für AirCombat-Modelle
Update 15.06.2023: Nun auch mit integrierter Akkuüberwachung ! Hierfür wurde der 5V-Step-Up-Wandler 'huckepack' auf der neuen V3.0-Akkuüberwachung bestückbar vorgesehen ... siehe auch Alarm/Überwachung für Empfänger-Akku
Wozu notwendig ? Lithium-Zellen haben sehr viele Vorteile gegenüber NiMh-Zellen: - sind leichter und kleiner aufgrund höhere Energiedichte - sind stromfähiger durch extrem geringen Innenwiderstand - haben nahezu keine Selbstentladung - billig (2-3 €/Stück) ... man braucht nur 1 Zelle Eigentlich nur Vorteile bis auf einen kleinen aber relevanten Nachteil ... sie haben nur 3,7V pro Zelle (Mittelwert) ... was für die Versorgung eines RC-Modells nicht wirklich ausreicht ... aber das lässt sich wie hier beschrieben elektronisch lösen !
NimH
Bisher verwende ich in meinen kleineren RC- und AirCombat-Wettbewerbsmodellen 4x 650mAh NiMh-KAN-Zellen oder 4x 1500mAh-NiMh-Zellen.
Für den Wettbewerb sind die kleinen 650'er-KAN-Hochstromzellen für zwei/drei Durchgänge (3x 7Min) ausreichend, die 1500'er halten etwa 5 Flugrunden.
... meine bisherigen Empfänger-Versorgungen
... die großen 5-zelligen 4200er rechts sind für größere Modelle perfekt !
v.l.n.r. 650mAh-KAN / 1500mAh-Turnigy / 2500mAh-LDS / 4200mAh-Turnigy
Lithium-Zellen ... gängige 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) fanden sich auch gleich 24 Stück in der Starbox wieder ... für E-Starter, Glühung und als Feld-Ladetankstelle perfekt !
Da meine bisherigen 'kleinen' Empfängerakkus auch schon in die Jahre gekommen sind, wären hier eigentlich mal neue nötig !
Durch die allgemein vorhandene Hochstromfähigkeit, wie auch sehr geringen Selbstenladung der Lithium-Zellen scheinen diese ja perfekt als RC-Versorgung geeignet.
Problematik: Eine einzelne Lithium-Zelle ist mit ihren 3,2 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 (HochVolt) zuviel !
Lösungen:
1. Zwei in Lio's in Reihe schalten und dann mittels Step-Down-Wandler die Spannung auf 5V-6V abregeln
Vorteil: sehr hohe Kapazität - dann über 6Ah bei geregelten 5V !
Nachteil: hohes Gewicht und im Fehlerfall Überspannung am Empfänger bzw. den Servos.
2. Eine Zelle verwenden und mittels Step-Up-Spannungswandler die Spannung auf 5V/6V hochregeln
Vorteil: geringes Gewicht und im Fehlerfall des Reglers keine Überspannung am Empfänger
Nachteil: Step-Up-Wandler (Boost-Converter) benötigt und diese nur bis ca. 1A einfach/klein/billig/zuverlässig realisierbar
Da ich in meinen 'kleinen' AC-Modellen lediglich max. ca 700-800mA an Strom benötige und mir zwei Lio-Zellen zu schwer sind, kommt nur die zweite Möglichkeit in Frage !
Step-Up-Regler / 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.
Funktionsweise:
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.
Hierzu 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 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 die Ausgangsspannung bei einer zu hohe Eingangsspannung nicht ... er setzt die Spannung nur hoch ... nicht runter !
--> d.h. die Eingangsspannung muss immer kleiner als die gewünschte Ausgangsspannung sein, ansonsten wird die RC-Spannung zu groß !
Ist aber bei Verwendung einer Lio-Zelle kein Problem, 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 zusätzlich gleich noch ne Buchse um meine Akkuüberwachung anstecken zu können
... die Akkuüberwachung muss unbedingt direkt an die geschaltete Lio-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 Lio-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' bzw. zerstört !!
Die neue 'Versorgungseinheit' wurde dann auch gleich mal in meine 4cc-B5 eingebaut und 'live' getestet ... was soll ich sagen ...
... funktioniert perfekt und der 18650'er Lio-Akku hält ewig ... problemlos 10 Flüge/7Min. ;-)
Fazit: Alle 5 bisher verbauten 1S-Lithium Zellen + Step-Up-Regler funktionieren auch im 'harten' Flugbetrieb einwandfrei ! Nun werden alle meine ca. 15 AirCombat-Modelle auf diese Art der Empfängerversorgung umgebaut ! Und was eigentlich ein riesiger Zugewinn ist ... wenn man den Lio-Akku geladen hat, braucht man diesen selbst nach Monaten vor dem 'Fliegengehen' nicht nochmal nachladen ... es gibt nahezu keinerlei Selbstentladung ... bei den bisher verwendeten NiMh-Empfängerakkus musste ich diese spätestens nach 4 Wochen Flugpause vor dem Fliegen nachladen !
Allgemeines: Eine zuverlässige RC-Versorgung ist absolut Elementar für den sicheren Betrieb von Flugmodellen. Die hierfür verwendeten Akkus müssen die z.T. hohen Stromspitzen ohne nennenswerte Spannungseinbrüche 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 absolut ungeeignet, da diese 'billigen' Akkus Innenwiderstände z.T. im Ohmbereich haben ... d.h. bei wenigen 100mA Stromlast brechen diese Zellen ein. RC-Ausfall durch falsche Versorgungsauslegung ist die häufigste technische Ursache für einen RC-Ausfall ! Von den mittlerweile häufig zur RC-Versorgung eingesetzten Lithium-Polymer-Zellen rate ich dringend ab. Diese scheinen zwar bei Verwendung von HV-Komponenten als 2S-Ausführung perfekt hierfür zu sein, zumindest was Stromfähigkeit, Selbstentladung und Kosten angeht ... aber dann bitte unbedingt nach Flugbetrieb aus dem Modell entfernen und 'brandgesichert' lagern bzw. laden ! Ein falsch geladener bzw. überladener Lithium-Polymer-Akku geht im Gegensatz zu Lithium-Ionen- oder NiMh-Akkus häufig in Flammen auf ... und selbst leichteste mechanische Beschädigungen des Softpacks können verzögert zum Brand führen ... alles schon selbst erlebt !! Bei meinen größeren Modellen wechselte ich nach einem solchen Kellerbrand durch einen Lipo-Akku wieder zurück zu NiMh-Zellen ! Für Lio/Lipo-Zellen immer nur geeignete Ladegeräte verwenden ... Konstantstromladung ohne Spannungsüberwachung führt zur Überladung und Zerstörung der 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 !.
