Akkuheizbox

David Brauchle

Seit die neue Akkugeneration (LiIon/ Lipoly) auf dem Markt ist, erfreuen sich immer mehr Modellflieger dieser neuen Technologie. Besonders das gute Energie/Gewichtsverhältnis macht diese Zellen beliebt. Im Gegensatz zu NiMH-Zellen erwärmen sich Lixxx-Akkus beim Laden jedoch nicht. Bei winterlichen Temperaturen haben diese Energiespeicher einen hohen Innenwiderstand und damit eine schlechte Spannungslage, was natürlich von Modellfliegern nicht erwünscht ist. Aus diesem Grund habe ich mir eine Heizbox für Akkus gebaut. Sie sollte unbedingt eine Temperaturregelung besitzen und genügend Platz für große Akkupacks bieten. Zudem muss sie transportabel, stabil, platzsparend und natürlich jederzeit einsatzbereit sein.

Als Heizung verwende ich ein Keramik-Element mit 3 x 50W Wärmeleistung. Dieses ist selbstregelnd und bedarf keiner weiteren Elektronik. Zur Schaltung der Heizelemente habe ich mich eines fertigen Bausatzes bedient, den ich nur noch zusammenlöten musste. Die Heizelemente werden über ein Leistungsrelais geschaltet, an dem zusätzlich noch zwei PC-Lüfter angeschlossen sind, die für die nötige Luftumwälzung sorgen.
Für den Transport ist das "Bediengehäuse" abnehmbar ausgeführt und kann bei Bedarf im Alukoffer untergebracht werden. Alle Anschlüsse sind hierfür mit einem 25poligen Sub-D-Stecker verlötet, der für automatischen Kontakt aller Leitungen sorgt, sobald das Bedienpult aufgesetzt wird.

Aufbau

Heizeinheit

Die Heizung besteht aus einem 12V-Keramik-Element, dass sich wiederum aus 3 Kacheln mit je 50W Leistung zusammensetzt. Diese Elemente sind selbstregulierend, d.h. sie begrenzen den Strom automatisch, sobald eine bestimmte Temperatur erreicht ist (80°C). Sie können also nicht überhitzen und nehmen immer nur soviel Strom auf, wie sie zum "heißbleiben" benötigen. Die Heizkacheln liegen auf beiden Seiten in einem Metallrahmen, der zugleich als Stromzufuhr dient. Um diese Kacheln einzeln (zu-)schalten zu können, musste ich den Metallrahmen in drei Teile schneiden. Damit sich die einzelnen Metallrahmen nicht verschieben können, klebte ich sie punktuell mit Sekundenkleber fest.

Als Anschlusskabel nahm ich Silikonkabel mit je 0,5mm² Querschnitt. Silikon deswegen, da diese Isolierung nicht schmelzen kann. Um die Kabel anzubringen, muss zuerst die Metallfläche angeschliffen, mit Alulot (!) vorverzinnt und danach mit normalem Lot angelötet werden.
Das so vorbereitete Element schraube ich in ein Gehäuse, in das ich zuvor mittels CNC Aussparungen in entsprechender Größe gefräst habe.

Auf der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses habe ich zwei 50 x 50mm PC-Lüfter angeschraubt, die für die nötige Luftumwälzung sorgen.

Steuerelektronik

Als Temperaturregelung verwendete ich zwei Bausätze von Conrad. Einmal ein digitales Thermometer sowie eine Schaltung, die programmierbare Temperaturstufen zulässt und mit ihrem Ausgangssignal ein Relais schaltet. Die Schaltung ist zwar für 230V~ ausgelegt, jedoch sorgt ein interner Trafo für eine Absenkung der Spannung auf 12V=. Der Betrieb an einer Autobatterie oder am 13,8V-Netzgerät ist also kein Problem, wenn man den Trafo einfach weglässt.
Das Zusammenlöten der Schaltung kann von jedem gemeistert werden, der auch nur halbwegs mit dem Lötkolben umgehen kann. Die Bauanleitung hierfür ist wirklich "idiotensicher" geschrieben.

In die "Steuerungsplatine" kommt das Temperaturmodul, welches fest eingelötet werden muss. Dazu wird das Kunststoffgehäuse des Thermometers entfernt.
Damit die gespeicherte Temperatur nicht bei jeder Inbetriebnahme erneut eingegeben werden muss, kann eine Stützbatterie eingebaut werden. Als Akkuhalterung habe ich das zuvor entfernte Kunststoffgehäuse des Thermometers genommen, da es ein eingebautes Batteriefach für eine Mignon-Zelle hat.
Die beiden Platinen sind entgegen dem Bauplan nicht fest miteinander verlötet, sondern mittels acht Litzen (Flachbandkabel) flexibel verbunden.

Nach dem Verlöten der elektronischen Bauteile folgt das Verkabeln. Hier sollte man mit System und Sorgfalt vorgehen, damit keine Kurzschlüsse entstehen, die die Elektronik zerstören können.
Die Verkabelung ist dem Schaltplanschema zu entnehmen:

Als steckbare Verbindung zwischen der Elektronik-Box und dem Heizkoffer habe ich einen 25poligen Sub-D-Stecker/-Buchse zweckentfremdet.

Für jeweils ein Heizelement sind 3 Pins pro Pol vorgesehen (Minimierung des Übergangswiderstands). Dies ergibt 18 Pins, die alleine von der Heizung beansprucht werden. Die restlichen Pins teilen sich die zwei PC-Lüfter und der Temperatursensor, womit 24 der 25 Pins belegt sind.

Den Temperatursensor habe ich in einen kleinen Kühlkörper gesteckt, damit die Temperatur besser gemessen werden kann. Im Kühlkörper wird hierfür eine 4mm-Bohrung angebracht und dieser an die Seitenwand des Alukoffers geklebt oder geschraubt. Dabei aber darauf achten, dass der Fühler an einer "neutralen Stelle", sprich nicht unmittelbar im Luftstrom, platziert wird (Fehlmessung!).

Das war im Wesentlichen schon der ganze Aufbau.

Nun muss nur noch die Displayplatine an der Frontplatine befestigt werden. Ich habe mir hierzu kleine GfK-Halterungen gefräst, die einfach auf die Rückseite der Frontplatte geklebt werden und mittels kleiner Aussparungen die Platine auf Abstand halten.

FERTIG !

Es können damit alle Akkuarten vorgeheizt bzw. warm gehalten werden, vornehmlich natürlich Lipolys. Bei mir hat sich eine Temperatur von 45°C für die Lipos als ideal herausgestellt. Zum Warmhalten von NiMH-Akkus stelle ich die Temperatur auf 55°C ein.

Für den Transport ist das "Bediengehäuse", dank der Sub-D-Steckverbindung, abnehmbar und kann bei Bedarf im Alukoffer untergebracht werden und ist somit gleichzeitig optimal geschützt.

Materialliste meiner Heizbox

* Gesamtpreis/ Stand September ´05
** Es hat sich gezeigt, dass sich dieses Plastik-Gehäuse (Thermoplast) bei höheren Temperaturen verziehen kann. Daher besser ein Gehäuse aus Alu oder einem Duroplast verwenden!

Bei Verwendung dieser Komponenten kann ich die Frontplatte sowie die GfK-Platinenhalter auf Anfrage CNC fräsen. -> info@mpx-flieger.de

Eckdaten

Heizleistung: 150W (3x 50W)
max Temp.: ca. 70°C
Toleranz: ~2°C
Ruhestrom: 0,2A
Laststrom: (50W/100W/150 W): 3,5A/7A/12A

Viel Spaß beim Nachbauen!