Wozu braucht's das ?
Lithium-Zellen haben eine viel höhere Energiedichte, sind stromfähig aber haben leider halt nur 3,7V pro Zelle (Mittelwert) ... was für die Versorgung eines RC-Modells leider
nich ausreicht ... aber das lässt sich einfach elektronisch lösen ...
Bisher ...
verwende ich zur Empfängerversorgung 4x 650mAh NiMh-KAN-Zellen oder 4x 1500mAh-NiMh-Zellen in meinen AirCombat-Wettbewerbsmodellen.
Für den Wettbewerb sind die kleinen 650'er-KAN-Hochstromzellen für zwei/drei Durchgänge ausreichend, danach müssen diese geladen werden ...
... das braucht's bei den 1500'ern nicht.
... meine gängigen NiMh-Zellen
... die großen 4200er rechts sind für größere Modelle perfekt !
v.l.n.r. 650mAh-KAN / 150mAh-Turnigy / 2500mAh-AA-Eneloop / 4200mAh-Turnigy
... 18650'er Lithium-Ionen-Zellen aus einem E-Bike
Nun vielen mir über 50 neue LiIo-Zellen der bekannten Typen '18650/2500mAh' kostenlos in die Hände ... und da Nachhaltigkeit wichtig ist, sollte sich für diese doch eine
Bestimmung finden lassen.
Als 12V/20Ah-Paktet (3S8P) fand sich auch gleich 24 Stück in der Starbox ... für E-Starter, Glühung und als Feld-Ladetankstelle perfekt.
Für den Rest sollte sich doch auch noch was passendes finden !
Da meine bisherigen 'kleinen' Empfängerakkus auch schon in die Jahre gekommen sind, wären hier eigentlich mal neue nötig ... warum hierfür also keine Lithium-Zelle verwenden !?
Durch die allgemein vorhandene Hochstromfähigkeit wie auch sehr geringen Selbstenladung der Lithium-Zellen scheinen diese ja auch hierfür perfekt geeignet ... oder ?!
Problematik:
Eine einzelne Lithium-Zelle ist mit ihren 3,3 bis 4,2V nicht ausreichend, da im Normalfall RC-Empfänger + Servos mit 5-6V arbeiten.
Zwei in Reihe sind mit dann max. 8,4V wiederum für die aktuell verbauten nicht HV-Komponenten zuviel !
Lösung:
1. Zwei in Lio's in Reihe schalten und dann mittels Step-Down-Schaltregler die Spannung auf 5V-6V abregeln
Vorteil: sehr hohe Kapazität - dann über 6Ah bei geregelten 5V !
Nachteil: hohes Gewicht / im Fehlerfall Überspannung am Empfänger bzw. den Servos.
2. Eine Zelle verwenden und mittels Step-Up-Schaltregler die Spannung auf 5V o.ä. aufregeln.
Vorteil: geringes Gewicht / im Fehlerfall des Reglers keine Überspannung am Empfänger
Nachteil: benötigter Step-Up-Wandler (Boost-Converter) nur bis ca. 1A einfach & zuverlässig realisierbar
Da in beiden Fällen sowieso ein DC/DC-Wandler benötigt wird und ich in meinen 'kleinen' AC-Modellen lediglich max. ca 700-800mA an Strom benötige ...
kommt nur die zweite Möglichkeit in Frage !
Step-Up-Reglerq / Aufwärts-Wandler / Boost-Wandler:
Wie der Name schon sagt, wird hierbei eine vorhandene Spannungsquelle um xy-Volt erhöht, wobei die Ausgangsspannung immer höher als die Eingangsspannung ist.
Beschreibung:
Eine Induktivität/Spule (L1) ist in Reihe mit einer Freilaufdiode (D1) geschaltet, hinter der ein Ladekondensator (C1) die Ausgangsspannung aufsummiert. Die Spule wird durch
einen geeigneten Schalter (hier intern im IC) gegen Masse geschaltet. An der Spule fällt nun die Eingangsspannung VIN ab. Der Strom durch die Spule und damit die im
Magnetfeld gespeicherte Energie steigt an. Wird der Schalter geöffnet, versucht die Spule den Stromfluss aufrechtzuerhalten. Die Spannung an ihrem sekundären Ende
steigt sehr schnell an, bis sie die am Kondensator (C2) anliegende Spannung (VOUT) übersteigt und die Diode öffnet. Der Strom fließt im ersten Moment unverändert
weiter und lädt den Kondensator weiter auf. Das Magnetfeld wird dabei abgebaut und gibt seine Energie ab, indem es den Strom über die Diode in den Ladekondensator
und weiter zur Last treibt. Über den Spannungsteiler aus R1 & R2 wird die Ausgangsspannung an den Regeleingang (FB / Feed-Back)) geführt ... hierüber wird die gewünschte
Ausgangsspannung eingestellt.
Hier gibt es jede Menge Schaltungsaplikationen zu ... da braucht man auch nichts Neues erfinden, da so ziemlich jeder Halbleiterhersteller solche Schaltregler mit
entsprechender Schaltungs-Applikation im Programm hat.
Selbst die Erstellung einer eigenen Platine hierfür macht absolut keinen Sinn, da es fertige kleine & professionell gefertigte Platinchen zum noch kleineren Preis auf dem Markt gibt !
... z.B. den hier ...
... Ausgangsspannung sogar mittels Lötjumper einstellbar
... einfach mal 'Step Up 5V' googeln ... gibt's auf Ebay, Versand aus Deutschland für unter 3€/Stück
... kannste dafür nicht selber machen !
Achtung:
- dieser hier begrenzt eine zu hohe Spannung nicht ... er setzt die Spannung nur hoch ... nicht runter !
- d.h. die Eingangsspannung muss immer kleiner als die gewünschte Ausgangsspannung sein !
- aber das passt bei mir hier, da ich +5V benötige und die Lio-Zelle maximal 4,2V hat.
Hab dann gleich mal ein paar bestellt ...
... sind ja schon süß ...
... das braucht's ... eine normale Schalterkabel, ne Lio-Zelle, den Wandler, ein Servokabel und etwas Schrumpfschlauch !
... dann kommt der DCDC-Wandler in die Zuleitung zum Empfänger und gleich noch ne Buchse um meine Akkuüberwachung anstecken zu können
... die Akkuüberwachung muss unbedingt direkt an die geschaltete Akkuspannung angeschlossen werden ... nicht an den 5V-Ausgang des Step-Up-Wandlers !
... ansonsten erkennt man nicht den Ladezustand des Akkus ... sondern nur das Vorhandensein der geregelten +5V !
... dann wird das Ganze auf Herz und Nieren geprüft ...
Test bei 5V/1A ( 5 Ohm Last ) ... laut Datenblatt wären sogar 1,5A möglich:
- Regelabweichung liegt im +/-50mV-Bereich --> das ist genauer als notwendig !
- Restelligkeit < 3mV~ --> fast schon unglaublich gering !
- mehrere Ampere Peaksröme (mS-Spitzen) sind problemlos ausgeregelt/abgefangen
- Erwärmung liegt um die 50K ... also bei knapp 75°C (Tu25°C) --> da ist noch Luft nach oben !
- Wirkungsgrad >93% --> irgendwo müssen die 50K Temperaturerhöhung ja her kommen !
- funktioniert bis zu einer Eingangsspannung von 3V --> perfekt, da die Zelle niemals bis unter 3,0V entladen wird !
sonstiges:
- Größe nur 22x11x3mm
- Ruhestromaufnahme 1mA
zu beachten:
Aufgrund der Ruhestromaufnahme von 1mA darf die Schaltung nicht ständig am Akku angeschlossen bleiben, sondern muss zwischen Ein/Aus-Schalter und
dem Empfänger verbaut sein ... ansonsten ist der Akku nach 2500-Stunden (ca. 3 Monate) ratzebutz leer und wird dann weiter 'tiefentladen' !!
Also gleich mal in meine 4cc-B5 eingebaut und 'live' getestet ... was soll ich sagen ... funktioniert perfekt und der 16650'er Lio-Akku hält ewig ... eigentlich
den ganzen Flugtag ;-)
Fazit:
Alle 5 bisher verbauten 1S-Lithium Zellen + Step-Up-Regler funktionieren auch im Flugbetrieb einwandfrei ... d.h. jetzt werden
Stück für Stück alle meine ca. 15 AirCombat-Modelle auf diese Art der Empfängerversorgung umgebaut !
Und was eigentlich ein riesiger Zugewinn der Lithium-Ionen-Zellen ist ... wenn man den Akku geladen hat, braucht man diesen auch nach
Wochen/monaten vor dem 'Fliegengehen' nicht laden ... es gibt nahezu keinerlei Selbstentladung ... bei den bisher verwendeten NiMh-Empfängerakkus
musste ich spätestens nach 4 Wochen Flugpause die Akkus vorm Fliegen gehen nachladen !
Allgemeines:
Eine zuverlässige RC-Versorgung ist absolut Elementar für den sicheren Betrieb von Flugmodellen. Die hierfür zu verwendenten Akkus müssen die z.T. hohen
Stromspitzen ohne nennenswerten Spannungseinbruch liefern können. Stromspitzen im Millisekundenbereich können durch niederimpedante Kondensatoren
parallel der Versorgungsspannung am Empfänger kompensiert werden. Für hohe Ströme im Sekundenbereich kommt man aber an geeigneten stromfähigen
Akkus nicht vorbei.
NiMh-Akkus aus dem Supermarkt sind hierfür ungeeignet, da diese 'billigen' Akkus Innenwiderstände z.T. im Ohmbereich haben ... d.h. bei wenigen 100mA Stromlast
brechen diese Zellen schon ein. Nach 'Verknüppeln' ist RC-Ausfall durch Spannungseinbruch die zweithäufigste Absturzursache !
Von den mittlerweile häufig zur RC-Versorgung eingesetzten Lithium-Polymer-Zellen rate ich ab. Diese scheinen zwar bei Verwendung von HV-Komponenten als 2S-Ausführung
perfekt hierfür zu sein, zumindest was was Stromfähigkeit, Selbstenladung und Kosten angeht ... aber dann bitte unbedingt nach Flugbetrieb aus dem Modell entfernen
und dann 'brandgesichert' lagern bzw. laden !
Ein falsch geladener bzw. überladener Lithium-Polymer-Akku geht immer in Flammen auf ... und selbst leichteste Beschädigungen kann zum Brand führen ... alles schon
selbst erlebt !!
Bei meinen größeren Modellen bin ich nach einem Kellerbrand durch Empfänger-Lipo's wieder komplett zurück auf große NiMh-Zellen !
Fazit:
Alle bisher 5 verbauten 1S-Lithium Zellen + Step-Up-Regler funktionieren auch im Flugbetrieb einwandfrei ... d.h. jetzt werden
Stück für Stück alle meine ca. 15 AirCombat-Modelle auf diese Art der Empfängerversorgung umgebaut !
Und was eigentlich ein riesiger Zugewinn der Lithium-Ionen-Zellen ist ... wenn man den Akku geladen hat, braucht man diesen auch nach
Wochen/monaten vor dem 'Fliegengehen' nicht laden ... es gibt nahezu keinerlei Selbstentladung ... bei den bisher verwendeten NiMh-Empfängerakkus
musste ich spätestens nach 4 Wochen Flugpause die Akkus vorm Fliegen gehen nachladen !
Ich hoffe hiermit brauchbare Informationen zur RC-Versorgung wie auch ein Anreiz zum Nachbau vermittelt zu haben !. 
für AirCombat-Modelle 
