letztes Update: 08.05.2012

Akkuwarner für LiPo-Akkus (LiPoBlitzer)
für Quadrokopter, Helis, Modellflugzeuge
mit CAT4201 Ledtreiber

Line
 


Akkuwarner für LiPo-Akkus


Der hier vorgestellte Akkuwarner soll das Tiefentladen von Lithium-Polymer Akkus verhindern. Sinkt die Zellenspannung eines LiPo Akkus unter 2,4 Volt, wird die Zelle dauerhaft geschädigt.

Der Akkuwarner kann in allen Modellflugzeugen, Helis und Mikrokoptern verwendet werden. Er zeigt den Spannungsverlauf während des Fluges über eine High-Power-Led an.

Es gibt je nach Akkuspannung verschiedene Blitzfolgen, dadurch läßt sich der Entladezustand des Akkus gut abschätzen.

Die hier verwendete rote High-Power LED, eine Seoul Z-LED P4 oder eine LUXEON Rebel wird mit einem Strom von 350 mA !! betrieben. Durch die kurzen On-Zeiten ist keine besondere Kühlung erforderlich.

Die erzeugten Lichtblitze sind kilometerweit am Himmel zu sehen, auch bei Sonnenlicht.

Durch eine automatische Erkennung der Zellenanzahl ist ein Betrieb mit 3s bis 6s Akkus möglich.

Alternativ können die Warnschwellen für verschiedene Akkutypen eingelernt und in den 3 vorhandenen Speicherplätzen abgelegt werden.

Ausserdem gibt es auf PortB.3 eine Statusausgabe der eingestellten und der aktuellen Parameter.

Der Vorteil des Ledtreibers gegenüber dem dem einfachen LiPoBlitzer ist die geringe Stromaufnahme von ca. 90mA bei einem Ledstrom von 350mA bei einem 4s Akku. Durch den hohen Wirkungsgrad der Schaltung (über 90%) ensteht auch kaum eine Abwärme.
 
   
Akkuwarner für LiPo-Akkus Die vordere Seite des Akkuwarners (LiPoBlitzer)

Oben/links befindet sich der 6Pol. ISP (Programmieranschluss)

Unterhalb des ATtiny ist der Triggerjumper, er dient zum Einlernen einer persönlichen Warnschwelle.

An Lötpads auf der rechten Seite wird die High-Power-Led angeschlossen

Ach so, die Größe der Platine ist 35x13mm
   
Akkuwarner für LiPo-Akkus Die Rückseite

In der Mitte sitzt der CAT4201.

Rechts die beiden Lötpads für die Spannungsversorgung, oben der Plus unten der Minus.

Bei 16V Eingangsspannung und 300 mA Ledstrom beträgt die Stromaufnahme der Schaltung 80mA.
Bei 12V sind es 100 mA.
Bei 9.0V 130 mA.
Bei 20V 60mA.
   
Akkuwarner für LiPo-Akkus Die Schaltung des Akkuwarners.

Sie ist durch das Design des ATtiny vorgegeben.

Verwendet werden können die Typen ATtiny13 (1k Flash), ATtiny25 (2k Flash), ATtiny45 (4k Flash) und ATtiny85 (8k Flash).
Sie unterscheiden sich hauptsächlich durch die Größe ihres Flashspeichers.


In der Praxis verwende ich einen ATtiny45 (4k Flash) oder ATtiny85 (8k Flash).
   
Akkuwarner für LiPo-Akkus Die Bestückungsseite.


   
   
   
   
   
   
   
Schaltung:

Das Herz der Schaltung ist ein AVR® 8-Bit RISC Microcontroller der Firma Atmel der mit 8 MHz getaktet wird. Durch die identische Pinbelegung können der ATtiny25 (2k Flash), ATtiny45 (4k Flash), ATtiny85 (8k Flash) oder ein ATtiny13 (1k Flash) verwendet werden. Ich benutze den ATtiny45.

Die zu messende Akkuspannung wird über den Spannungsteiler R1/R2 auf PB2/ADC1 (Pin7) geführt. PB1 (Pin6) steuert den integrierten CAT4201 Ledtreiber an.

   
   
Software: (alter Stand)

Das Programm ist in BASCOM geschrieben.

Beim Start ermittelt das Programm die Anzahl der verwendeten LiPozellen, z.B. 3s, 4s, 5s oder 6s Akku. Passend zur Anzahl der Zellen werden die vier Warnschwellen festgelegt. Diese Warnschwellen werden laufend mit der aktuellen Akkuspannung verglichen.

Feinabgleich: Für die verschiedenen Akkutypen (3s, 4s, 5s, 6s) sind die Warnschwellen per default festgelegt, das sollte in den meisten Fällen reichen.
Trotz der Verwendung von hochpräzisen Metallglasurwiderständen mit 1% Genauigkeit sind kleine Toleranzen nicht zu vermeiden.

Es ist aber möglich für jeden Akkutyp eine untere Warnschwelle einzulernen, die weiteren Warnschwellen werden dann hiervon abgeleitet.

Dazu stellt man mit einem Labornetzteil die gewünschte untere Spannungsschwelle ein, z. B. 9,6 V für einen 3s Akku.
Nun wird der Akkuwarner mit gestecktem Triggerjumper in Betrieb genommen und einige Sekunden am Netzteil belassen.
Jetzt kann der Jumper abgezogen werden. Die gelernte Schwelle ist dauerhaft gespeichert. Der Vorgang kann jederzeit wiederholt werden.

Es stehen 4 Speicherplätze für die untere Warnschwelle zur Verfügung, für einen 3s, 4s, 5s und 6s Akku. Der Speicherplatz wird automatisch, je nach Akku gewählt.

Das sind die Defaultwerte für die untere Warnschwelle:
Akku 2s 3s 4s 5s
untere Warnschwelle 6,40 V 9,60 V 12,80 V 16,00 V

Betrieb: Der Akkuzustand wird über ein Doppelblitzen der Led in den Stufen 1 bis 3 signalisiert (LED 50ms an / 50ms aus / 50ms an).
Die Warnstufe 4 ist ein Dauerblitzen (LED 50ms an / 50ms aus) ohne Grundhelligkeit.
Damit kann man die "letzte Warnung" vor dem Absturz besser von den Infowarnungen unterscheiden. :)


Hier die 4 Warnstufen:



1. Stufe 1x doppelblitzen, 1,5s Pause
2. Stufe 2x doppelblitzen, 1s Pause
3. Stufe 3x doppelblitzen, 0,7s Pause
4. Stufe Dauerblitzen
Spannung bei einem 3s Akku

> ca.10,7V Collision Light
< ca.10,7V ca. 25% Kapazität vorhanden
< ca.10,2V Landung vorbereiten
< ca. 9,7V unbedingt landen
 

Akkuwarner Für die technisch Interessierten:

Die Platine hat auf PortB.3 (Pin2) eine Debugausgabe. Wenn man PB3 mit dem RX-Eingang des USB-to-TTL RS232 Converters verbindet, kann man mit einem Terminalprgramm (19200,8,n,1) diese Ausgabe sehen.

Copyright und Versionsinformation
U = die gemessene Akkuspannung
T1 = Triggerpunkt für 3s Akkus (default 9,6V)
T2 = Triggerpunkt für 4s Akkus (default 12,8V)
T3 = Triggerpunkt für 5s Akkus (default 16,0V)

Warn = aktueller Warnlevel
Zellen = Anzahl der erkannten Zellen
Onecell = aktuelle Spannung einer LiPo Zelle (gerechnet)
Trigger = Warnschwelle für eine Zelle

Um die Genauigkeit der Spannungsmessung zu erhöhen wird über mehrere Messungen ein Mittelwert gebildet und dieser mit der internen Referenz von 2,56V verglichen.

   
Firmware flashen:

Die aktuelle Firmwareversion ist hier zu finden: Download Firmware Es ist die Version 1.7 vom 27.10.2009
'
Hier gibt es eine Version ohne Zellenerkennung. Die Voreinstellung ist 4s. Mit dem Triggerjumper läßt sich aber eine (fast) beliebige Triggerspannung einstellen.

Die Firmware passt leider nicht mehr in einen ATtiny13. Ich verwende den ATtiny45. Der hat 4k Flash. Davon ist noch die Hälfte für zukünftige Erweiterungen frei.

Zum programmieren des ATtiny wird ein STK500 kompatibler Programmer benötigt. Als Software kann avrdude aus dem Mikrokopter-Verzeichnis benutzt werden. Ich verwende AVR Studio 4.

Da der ATtiny mit 8MHz arbeitet ist der /8 Divisor in den Fusebits auszuschalten und die Brown-out detection (BOD) auf 1,8V einzustellen.

Der Programmer muss mit dem 6 pol. Anschluss auf der Akkuwarnerplatine verbunden werden. Wenn der Programmer keine 5V zur Verfügung stellt, muss die Akkuwarnerplatine mit 5 bis 20V Spannung versorgt werden (Netzteil oder LiPo).

Alternativ kann auch die Sercon verwendet werden.
Leider besitzt diese keinen STK500 kompatiblen Anschluss, sodass ein Adapterkabel mit folgender Belegung notwendig ist:


Sercon
6 pol. Stecker
Akkuwarner
6 pol. Stecker
1 SCK 3 SCK
2 RESET 5 RESET
3 MISO 1 MISO
4 NC 2 5V
5 MOSI 4 MOSI
6 GND 6 GND


Der Jumper auf der Sercon muss gesteckt sein. Als Software kann PonyProg benutzt werden.

   
28.10.2011

Ich habe die Software für den LiPoBlitzer überarbeitet.

Der Grund ist folgender:

Beim Kopter mit WOOKONG-M Elektronik erkennt man die Akkuwarnung der 3fach Led in einiger Entfernung nicht mehr.

Der LiPoBlitzer versorgt ein bis drei Hochleistungsleuchtdioden die am Heck des Kopters befestigt werden.
Bei ausreichender Akkuspannung leuchten die Dioden im Dauerlicht, dadurch läßt sich die Position des Kopters auch bei Sonne in großer Entfernung erkennen.

Bei Unterspannung blinken die Leds und man kann sich auf die Landung vorbereiten.


Bei der Inbetriebnahme erkennt der Blitzer einen 2 - 4 Zellen LiPoakku, eine manuelle Anpassung gibt es jetzt nicht mehr.

link
   
08.05.2012

Optische Positions/Akku-Kontrolle (OPAK)

H. Iwe hat eine alternative Software für den LiPoBlitzer geschrieben und eine Menge neue Features eingebaut.

Hier findet man die Software inc. der Beschreibung.
   
 
   
micropet