Li-Zellen Überwachung mit dem CellShield Lithium-Zellen sind im Modellbau nicht mehr wegzudenken. Umso ärgerlicher, wenn durch Unterspannung einzelner Zellen eine Schädigung dieser teuren Energielieferanten droht. Der Händler http://www.lipoly.de hat nun ein Überwachungssystem „CellShield", was die wertvollen Lithium-Zellen vor dieser Gefahr wirksam schützen soll.
Das Problem ... Lithiumzellen sind empfindlich und zeigen bei „Misshandlungen“ ein unangenehmes Langzeitgedächtnis. Eines der größten Sünden ist die Unterspannung hervorgerufen durch eine Tiefentladung oder Überlastung. Der Übergang bis zur Schädigung ist dabei fließend und beginnt mit Last unterhalb von 2,6V/Zelle und ohne Last unterhalb von 3,3V/Z einzusetzen. Das äußert sich mit zunehmendem Kapazitätsverlust oder niedrigere Spannungslage, kurz der Akku wird „müde“. Einige Zellen regieren auch heftiger und können erst nach Tagen allmählich leicht an Volumen zunehmen (aufblähen). Bei so deutlichen Protesten seitens der Zelle(n) sollte über eine sofortige Entsorgung nachgedacht werden! Wie kommt es nun zur Tiefentladung wenn man „geeignete“ oder "nicht" LiPo fähige Controller einsetzt, die rechtzeitig oder zu spät reagieren? Das Problem liegt nicht am "Li-Po fähigen Controller, sondern an der Reihenschaltung der Einzellzellen die wir benötigen um auf unser gewünschtes Spannungsniveau zu kommen – kurz, die Spannungen der einzelnen Zellen addieren sich zur Gesamtspannung und nur auf diese reagiert ausschließlich der Controller. Mathematisch ist es egal, ob nun 3V/Z1 + 3V/Z2 + 3V/Z3 = 9V (ideale Betrachtung: Zellentoleranz = 0%) oder 3,1V/Z1 + 2,7V/Z2 + 3,2V/Z3 = 9V (Realität: Toleranz um die 1% bis 3%) ergeben, aus Sicht des Li-Po Akkus aber keines falls! Die 2,7V/Z2 droht bei weiterer Entladung eine Unterspannungsschädigung. Dieser Effekt wird umso drastischer, je mehr Zellen in Serie verschaltet werden. Nun gibt es in der Praxis keine 100% gleichen Zellen auch wenn manche Händler durch den Zusatz „unsere Zellen werden selektiert“ das suggerieren. Das mag ja zum Auslieferungszeitpunkt zutreffen und macht auch Sinn aber kritische Fragen drängen sich dennoch auf: Wie stark wurde selektiert, nach welchen Kriterien (steht meist nicht da), was passiert in der Praxis bei starker Erwärmung, ist der verwendete Balancer/Equalizer immer im Einsatz, bleiben die Zellen auch nach 50 Zyklen und mehr genauso in der Toleranz ... ? Sie sehen, alles Fragen aber keine Antworten!
Die Lösung ... Klar könnte man versuchen streng nach Stoppuhr oder Gefühl zu fliegen um die Restkapazität von 20% bis 30% im LiPo zu treffen, nur diese Schutzmechanismen sind kaum reproduzierbar und von zu vielen (Stör) Einflüssen abhängig. Dabei wäre es so simpel wie genial, wenn nur die vorhandenen Balanceranschlüsse dazu genutzt werden würden um an die Einzelspannungen der Zellen zu gelangen. Genau das macht der CellShield (CS). Er überwacht jede einzelne Zelle (bis zu sechs) auf ihre absolute Spannungslage und reagiert entsprechend darauf. Dazu ist es notwendig, den CS zwischen Empfänger und Steller zu schleifen und an den Balancerstecker des LiPos anzuschließen. Wird im Betrieb eine Spannungsgrenze einer oder mehrerer Zellen erreicht, regelt der CS den Steuerimpuls zum Steller zurück und drosselt somit den Motor. Erstmals kann somit ohne Risiko so lange geflogen werden bis der Li-Poly Akku tatsächlich leer ist. Grüne LED's signalisieren die einzelnen Zellen. Ist eine Unterspannung erkannt worden blinken die LED's und der Controller wird in Stufen gedrosselt. Zusätzlich lässt sich ein Miniatur- Temperatursensor am Akku anschließen (signalisiert mit einer roten LED), der bei drohender Übertemperatur das Gleiche bewirkt.
Die Praxis ... Der CS ist klein und leicht (7g) gebaut. Zum Schutz dient ein Schrumpfschlauch. Die Stiftleisten sind beschriftet. Die Unterspannungswarnung lässt sich am Potentiometer variabel von 2,5V/Z bis 3,5V/Z mit einem kleinen Schraubendreher einstellen. Durch die Variabilität ist der CellShield für alle Li-Xx Typen uneingeschränkt geeignet! Die Skalengenauigkeit der Spannungswerte ist dazu ausreichend genau. Ein Novum sind aber die Balanceranschlüsse. Es spielt dabei keine Rolle welches Stecksystem oder Polung man verwendet - es passt immer sofern die Buchsen im 2,5mm Raster vorliegen - GENIAL! [#1] Erfolgt die Warnschwelle (im Beispiel waren 3V/Z nach Skala eingestellt) regelt der CS in Stufen die Motorleistung zurück. [#2] Es bleibt also danach noch genügend Zeit um zu reagieren. Neue Gasstöße sind möglich, der Motor geht dabei kurzzeitig für ein bis zwei Sekunden auf Vollgas. Auch beim Debalancierten Li-Po (Z1 hatte 200mAh weniger geladen) wurde ab 2,95V/Z korrekt in Stufen abgeregelt obwohl die anderen beiden Zellen noch über 3,3V/Z hatten. Erfolgt eine zu hohe Temperatur (im Beispiel waren es ca. 55°C) regelt der CS den Motor auch in Stufen zurück. [#3] Die Reaktion auf Übertemperatur hat dabei den Vorrang. Eine zweiseitige deutsche Anleitung liegt bei und ist unmissverständlich, da ausführlich bebildert. Tipp... Zum sorglosen Ausnutzen der Li-Xx empfehle ich die Spannungsgrenze des CS auf 3,2V/Z (Li-Poly) oder 2,5V/Z (Li-Fe) und falls möglich, die Controllerüberwachung auf aus bzw. niedrigste Spannungsgrenze, einzustellen.
Eine kleine Einschränkung bleibt: CS arbeitet uneingeschränkt mit allen BEC-Controllern und nur teilw. mit einigen Controllern ohne BEC zusammen. Bei diesen muss dann die Masse (Minus) zum Empfänger durchgeschliffen werden.
Resümee ... In der Praxis hat sich der CellShield als sehr zuverlässig präsentiert. Eine Unterspannungsüberwachung der Controller ist damit überflüssig. Beim „Akku-Alarm“ erfährt der Motor je nach Programmierung immer eine spürbar gestufte Drosselung. Das Beste, jetzt bestimmt wirklich nur die schwächste Zelle (oder mehrere) im Pack wie weit der Akku genutzt werden kann – so soll es sein! Nur dieses Prinzip gibt einem die Gewissheit nie was falsch zu machen bzw. keine Tiefentladung oder Unterspannung zu riskieren und die Li-Pos damit zu schädigen! Dieser Vorteil wiegt umso gravierender, je mehr Zellen im Pack zur Serie verschaltet werden. In Anbetracht des enormen Schutzes und Sicherheit ist der CellShield mehr als nur sein Kaufpreis von 29,-€ wert! | Der optional erhältliche Temperatursensor
[#1] Polsicher und kontaktfreudig präsentiert sich der CellShield (Danke an Milan Lulic für das Photo)
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[#2] Abreglung bei Unterspannung (auf das Bild klicken)
[#3] Abreglung bei Übertemperatur Technische Daten: Eingangsspannung: 2s bis 6s LiPoly Abschaltspannung: einstellbar von 2,5V bis 3,5V/Zellen Anschlussfolge und Polung beliebig! Abmessungen (ohne Stecker und Kabel): 33x25x9mm Gewicht (inkl. Stecker und Kabel): 7g Kosten Cellshield: 29,-€ Kosten Temperaturfühler: 5,-€
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