Station météo autonome datalogger (2/4)

Le plus important dans le cadre d’une station météo datalogger est son autonomie. J’ai choisi la voie panneau solaire + batteries afin de pouvoir être autonome en énergie. Mais comment ca marche ?

Le concept

Pour pouvoir alimenter notre montage ESP8266, il nous faut environ entre 3,5 et 4V. Et pour pouvoir avoir ce voltage, je me suis tourné vers des batteries Lithium-ion 18650 (18 mm de diamètre par 65 mm de long). Ces batteries sont un peu plus grosses que des piles AA et peuvent avoir différentes capacités.

Ces batteries ont une grande durée de vie et sont rechargeables. C’est ce qui va nous intéresser pour notre montage. Les batteries 18650 font en nominal 3,7V et atteignent 4,2V une fois chargées.

Afin de pouvoir une bonne capacité pour le montage, je suis parti sur 3 batteries en parallèle. En parallèle, on ajoute la capacité tout en conservant le voltage. En série, les voltages s’additionnent et la capacité est conservée.

Exemple : 3 batteries 18650 de 2000mAh

• en série = 11,1V pour 2000mAh
• en parallèle = 3,7V pour 6000mAh

Chargement des batteries

Pour charger les batteries, on va utiliser des petits panneaux solaires. Ceux que j’ai choisi font 6V pour 2W environ. Pour plus d’efficacité, j’en ai mis 2 en parallèle pour garder les 6V et 4W environ (en plein soleil)

Pour charger les batteries, on utilise un module chargeur, qui permet de contrôler la charge et aussi de couper la charge une fois les batteries chargées. Celui que j’ai pris est un TP4056.

Voici les caractéristiques du module :

• Tension d’entrée: 5V à 8V
• Tension de coupure de charge: 4.2V ± 1%
• Courant de charge Maximum: 1000mA
• Tension de protection contre la surcharge de la batterie: 2.5V
• Courant de protection contre les surintensités de la batterie: 3A

Ce module est parfait pour aller sur un circuit imprimé.

Pour le reste du montage, j’ai prévu l’insertion d’un AMS1117, un régulateur de tension 3,3V. Cette option peut servir si l’on souhaite alimenter un montage en 3,3V.

Schéma et typon

Pour faire quelque chose de propre, et pérenne dans le temps, j’ai fait fabriquer un typon sur le site de JLCPCB. Mais avant de le faire fabriquer, il faut faire un schéma et router le typon. Pour cela, j’ai utilisé le site EasyEDA afin de faire le schéma.

A gauche et à droite, on retrouve 2 borniers pour brancher le panneau solaire à gauche, et la sortie à droite. Le chargeur est au centre, les 3 batteries en parallèle. Enfin le module AMS1117 sur la droite pour réguler la sortie. Si l’on souhaite se connecter sur les batteries via la sortie du TP4056 pour avoir 4V environ, il faudra juste ponter Vin et Vout.

Pour le routage des pistes du typon, c’est assez facile. Il y a peu de pistes et on peut le faire en simple face. Voici à quoi ca ressemble.

Note : une petite erreur sans conséquence sur ce routage : la pin B- du TP4056 aurait du être connectée sur la batterie du haut et pas du bas, afin que le courant traverse bien les 3 batteries. Le fichier Gerber que je met à disposition ci dessous contient la modification.

Une fois fini, on génère un fichier Gerber qui servira au site JLCPCB pour la fabrication. Je vous joins le Gerber de cette carte ci dessous.

Sur le site JLCPCB, on laisse toutes les options par défaut. Je met juste les circuits en bleu car je les trouve plus jolis comme ca 🙂 Voici le rendu de la carte.

Ensuite, on lance la fabrication via le site. Elle se fait sous 3 jours, l’envoi se fait quand à lui sous 10 à 12j. Au final, sous 3 semaines on reçoit ses cartes sans problèmes. Pour 5 cartes, compter environ 11€ frais de port compris. Une fois reçues, voici à quoi elles ressemblent.

Reste à souder le TP4056, les supports de batterie, les borniers. L’étape se fait assez facilement.

Une fois soudés, le module est opérationnel. On branche panneau solaire et montage, et l’ensemble fonctionne instantanément !

Alternative

Si on peut détourner l’usage de ce module et s’en servir de powerbank, on peut remplacer les panneaux solaire par un cable micro usb relié sur le bornier « solar ». Sur un chargeur de téléphone 1A, on peut alors charger nos 3 batteries. Pour la sortie, si on veut du 5V, il faut alors booster les batteries. Pour sortir du 1A maximum, on peut utiliser ce genre de module qui permettent alors de bénéficier des batteries sous 5V. On peut allumer une lampe ou charger des voitures télécommandées par exemple. Dans une autre série d’articles, on verra comment fabriquer des powerbank haute capacité avec des 18650 et pouvoir charger des téléphones / tablettes.

Conclusion

Avoir un montage soigné est vraiment gratifiant, faire un petit schéma et faire imprimer ses typons, c’est vraiment. Avec quelques batteries 18650 récupérées ici ou là (pensez à vos batteries de perceuse/meuleuse/etc… qui en sont pourvues, avant de les jeter garder les batteries). Avec 3 batteries sur ce montage, la station météo devrait être capable d’être alimentée cet hiver même avec plusieurs jours de gris d’affilée.

Prochain article sur la station elle même, avec son code source et ses différentes fonctionnalités.