deine Ideen.

  • Ich habe über das Thema mit der zusätzlichen Möglichkeit einen Li-Ion Akku anzuschließen nachgedacht: Es macht eigentlich keinen Sinn zu den zwei großen 25F Superkondensatoren noch einen Li-Ion Akku anzuschließen. Die kurzen Stromspitzen ließen sich auch durch einen wesentlich kleineren 5V Supercap im Bereich 100mF bis 1F abdecken, der als SMD Bauteil auf der Platinen-Rückseite bestückt wäre und so keinen Platz neben dem Modul in Anspruch nehmen würde. Für den Langzeit-Backup wäre dann der Li-Ion Akku zuständig.

    In anderen Worten: Durch eine kleine Bestückungsänderung der Juice4Halt-Platine und durch einen Tausch der zwei Supercaps gegen einen 3,7V Li-Ion Akku könnte man aus der batterielosen Supercap-USV eine klassische Li-Ion USV mit langen Backup-Zeiten machen. Natürlich müßte die Software angepasst werden, damit das Laden des Akkus und der Betrieb des Raspberry Pi zur gleichen Zeit möglich wäre. Man bräuchte dann ein stärkeres Netzteil, aber da sehe ich kein Problem. Bei höheren Eingangsspannungen ist der Strom klein genug. Die ganzen Vorteile einer USV ohne Batterien wären dann aber weg und man hätte den klassischen Ärger mit dem Akku (Akku-Tausch nach 2-3 Jahren->Akkuhalterung notwendig->mechanische Kontakte->Stoßfestigkeit?, Temperaturbereich (vorallem unter 0°C), usw.)

    Soviel ich weiss, gibt es viele batteriebetriebene USVs für den RaspberryPi. Wozu dann noch eine machen? Oder täusche ich mich?

  • Der RPi wird über die Pins 4 (bzw. 2) und 6 am GPIO Stecker vom Juice4Halt Modul versorgt. Das Modul schaltet den Raspberry Pi über diese Pins ein oder aus. Es sollte keine andere Spannungsquelle an diesen Pins angeschlossen werden, weil sonst das Juice4Halt Modul den RPi nicht ausschalten kann. Nach einem Shutdown muss die Spannung ausgehen bevor der RPi wieder booten kann.

  • Jein. Die 5V direkt kann man nur in der Embedded version anschließen. Also wenn das J4H Modul in einem Gerät eingebaut wird, wo z.B. gleich auf einer Nachbarplatine eine Spannung zwischen 5,0 und 5,25V zur Verfügung steht. Die unmittelbare Nähe ist hier sehr wichtig, wegen den möglichen Spannungsabfällen an langen Leitungen.
    Es gibt zwei Gründe, warum es mit einem klassischen externen 5V Netzteil wahrscheinlich nicht optimal gehen würde:

    1. Jedes 5V Netzteil liefert eine andere Spannung. Das eine 5,2V (wenn du Glück hast) das andere 4,8V (wenn du Pech hast). Beeinflussen kann man das bei so einem zugekauften AC Adapter nicht.
    Der Raspberry Pi alleine kann mit so einer Spanne noch leben, aber das J4H Modul braucht den Bereich zwischen 4,75V und 5,0V um einen Ausfall detektieren zu können und um das ganze Backup-Ereignis steuern zu können. Bei Spannungen unter 4,9V wird ein Ausfall detektiert.

    2. Auch wenn das mit der Spannug im ersten Punkt hinhauen würde, es gibt noch ein langes Kabel zwischen Netzteil und dem J4H+RPi, und wenn das noch dünn genug ist, dann wird vom J4H bei jeder Stromspitze, die der Raspberry Pi zieht ein Spannungsausfall detektiert, gerade durch die hohe impedanz des Kabels.

    Es ist bei so einer Anwendung sehr empfehlenswert den eingebauten Front-end DC/DC Wandler zu verwenden und das ganze mit einer höheren Spannung (7 bis 28V) zu versorgen.

    Deswegen gibt es die zwei Varianten (Embedded oder Raspberry Pi)

    Bei der Embedded Version wird die 5V Quelle an den seitlichen Kontakten der Platine angeschlossen (Edge plated contacts), das J4H liegt bei so einer eingebetteten Anwendung auf einer Trägerplatine von wo es dann kontaktiert wird.

    Es gibt auf der Prototyp-Platine auch einen Mini-USB Stecker, über den diese 5V Quelle angeschlossen werden kann, aber es müssen trotzdem die Bedingungen gelten, die ich oben beschrieben habe (Spannung zwischen 5,0V und 5,25V und minimale Kabellänge). Dieser Stecker fällt aber für die Serie wahrscheinlich weg, da er nur für Embedded Anwendungen brauchbar wäre, und wie sich es inzwischen rausgestellt hat: alle wollen nur die Raspberry Pi Variante mit externem Netzteil! Ursprünglich war das J4H Modul vorallem für Embedded Anwendungen gedacht.

    Sorry für die lange Erklärung.

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