Moderne Sender - Betriebszeit - Akkuauswahl

[S_a_S]

hallo Hans,
willkommen hier.

Bei der starken Konkurrenz zählt wahrscheinlich jeder Cent.

Nun ja, es zählen nicht nur Cents, sondern auch hundertstel Cents bei entsprechender Stückzahl.

Bezüglich Energieinhalt ist es egal, ob zwei Zellen parallel oder seriell geschaltet sind. Bei einer Begrenzung des Ladestroms auf 2A dauert das bei der Parallelschaltung natürlich länger, aber es ist auch kleinere Ladeleistung (4,2V x 2A gegenüber 8,4V x 2A) - vielleicht verträgt ja der Parallel-Akku auch 4A Ladestrom (? -> Datenblatt/Anleitung) , dann wäre Ladeleistung wieder gleich.

Wenn die Betriebsdauer durch eine Unterspannung von der Elektronik begrenzt ist (also z.B. mindestens 3,3V, weil sonst der Linear-/Step-Down-Regler aussetzt und/oder der Prozessor in Reset geht), kann die theoretisch mögliche Entladeschlussspannung des 1S Akkus gar nicht erreicht werden (wobei 3,0V für den Akku vielleicht auch nicht wirklich gut tut). Da kann bei 2S tatsächlich entladen werden, bis der Akku nichts mehr hergibt. Aber das erfordert, wenn man es gut macht, dann auch Einzelzellenüberwachung (Balancer-Abgriff und Elektronik dazu kostet Geld -> siehe oben).

Andererseits, wenn bei Seriellschaltung eine Zelle nur 50% Kapazität hat, wird auch da bei Kapazitätsende der "schlechten" Zelle das Abschaltkriterium definiert, also nach 50% der möglichen Zeit, während bei Parallelschaltung 75% der Zeit möglich wären.

Das zu frühe Abschalten des Ladegeräts beim 1S Lipo umgehen wir, wenn’s pressiert, indem wir die Ladespannung auf 4,25 V anheben und die fehlende Strommenge manuell unter Aufsicht nachladen. Dabei kontrollieren wir natürlich auch die Akku-Temperatur.

Eine Anhebung der Ladespannung sollte prinzipiell nur unter penibelster Überwachung der Spannung direkt am Akku erfolgen (separates zuverlässiges Messgerät, auch die Ladegerätehersteller sparen wo es geht). Man kann da durchaus die paar milliVolt Spannungsabfall kompensieren, aber wenn der Ladestrom zurückgeht, steigt zwangsläufig die Spannung am Akku selber. Und da reagiert eine Temperatur-Überwachung eventuell nicht schnell genug (Thermal Runaway kann man auch optisch aus Entfernung als starke Rauchentwicklung mit Feuer beobachten !!!).

So viel an Kapazität geht eh nicht mehr in den Akku, wenn auf CV-Kennlinie gefahren wird und der Strom schon deutlich absinkt.

Grüße Stefan

 

[Abbakus]

Jetzt muss ich mich noch einmal zu den mit 1s LiPo/LiIon Akkus-betriebenen Sendern äußern.

- Macht es wirklich Sinn, ab Werk LiIon Akkus zu verbauen, wenn der Sender mindestens 3,3-3,4V zum sicheren Betrieb benötigt?
Da wäre der LiPo doch laut "Standard-Akku-Parametern" etwas weniger fehlangepasst.

Auf dem originalen Senderakku in einer unserer MC26 steht aufgedruckt:
LiIon, 1s4p 4000, Spannung 3,7V, Max. Ladespannung 4,2V, erlaubte Entladespannung 2,5V, max. Lade- und Entladestrom 1,5A.
Das bedeutet, dass tatsächlich nur ein Bruchteil der verfügbaren Akkukapazität entnommen werden kann, was sich auch in den niedrigen Kapazitäten beim Ladevorgang widerspiegelt. Und es würde bedeuten, dass wir die LiIon Akkus mit LiPo-Einstellungen laden müssten...

- Auch in meinem neuen MC26 Sender der mit einem 1s2p/4000 LiPo ausgestattet ist, kann ich ebenfalls nur einen kleinen Teil der Akkukapazität ausnutzen. Aufgedruckt sind Daten welche mich schon wieder nachdenklich machen:
LiPo 1s2p 4000, Spannung 3,7V, Max. Ladespannung 4,2V, erlaubte Entladespannung 2,5V, max. Lade- und Entladestrom 1,5A

Irgendwie verstehe ich nicht, dass sowohl der LiIon Akku als auch der LiPo Akku identische Parameter aufgedruckt haben.
- Sollte nicht die Ladeschlussspannung beim LiIon max. 4,1V betragen? So sind auch die Parameter auf meinem D200 Lader voreingestellt.

- Und sollte die untere Spannungsgrenze im entladenen Zustand beim LiPo nicht bei 3,0V sein anstatt 2,5V wie aufgedruckt?
Zumindest mein D200 Lader hört in LiPo-Einstellung beim Entladen bereits bei 3,0V auf den Akku "zu quälen".


Wir betreiben unsere Sender weiterhin mit den originalen Akkus. Wundern tun wir uns allerdings nicht mehr, dass wir nur Bruchteile der max. Akkukapazität einladen können weil unsere Sender weit vor der Entladegrenze und bei 3,5V bereits vor "entladenen Akkus" warnen.

 

[froqstar]

Ich bin davon ausgegangen dass hinter dem Akku nochmal ein boost auf 5V kommt, da manche Bauteile evtl. noch 5v benötigen?
Aber auch ohne das wäre es wahrscheinlich für die Laufzeit besser erst auf 5v zu boosten und dann auf 3.3v runter zu regeln. Bei jeweils ~10% Wandlungsverlusten wären damit immerhin gut 80% der Kapazität nutzbar.

Vielleicht ist es für den Hersteller billiger einen größeren Akku zu verbauen und davon nur die Hälfte zu nutzen, statt ein paar Bauteile mehr einzuplanen (boost/buck bei 1s, Buck und evtl. balancing bei 2s wenn der Sender über USB laden kann)

 

[S_a_S]

Hier kommt es stark auf die "Architektur" des Systems an (gilt übrigens auch für Handys, Laptops, Tablets).
Moderne Prozessoren arbeiten mit mehreren Spannungen, Peripherie mit 3,3V oder 5V, Core-Spannung 1,2V oder darunter - und vielleicht noch eine Analogreferenz von 2,5V. Backlight von Displays mit weißen LEDs (Durchlassspannung um die 3..4V) werden oft auch in Reihenschaltung mit deutlich höheren Spannungen betrieben. Bei einer GHz-Senderendstufe mit 100mW HF braucht man auch nicht die riesige Spannung (wie in der MHz-Technik), denn bei den kleinen Antennen kann man die ganz gut anpassen.

Insofern ist die Aussage "schaltet bei 3,3V ab" etwas stark vereinfacht, weil da doch etliche Spannungen bereitgestellt werden müssen.

Für einen robusten Betrieb braucht man stabilisierte Spannungen, was ein Akku definitiv nicht liefern kann. Für diese Stabilisierung gibt es im großen und ganzen drei Ansätze:

1) Buck-Regler oder Linear-Regler
Diese arbeiten unterhalb der Akkuspannung (typischerweise 3,3V-Elektronik bei 1S oder die 5V-Elektronik aus 2s) - da ist dann die 1S-Auslegung nicht Akku-Optimiert.

2)Boost-Regler
Die Spannung aus dem Akku wird grundsätzlich nach oben gewandelt und kann solange laufen, wie der Boost-Regler es noch schafft, die Ausgangsspannung zu erzeugen. Typischer Fall die 1S-Technologie von 2,5...4,2V auf 5V (=USB-Eingang).

3) Buck-Boost-Regler
der kann sowohl hoch als auch runter, ist aber etwas aufwendiger in der Schaltungstechnik. Wäre aber der ideale Kandidat für ein 3,3V System aus einem 1S LiXX-Akku.

Von daher kann man sich für jede der Spannungen dann ein Konzept auswählen, üblicherweise wird sich der Entwickler dann auf die Spannung mit dem größten Verbrauch konzentrieren und daraus dann die anderen Hilfsspannungen ableiten (z.B. Linearregler oder ein Schaltregler, der dann keinen "Weitbereichseingang" mehr braucht oder z.B. im Display-Chip mit integriert ist).

Dennoch gibt es bei allen drei Topologien eine Spannung, ab der das ganze nicht mehr zuverlässig funktioniert - und weil zu diesem Zeitpunkt sicher gelandet sein soll, gibt es die in der Software vorgegebene Warnschwelle. Und das harte Herunterfahren des Systems, um den Akku zu schützen (denn ein tiefentladener Akku ist spätestens beim Laden "brandgefährlich").

Jeder Akkutyp hat ein Datenblatt, in dem die genauen Parameter für das Laden und Entladen stehen. Es gibt LiIon, die sogar mit 4,25V oder 4,3V als zulässige Ladespannung angegeben sind, andere bei denen nur 4.1V stehen. Vielleicht auch mit dem Hinweis, dass bei den Extremspannung zwar die nutzbare Kapazität höher ist, aber die Zyklenzahl sinkt (1000 bei 4,1V, 100 bei 4,2V...). Aber nicht von jedem Akku bekommt der Endnutzer dieses in die Finger...

Das ist aber dann eine Angabe, die definitiv nicht überschritten werden darf (Absolute Maximum Rating) - und aus Sicherheitsgründen müssen die Toleranzen der Lade/Mess-Elektronik davon abgezogen werden (hierbei ist Alterung, Temperaturdrift und Abhängigkeit von Eingangsspannung auch zu berücksichtigen).
Bei Ladetechnik im Gerät hat da der Hersteller die volle Verantwortung, dass da nix passiert und dass der Akku lange hält. Und da geht der Hersteller auf die sichere Seite: nicht zu voll laden und nicht zu leer werden lassen (denn wenn der Endnutzer dann nicht gleich lädt, geht der Akku auch über den Jordan).
Bei externem Laden oder freier Akkuwahl ist die Verantwortung dann beim Benutzer.

Grüße Stefan

 

[Hans 2022]

Hallo, ich bin schon beeindruckt von dem interessanten Kommentar, bzw. der ausführlichen Beschreibung von Stefan (S_A_S) zu dem Thema. Ich nehme an da schreibt ein Experte und kein normaler Modellflieger wie ich.

Jetzt verstehe ich auch warum einige Kollegen mit ihren Sendern mit 1S Li-Ion bei gleicher Kapazität wie unsere Hott weit längere Betriebszeiten haben. Die Sender können aufgrund ihrer Bauweise die Akkus tiefer entladen. Aber die Sender kosten halt auch ein paar Euro mehr.



Gruß Hans