Was ist der beste Akku für den ESP32

In diesem Artikel möchte ich dir aufzeigen, welches aus meiner Sicht aktuell (2022) der beste Akku für den ESP32 Mikrocontroller ist.

Zunächst zeige ich dir die verschiedenen Spannungsbereiche auf dem ESP32-Board, um den magischen Rauch und vor allem die Beschädigung des Mikrocontrollers zu vermeiden.

Darüber hinaus erfährst du, welche Batterien einen Spannungsregler benötigen und wie ein solcher Regler verwendet wird.

Die beste Batterie für den ESP32

Die beste Batterie / Akku für den ESP32 ist ein LiFePO4-Akku oder ein LiPo-Akkupack

• LiFePO4-Akkus sind die richtige Wahl, wenn du eine maximale Akkulebensdauer erreichen und keinen Spannungsregler einsetzen möchtest.LiFePO4-Akkus sind natürlich wiederaufladbar und die Kapazität reicht bis zu 6000 mAh, was ähnlich zu LiPo- oder auch Li-Ionen-Akkus ist.
• LiPo-Akkus sind ideal geeignet, wenn du den Akku während des Betriebs aufladen möchtest. Die einfachste Möglichkeit, einen LiPo-Akku am ESP32 zu verwenden, ist einen ESP direkt mit JST-Connector auszuwählen sowie ein integriertes LiPo Ladegerät wie zum Beispiel das Adafruit HUZZAH32 oder Sparkfun Thing Plus ESP32 zu verwenden.

Die verschiedenen Spannungspegel des ESP32 Mikrocontrollers

Bevor wir die verschiedenen Batterien / Akkus für die Verwendung mit dem ESP32 analysieren können, musst du verstehen, dass es auf dem ESP32 NodeMCU Board verschiedene Spannungsebenen gibt. Das folgende Bild verdeutlicht die einzelnen Spannungspegel und die wichtigen Komponenten.

Auf dem Bild kannst du einfach erkennen, dass der 5V Anschluss und der VIN Pin mit einem Spannungsregler 3,3V verbunden sind. Der Spannungsregler sorgt dafür, dass die Eingangsspannung zwischen 5V und 12V auf eine konstante Ausgangsspannung von 3,3V gebracht wird. Dies ist dann die verwendbare Spannung für den ESP32. Zusätzlich gibt es noch einen 3.3V Pin, der gleichzeitig mit dem ESP32 verbunden ist.

In der folgenden Tabelle zeige ich dir kurz die technischen Grenzen für den ESP32 und den Spannungsregler.

Der ESP32 hat eine Nennspannung von 3,3V und kann dabei zwischen 2,3V und 3,6V betrieben werden. Spannungen von mehr als 3,6V direkt am ESP32 Mikrocontroller können zu Beschädigungen führen.

Der Spannungsregler AMS1117 erzeugt eine Ausgangsspannung von 3,3V, welche genau der Nennspannung des ESP32 entspricht. Die maximale Eingangsspannung beträgt dabei 15V – jedoch wird für den Dauerbetrieb eine Spannung von maximal 12V empfohlen. Dabei liegt der maximale Ausgangsstrom bei 1A und damit auch eine gute Reserve, da der ESP32 lau Datenblatt lediglich einen Ausgangsstrom von 500mA am Spannungsregler empfiehlt.

Jetzt kennst du die Parameter des Mikrocontrollers und kannst dir die häufigsten Batterietypen anschauen und entscheiden, ob es sinnvoll ist, den Akku / die Batterie in Kombination mit dem ESP32 NodeMCU zu verwenden.

AA Alkaline Batterien für ESP32

AA-Alkalibatterien haben eine Nennspannung von 1,5V und wenn man zwei in Reihe schaltet, erhältst du eine Nennspannung von 3V. Damit können zwei AA-Alkalibatterien in Reihe direkt an den ESP32 angeschlossen werden, aber der Strom, der geliefert wird, beträgt lediglich 50mA pro Batterie. Also erhältst du bei der Reihenschaltung immer noch 50 mA.

Der ESP32 kann beim Booten bis zu 300mA ziehen. Somit zieht er beim Starten so viel Strom aus den beiden AA-Batterien, dass die Spannung zusammenbrechen wird. Dadurch stürzt der ESP32 dann ab bzw. erhält keine Spannung mehr.

Zusammenfassen lässt sich damit sagen, dass der ESP32 NodeMCU nicht mit 2 AA-Batterien betrieben werden kann.

LiFePO4 Akku für ESP32 / LiFePO4 Batterie

Der Lithium-Eisenphosphat-Akku (LiFePO4-Akku) hat eine Nennspannung von 3,2V und eine Höchstspannung von 3,65V. Ein großer Vorteil dieses Typs ist die sehr flache Entladekurve. Dadurch fällt die Spannung am Ausgang auch nur sehr langsam ab. Die Maximalspannung des LiFePO4 Akkus ist mit 3,65V minimal höher als die maximale Betriebsspannung von 3,6V des ESP32. Man kann den LiFePO4-Akku direkt an den 3,3V Pin vom ESP32 anklemmen und verwenden.

Zusammengefasst kann man sagen, dass ein LiFePO4-Akku sehr gut für den ESP32 geeignet ist. Vor allem lässt sich die Schaltung mit diesem Akku relativ lange betrieben.
Ich empfehle, den ESP32 mit einer LiFePO4-Batterie direkt über den 3,3V Pin zu betreiben.

Der große Nachteil bei der Verwendung ist, dass es unheimlich kompliziert ist, den Akku während des Betriebs der Schaltung zu laden. Derzeit gibt es m.M nach keine rentable Lösung für das Problem, außer die Verwendung und clever Verschaltung von 2 Batterien und dem Bau einer Art Ladereglung. Auch wäre eine Möglichkeit, 2 der Batterien zu verwenden und diese schnell genug auszutauschen, sowie ein externe Ladegerät.

LiPo-Akku und Li-Ionen-Akku für ESP32 | LiPo-Batterie und Li-Ionen-Batterie

Die maximale Spannung von LiPo- und Li-Ionen-Akkus liegt bei etwa 4,2V und ist damit definitiv zu hoch, um direkt an den 3,3V Pin vom ESP32 angeschlossen zu werden. Daher brauchst du einen Spannungsregler oder einen LDO-Regler, welcher die Spannung der Batterien / Akkus auf 3,3V reduziert. Ideal geeignet ist der MCP1725T-3302E/MC LDO, der shcnell und einfach angeschlossen ist. Eine genauere Ausführung, warum gerade der LDO findest du im unteren Teil des Beitrags.

Zusammengefasst halten wir fest, dass LiPo- und Li-Ionen-Akkus in Kombination mit einem Spannungsregler eine gute Wahl sind, um den ESP32 zu betreiben. Vor allem, kann der Akku während des Betriebes der Schaltung laden. In Kombination mit einem Board, welches direkt die JST-Buchse enthält, kann der LiPo- oder Li-Ionen-Akku direkt an den ESP32 angeschlossen werden, ohne weitere Beschaltung. Im Falle der Nutzung mit JST-Buchse muss lediglich ein Micro-USB-Kabel an den ESP32 angeschlossen werden und der ESP32 wird mit Strom versorgt sowie auch der Akku aufgeladen.

Folgende Boards haben den JST Anschluss als auch ein LiPo-Ladegerät direkt an Board:

• Adafruit HUZZAH32
• Sparkfun Thing Plus ESP32
• Firebeetle ESP32

AAA NiMH Akkus / Batterien für ESP32

Bei AAA-Batterien oder auch AAA-Akkus solltest du beim Kauf darauf achten, dass due NiMH-Akkus kaufst, da diese wiederaufladbar sind und eine höhere Kapazität besitzen. Die Nennspannung liegt bei 1,2 … 1,25V pro Akku. Die Kombination aus 4 x AAA-NiMH-Akkus ergibt eine Spannung von 4,8V … 5V, welche höher ist, als die maximale Betriebsspannung am 3,3V Pin vom ESP32.

Genau wie bei den LiPo- oder Li-Ionen-Akku kannst du 4 x AAA-NiMH-Akkus in Kombination mit einem Spannungsregler oder einem LDO betreiben. Dadurch wird die Spannung auf die optimalen 3,3V für den ESP32 reduziert.

Zusammengefasst kann man sagen, dass im Vergleich zum LiPo-Akku und Li-Ionen-Akku die NiMH-Akkus denselben Anschluss am Mikrocontroller benötigen. Jedoch ist die Energiedichte weit geringer bei den NiMH-Akkus, weshalb ich diese eher weniger empfehlen würde.

9V Block Batterie für ESP32 | 9V Alkaline Block Akkus

Mit einer 9V Blockbatterie kann der direkte VIN-Pin vom NodeMCU verwendet werden, da der interne Spannungsregler AMS1117 die Spannung auf die benötigten 3,3V regelt. Du brauchst somit keine externen Komponenten. Als Nachteil kommt jedoch der Aufbau der Blockbatterie hinzu. Eine 9V Blockbatterie besteht aus 6 in Reihe geschalteten AA-Alkali-Batterien. Dadurch entsteht eine stufenweise Entladekurve, was zu einer kurzen Lebensdauer für das zu betreibende System führen kann.

Ich empfehle keine 9V Blockbatterie für die Verwendung an einem ESP32.

Linearer Spannungsregler (LDO) für ESP32

Eine ideale Kombination zum ESP32 mit Akkus ist der MCP1725T-3302E/MC.Natürlich nur bei Spannungen oberhalb der 3,6V. In der folgenden Tabelle habe ich dir die Grundlagen und Spezifikationen eines LDO auf Basis des Datenblattes kurz zusammengefasst und erklärt.

Bei Fragen zu diesem Thema kannst du gerne jederzeit die Kommentarspalte verwenden. Ich gebe dir dann schnellstmöglich eine Rückmeldung dazu.