TP4056 Lademodul & MT3608 Step-Up: Akkubetriebene ESP32-Projekte mit 18650-Zellen bauen

Das Prinzip: Laden, Hochwandeln, Überwachen

Eine einzelne 18650-Lithium-Zelle liefert je nach Ladezustand zwischen etwa 3,0V (leer) und 4,2V (voll) – eine Spannung, die für viele 5V-Module wie Relais oder manche Sensoren zu instabil und teils zu niedrig ist. Die Lösung besteht aus zwei Bausteinen: Das TP4056-Modul lädt die Zelle sicher über USB-C und schützt sie dabei vor Überladung und Tiefentladung. Der MT3608-Step-Up-Wandler wandelt die schwankende Akkuspannung anschließend in eine stabile 5V-Versorgung für deinen Mikrocontroller um – unabhängig davon, ob der Akku gerade voll oder fast leer ist.

Damit dein Projekt nicht einfach mitten im Betrieb abschaltet, liest du zusätzlich per Spannungsteiler und ADC den aktuellen Ladezustand der Zelle direkt im Code aus und kannst frühzeitig warnen, bevor der Akku wirklich leer ist.

Was du brauchst

Verkabelung: Vom Akku bis zum ESP32

Die Lithium-Zelle wird an B+/B- des TP4056-Moduls angeschlossen, geladen wird bequem über dessen USB-C-Buchse. Die geregelten Ausgänge OUT+/OUT- des TP4056 gehen weiter an IN+/IN- des MT3608, dessen OUT+/OUT- schließlich deinen ESP32 über den 5V- und GND-Pin versorgt. Für die Spannungsmessung zweigst du zusätzlich einen Spannungsteiler direkt an der Akkuspannung ab.

Code 1: Akkuspannung messen und Prozentanzeige berechnen

#define AKKU_PIN 34

// Spannungsteiler 100k/100k -> Faktor 2, ESP32-ADC-Referenz beachten
const float TEILER_FAKTOR = 2.0;
const float ADC_REFERENZ = 3.3;
const int ADC_AUFLOESUNG = 4095;

float leseAkkuspannung() {
  int roh = analogRead(AKKU_PIN);
  float spannungAmPin = (roh / (float)ADC_AUFLOESUNG) * ADC_REFERENZ;
  return spannungAmPin * TEILER_FAKTOR;
}

int berechneProzent(float spannung) {
  // Grobe Näherung für eine Li-Ion-Zelle: 3.0V = 0%, 4.2V = 100%
  float prozent = (spannung - 3.0) / (4.2 - 3.0) * 100.0;
  return constrain((int)prozent, 0, 100);
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  analogReadResolution(12);
}

void loop() {
  float spannung = leseAkkuspannung();
  int prozent = berechneProzent(spannung);

  Serial.print("Akkuspannung: ");
  Serial.print(spannung);
  Serial.print(" V  (");
  Serial.print(prozent);
  Serial.println(" %)");

  delay(3000);
}

Code 2: Low-Battery-Warnung per LED

#define AKKU_PIN 34
#define WARN_LED 2

const float TEILER_FAKTOR = 2.0;
const float ADC_REFERENZ = 3.3;
const int ADC_AUFLOESUNG = 4095;
const float WARN_SCHWELLE = 3.4; // Volt

float leseAkkuspannung() {
  int roh = analogRead(AKKU_PIN);
  float spannungAmPin = (roh / (float)ADC_AUFLOESUNG) * ADC_REFERENZ;
  return spannungAmPin * TEILER_FAKTOR;
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  analogReadResolution(12);
  pinMode(WARN_LED, OUTPUT);
}

void loop() {
  float spannung = leseAkkuspannung();

  if (spannung < WARN_SCHWELLE) {
    // Schnelles Blinken = Akku bald leer
    digitalWrite(WARN_LED, HIGH);
    delay(150);
    digitalWrite(WARN_LED, LOW);
    delay(150);
    Serial.println("WARNUNG: Akku schwach!");
  } else {
    digitalWrite(WARN_LED, LOW);
    delay(2000);
  }
}

Code 3: Deep-Sleep zwischen Messungen für maximale Laufzeit

Der größte Hebel für lange Akkulaufzeiten ist der ESP32-Deep-Sleep-Modus – zwischen zwei Messungen zieht das Board dabei nur noch wenige Mikroampere statt mehrerer zehn Milliampere im Normalbetrieb.

#define AKKU_PIN 34
#define SCHLAF_SEKUNDEN 300 // alle 5 Minuten aufwachen

const float TEILER_FAKTOR = 2.0;
const float ADC_REFERENZ = 3.3;
const int ADC_AUFLOESUNG = 4095;

float leseAkkuspannung() {
  int roh = analogRead(AKKU_PIN);
  float spannungAmPin = (roh / (float)ADC_AUFLOESUNG) * ADC_REFERENZ;
  return spannungAmPin * TEILER_FAKTOR;
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  analogReadResolution(12);
  delay(200); // Serial Zeit zum Verbinden geben

  float spannung = leseAkkuspannung();
  Serial.print("Aufgewacht - Akkuspannung: ");
  Serial.print(spannung);
  Serial.println(" V");

  // Hier waere Platz fuer z.B. eine WiFi-Uebertragung des Messwerts

  Serial.println("Gehe schlafen...");
  esp_sleep_enable_timer_wakeup(SCHLAF_SEKUNDEN * 1000000ULL);
  esp_deep_sleep_start();
}

void loop() {
  // wird nie erreicht, da nach setup() direkt in Deep Sleep gegangen wird
}

Praxistipps

Troubleshooting