Bekannte Technik neu eingesetzt
Rainer Kembügler
BEC ist die Kurzform von Battery Eliminating Circuit. Sie erfreuen sich wachsender Beliebtheit und viele Brushless-Motorregler haben mittlerweile diese Funktionalität implementiert. Leider ranken sich noch viele Mythen um diese Gattung der Stromversorgung. Rainer Kembügler
Die zu Grunde liegende Idee ist recht einfach. Ziel der Veranstaltung ist es, einen Akku weniger im Modell zu haben und somit nicht nur Gewicht zu sparen sondern auch den Komfort zu erhöhen, da ein Akku weniger geladen und gepflegt werden muss. Das ist natürlich nur in solchen Modellen sinnvoll, die einen elektrischen Antrieb haben und somit einen Antriebsakku benötigen. Dieser versorgt dann auch die RC-Anlage mit Energie. Mittels einer Regelschaltung wird die üblicherweise für die RC-Anlage viel zu hohe Antriebs-Versorgungsspannung auf ein für die RC-Komponenten erforderliches Maß reduziert. Dies ist heutzutage eine Spannung von etwa 8 V. Die gebräuchlichen HV-Servos (High Volt) sind Stand der Technik und bieten mehr Leistung als ihre LV (Low Volt, 5 V - 6 V) Pendants bei vergleichsweise moderaten Strömen.
Da die Zahl der reinen Segler anscheinend immer weiter sinkt, weil immer mehr Piloten ihrem Segler einen Klapp-Impeller, Klapptriebwerk oder einen Nasenantrieb (FES - Front Electric Sustainer) als „Absaufabsicherung“ oder „Schlepper-Ausfallversicherung“ spendieren, wird dieses Thema ständig wichtiger.
In früheren Zeiten wurden als BEC-Versorgung Linearregler verwendet, wie beispielsweise der legendäre L7805. Dieser war recht kompakt und bot eine stabilisierte Ausgangsspannung von 5 V.
Leider war der Ausgangsstrom recht begrenzt und die Kühlung anspruchsvoll. Diese sogenannten Längsregler haben den Nachteil, dass sie die Leistung, genauer gesagt das Produkt aus Spannungsdifferenz (Eingangsspannung minus Ausgangsspannung) mal Laststrom, in Wärme verwandeln. Die Wärmeentwicklung wird natürlich mit steigender Eingangsspannung immer größer. Das ist mit ein Grund, weshalb man in modernen Systemen diesen Reglertyp vergeblich sucht.
Schaltregler hingegen reduzieren die Spannung ohne unnötig Leistung zu verbraten und sind somit wesentlich effizienter. Anfangs hatten diese Regler Kinderkrankheiten und die Leistungsfähigkeit war begrenzt. Zudem wurde die Ausgangsleistung recht optimistisch angegeben oder der Strombedarf vom Anwender unterschätzt. Diese Eigenschaften treffen auf die aktuell am Markt befindlichen BEC-Systeme nicht mehr zu, sodass sie auch für leistungshungrige Modelle bestens geeignet sind.
Nun steht aber auch die Sicherheit im Fokus. Würde so ein BEC ausfallen, dann würde man recht bedröppelt da stehen. Auch dafür hat beispielsweise die Jeti Central Box eine schöne Lösung. Sie enthält zusätzlich eine Akku-Weiche in Form einer einfache Diodenweiche.
Die Verwendung eines 2s LiFePo-Akkus, der als zweiter Akku angeschlossen wird, bietet mehrere Vorteile. Einerseits erfüllt der Akku die Funktion eines Notakkus im Falle eines BEC-Ausfalls. Andererseits dient er im ausgeschalteten Modell als Standby-Stromversorgung für den Magnetschalter oder RC-Switch.
Wenn man den Akkustecker entsprechend sinnvoll anordnet, kann man ihn beim Zusammenbau des Modelles einstecken und bei der Demontage wieder herausziehen. Somit wird nur sehr wenig Strom verbraucht sodass pro Flugsaison bei diesem Akku nur ein Ladevorgang mehr als ausreichend sein dürfte.
Der Notakku sollte so dimensioniert werden, dass er den Betrieb des Modells für wenige Minuten zuverlässig gewährleisten kann. Ich kenne keinen noch so abgebrühten Piloten, der nach einer Ausfallmeldung der primären Stromversorgung, üblicherweise durch einen Telemetriealarm, noch stundenlang weiterfliegt. Vielmehr ist jeder Pilot in einem solchen Fall bemüht, sein Modell so schnell aber auch so sicher wie möglich zu landen.
Innovation wird nicht zuletzt von Bequemlichkeit getrieben. So ist beispielsweise der Jeti RC-Switch eine ganz feine Sache, da er erlaubt, vom Sender aus das Modell ein- bzw. auszuschalten. Aber auch Magnetschalter sind sehr beliebt, da mit ihnen, ohne die Haube zu öffnen und ohne sichtbaren Schalter, von außen das Modell ein- bzw. ausgeschaltet werden kann. Die Ideallösung wäre es, auch das BEC damit zu schalten. Diese Möglichkeit bieten derzeit leider nur die Mezon-Regler von Jeti. Durch eine kleine Optokopplerschaltung lässt sich dies beispielsweise über die Central Box realisieren.
Bei anderen BEC-Regler-Modellen wäre dies ebenfalls ohne viel Aufwand zu realisieren, da nahezu jeder dort verwendete Schaltregler auch den dazu nötigen „Enable“-Eingang besitzt. Dieser ist üblicherweise so beschaffen, dass ein Schaltsignal oder Kurzschlussschalter das Signal nach Masse kurzschließt und das Gerät somit deaktiviert ist. Dies hat den Vorteil, dass der Regler bei einem Kabelbruch oder Schalterausfall auf jeden Fall eingeschaltet bleibt (Industriestandard).
Der Optokoppler fungiert als Öffner (FET-Verarmungstyp). Ohne externes Signal verhält er sich ausgangsseitig wie ein geschlossener Schalter und lässt den Regler so deaktiviert. Liegt nun an einem freien Ausgang (z. B. dem Steckplatz für Telemetriesensoren oder einem Servo-Steckplatz) die über den Notakku bereitgestellte Betriebsspannung an (über Magnet- oder RC-Schalter eingeschaltet), schaltet der Optokoppler über den 680 Ω Vorwiderstand und die eingebaute LED den FET (FeldEffektTransistor) auf nichtleitend und der Regler mit seinem eingebauten BEC aktiviert sich und übernimmt fortan die Stromversorgung. Schaltet man das Modell wieder ab, wird durch die fehlende Spannung am Optokoppler-Eingang und den Wechsel des Ausgangs in den „leitend“-Zustand auch der Regler wieder deaktiviert.
Ich hoffe, die Anbieter stellen sich den heutigen Herausforderungen und bieten zukünftig solche asymmetrische Weichen statt der gewohnten symmetrischen Weichen an, bei denen die Verwendung von zwei identischen Akkus leider immer noch als das Maß alle Dinge angesehen wird. Aus meiner Sicht ist das eher eine Beschäftigungstherapie, da immer beide Akkus geladen werden müssen. Zudem ist diese Art der Weichen aus der Not heraus entstanden, da es damals, als diese Systeme konzipiert wurden, keine Akkus mit genügend hoher Kapazität gab. Heutzutage ist das natürlich nicht mehr der Fall.
Eine integrierte Ladeschaltung, die den Notakku im Normalbetrieb im optimalen Ladezustand hält, sowie eine Schutzschaltung, die sowohl bei BEC-Überspannung (BEC-Ausfall -> volle Akkuspannung wird auf den BEC-Ausgang geleitet) wie auch bei BEC-Unterspannung auf den Notakku umschaltet, wären die Ideallösung.
Die Möglichkeit der Aktivierung durch Magnet oder RC-Schalter würden die Lösung perfektionieren.
Durch die Verwendung eines 2s LiFePo als Notakku (vorzugsweise A123-Zellen mit 2500 bzw. 1100 mAh), werden zwei Probleme auf einmal gelöst. Dank seiner Spannungslage (Ladeendspannung 7,2 V) bietet er sich als ideales Backup für eine 7,4 V/8 V BEC-Versorgung an und bietet zudem die Möglichkeit, den Akku auch in längeren Pausen, vorzugsweise abgesteckt, im Modell belassen zu können.
Eine Telemetrie, also die Erfassung der Eingangsspannungen und -ströme, ist wünschenswert aber wegen der vielen unterschiedlichen Telemetriesysteme sicher schwer zu implementieren.
Das Bild zeigt die schematische Darstellung einer solchen asymmetrischen Akkuweiche.
Letztlich wäre auch eine Integration dieser Funktionalität in neue Brushless-Reglergenerationen denkbar.
