Vorstellung des LilyGo T-Energy-S3 Boards mit integriertem 18650-Batteriehalter
Das LilyGo T-Energy S3 Board ist ein ESP32-Board der neuen ESP32-Familie von Espressif mit einem integriertem Batteriehalter für 18650-Li-Ion-Zellen auf eines Seite der Platine.
Das dürfte so ziemlich die einfachste Möglichkeit sein, sein ESP32-S3-Projekt mit einem Akku auszustatten: 18650-Zelle in den Halter, fertig. 18650er sind für ihre hohe Kapazitäten bekannt. Allerdings nehmen sie - nicht zuletzt wegen ihrer zylindrischen Bauform einiges an Platz weg.
Man sollte sich also eventuell bei seinem Projekt vorher Gedanken machen, ob einem das zusagt, oder ob man nicht doch lieber kleine quaderförmige Li-Ion-Packs mit etwas weniger Kapazität haben möchte, die dann ein kleineres Gehäuse ermöglichen.
Dann allerdings braucht man zu seinem ESP32-S3-Board einen separaten Akku und ein extra Li-Ion-Ladeboard und muss das selbst zusammenlöten. Hier hat man gleich alles kompakt zusammengebaut.
Ist man mit der Größe zufrieden, ist das LilyGo T-Energy S3 Board super praktisch: 18650-Zelle rein und gut ist. Mit einem kleinen Einschalter an der Seite kann man dann die Stromzufuhr Akku → ESP32 ein- und ausschalten.
Der 18650 sitzt sehr straff im Batteriehalter und ist nur schwer wieder zu entfernen. Etwas längere "Protected"-Varianten dürften nicht in das Board passen. "Protected" wäre auch überflüssig, denn die Protektion übernimmt ja schon das Board.
Um die Zelle wieder herauszubekommen, ohne den Fingernagel zu riskieren, sollte man sie mit einem flachen Plastiktool vorsichtig aushebeln. Bitte keine Metallschrauberzieher benutzen! Wird die Li-Ion-Zelle damit beschädigt, fängt sie das Zischen und wohl auch das Brennen an, wenn sie nicht sogar explodiert. Darum also bitte vorsichtig sein!
Auf der vom Ein-/Auschalter gegenüberliegenden Seite befindet sich der USB-C-Port. Das limitiert ein wenig ein eigenes Gehäuse-Design, denn dessen Breite ist gewissermaßen vorgegeben, möchte man nicht mit einem internen USB-C-Verlängerungskabel arbeiten. Denn beide Elemente müssen ja von außen erreichbar sein: Ein-/Auschalter und USB-C-Port.
Der 18650er kann im T-Energy S3 verbleiben und wird dort mit 500 mAh aufgeladen, wenn man ein USB-C Kabel ansteckt. Die LED auf dem Board leuchtet dann rot.
Auf dem Board werkeln ein IP3005A als Schutzchip für den Akku, der gegen Überladen und Tiefentladen schützt. Der braucht nur 1.5 bis 3 µA und ist bis 5A brauchbar.
Außerdem gibt es einen weiteren SOP8-Chip, der allerdings nicht beschriftet ist. LilyGo gibt an, dass es sich dabei um einen HX6610S handelt. Der ermöglicht einen Schutz gegen Vertauschung der Polarität und ein Laden mit bis zu 500mA bei 5V.
Ein leerer 2500 mAh-Akku benötigt also in etwa dreieinhalb bis vier Stunden, bis er wieder voll geladen ist.
Außerdem kann man das Board auch ohne Akku betreiben, dann leuchtet die LED blau, sobald man ein USB-C Kabel zur Stromversorgung ansteckt.
Noch ein wichtiges Wort zur Spannung am 5V-Pin: hier liegen nur 5V an, wenn das USB-C-Kabel eingesteckt ist. Dann ist es auch egal, ob ein Akku eingelegt ist oder nicht. Wenn das Board allerdings auf Akkubetrieb läuft, liegt am 5V-Pin maximal die Zellenspannung, also maximal 4.2V an, und das sinkend, bis die Tiefentladeschutzschaltung eingreift.
Der Konverter auf dem Board ist nämlich "nur" ein Buck-only-Converter, was bedeutet, dass keine höheren Spannungen geliefert werden können als die Quelle (eben die 18650-Zelle) vorgibt.
Da der ESP32-S3 aber eh ein Mikrocontroller im 3.3V-Design ist und eventuell an ihn angeschlossene Sensoren auch nur mit 3.3V laufen sollten (5V an den Digital-Pin für die Datenrückgabe dürfte der S3 nicht auf die Dauer vertragen), gibt es eher wenige Fälle, wo man die vollen 5V benötigen würde - vielleicht, wenn man 5V-Aktuatoren betreiben will.
Außerdem sollte man beachten, dass die Akku-Spannung auch unter 3.3V fallen kann, auch wenn es dann Zeit zum Aufladen des Akkus sein sollte. Dann liegen auch am 3.3V-Pin weniger als 3.3V an. Das bedeutet, dass eine Schaltung, die auf 3.3V angewiesen ist, nur im Entladezeitraum von 4.2 auf 3.3V (oder vielleicht 3.1...3.3V) zuverlässig laufen wird.
Das ist aber ein Kompromiss, den man gerne hinnimmt, damit die Entladung der eingelegten 18650 durch die Board-Elektronik im Off-Status möglichst gering bleibt. Man möchte ja auch nicht, dass der Akku leer wird, wenn man ihn ein paar Tage ohne Last im T-Energy-Board stecken lässt. Ich habe die Zellen-Spannung im Off-Zustand ein paar Minuten lang beobachtet und konnte keinen Abfall beobachten. Der wird also erst, wenn überhaupt, signifikant über der Selbstentladung der Zelle, über lange Zeiten sichtbar werden. Ich werde euch dann gegebenenfalls hier berichten, sollte mir etwas auffallen.
Pinout des T-Energy-S3
Bei dem verbauten ESP32-S3-Chip handelt es sich um die "canned"-Variante mit 16 MB Flash und 8 MB PSRAM-Speicher, also die Vollausstattung. WLAN mit 2.4 GHz und Bluetooth 5 kann der S3 von Haus aus.
Was der ESP32-S3-Chip sonst noch zu bieten hat, findet sich in meinem Vergleich der Chips der neuen ESP32-Familie von Espressif.
TX und RX des UART (auf GPIO43 und GPIO44 des S3) sind auf dem Board (Pinout-Bild oben rechts) selbst zu finden und zudem noch einmal mit einer sehr speziellen und vertikal abstehenden kleinen Buchse verdrahtet. Diese hat ein JST 1mm-4Pin-Layout, auch Qwiic 4-Pin genannt. Hier hätte ich mir gewünscht, dass LilyGo dieses Spezial-Kabel gleich beigelegt hätte, denn es kostet vielleicht 30 oder 40 Cent im Großeinkauf und ist für den Bastler erst wieder eine neue Beschaffung, bei der man auch schnell mal das falsche Kabel auf AliExpress bestellen kann. Ansonsten ist das nicht ganz so schlimm, denn es gibt die Pins ja auch noch mal zum Löten bzw. auf dem Breadboard. Zumindest die Header-Pin-Leisten werden mitgeliefert, auch wenn wahrscheinlich jeder Hobby-Bastler davon im Überfluss hat - ganz im Gegensatz zum Kabel für den seriellen Anschluss auf dem Board.
Apropos Breadboard: Das T-Energy-Board ist dann doch zu breit, um es in ein einzelnes Breadboard zu stecken. Denn dann verschwinden alle Breadboard-Pins unter dem Energy-Board und man hat keine Pin-Reihe mehr frei, um Dupont-Kabel einzustecken.
Da kann man aber eines einfachen Tricks bedienen: Man nimmt einfach zwei Breadboards übereinander und steckt das Energy-Board über beide. Bei den Breadboards kann man meistens die schmalen Spannungs-Leisten abnehmen - vorher mit einem Teppichmesser oder Skalpell den Aufkleber unterhalb durchtrennen, der ist meist durchgehend.
Auf dem Board gibt es außerdem gut drückbare Reset und Boot-Knöpfe, die man ja zum Programmieren braucht.
Die vielen herausgeführten S3-Pins machen das Energy-Board auch für größere Projekte tauglich. Das Board-Layout gefällt auch soweit.
Ich möchte aber auch noch erwähnen, dass andere ESP32-S3-Boards über zwei USB-C-Ports verfügen, wovon der eine zum Programmieren und für die Ausgabe von Debug-Informationen über die seriellen Port auf den PC genutzt wird, wie es auch hier beim T-Energy-Board der Fall ist. Den bei anderen S3-Boards manchmal vorhandene zweite USB-C-Port kann man dann als USB-Client programmieren, also so, dass man das Board an einen PC anstecken kann und dieser dann zum Beispiel ein HID-Device erkennt. So kann man eine Tastatur, eine Maus oder einen Joystick emulieren. Natürlich sind so auch andere USB-Devices möglich. Meistens braucht man aber den zweiten USB-Port nicht. Ich wollte das Nicht-Vorhandensein nur erwähnen, falls ihr solch ein Projekt vorhabt - nicht dass ihr dann den zweiten USB-C-Port vermisst.
Trotzdem fände ich es besser, wenn die Bedienelemente USB-C-Port und An-/Ausschalter, die von außen zugänglich sein müssen, beide auf der Stirnseite positioniert wären, dann wäre man beim Gehäuse-Design nicht auf eine bestimmte Breite festgenagelt. Naja, zur Not kann diese Komponenten auch an Kabel legen und dann nach außen führen, aber gerade beim USB-C-Port ist das gar nicht so einfach.
Fazit
Das LilyGo T-Energy S3 Board bietet eine einfache und bequeme Spannungsversorung über Akku. Man stelle sich ein Szenario vor, bei dem viele Sensoren über eine Zeit lang Daten sammeln und aufzeichnen oder weiterfunken. Nehmen wir an, diese Sensoren laufen 4 Wochen mit einer 2500 mAh-Zelle, bevor diese leer ist. Mit dem T-Energy-Board würde man die Sensoren dann abfahren und einfach die 18650-Batterien gegen volle tauschen (wobei einfach ist relativ, so fest, wie die sitzen) und hätte wieder Strom für einen weiteren Monat.Bei einer Li-Ion-Flach-Akku-Lösung müsste man sich dann mit den kleinen Anschlusskabeln herumschlagen, an die man hoffentlich gedacht hat. Natürlich kann man hier auch mit professionelleren Lösungen mit XT60-Stecker oder dergleichen arbeiten, das ist aber wieder zusätzlicher Aufwand. Für "funktioniert" schnell ist das T-Energy S3 Board genau richtig.
Video
In dem nachfolgenden Video auf YouTube könnt ihr das LilyGo T-Energy S3 Board live in Aktion sehen. Außerdem verliere ich beiläufig noch ein paar Informationen, die ihr ebenfalls interessant finden könntet:Weiterlesen
Dieses und andere Boards, die auf den neuen ESP-Varianten ESP-Sx, ESP-Cx, ESP-Px basieren findet ihr in dieser Auflistung gegenübergestellt.Einen Vergleich der Eckdaten der neuen Espressif ESP-Varianten wie ESP32-S2, ESP-S3 oder ESP32-C3 und ESP32-C6 findest du unter diesem Link.
Und eine Auflistung der auf den neuen ESP-Varianten ESP-Sx, ESP-Cx, ESP-Px basierenden Boards sind hier zu finden.
