Akku-Überwachung am Feuerlöschboot

© Norbert Meier 2017

Veranlassung

Am Bruchsee im Süden von Heppenheim haben wir unsere funkferngesteuerten Boote getestet.
Mein ältester Sohn steuerte sein rot-weißes Rennboot und ich steuerte mein neu erworbenes
Feuerlöschboot. Zunächst funktionierte alles sehr gut, auch die Enkelkinder durften mit der
Funkfernsteuerung beide Boote mal steuern.
Das Feuerlöschboot (FLB) wird von der Firma Carson hergestellt:

Bild 1

Der Lieferumfang ist beeindruckend: 2,4 GHz 6-Kanalfernsteueranlage, Fahrakku mit
9,6V / 1300mAh, 230V Ladegerät, Senderbatterien, Sendertragegurt und Handbuch.

Bild 2

Im Bild sieht man, dass das Feuerlöschboot nur sehr langsame Fahrt macht. Nach einer Viertelstunde
passierte dann das Unvorstellbare: Das Feuerlöschboot schwimmt etwa 40 Meter vom Ufer entfernt
fast regungslos auf dem Wasser. Befehle mit der Funkfernsteuerung zeigten keine Wirkung mehr.

Welch eine Enttäuschung.....wir können nichts machen. Aber ganz langsam treibt der Wind das Feuer-
löschboot in Richtung des 200 Meter entfernten gegenüberliegenden Ufers. Auch meine Schwiegertochter,
die Mutter von Bennet und Mats, beobachtete die Driftbewegung des Bootes und gab zu bedenken, dass es
ca. 1 Stunde dauert bis das Boot am gegenüberliegenden Ufer ankommt. Sie hatte Recht. Dann bugsierte
der Vater von Henri und Tino mit großer Mühe mit einem langen Stock das Feuerlöschboot aus dem Geäst
am Uferrand. Überglücklich nahm ich das Boot in Empfang.

Der Akku im Boot war entladen.
Meine Aufgabe ist nun, eine Überwachung des Akkus auf elektronischem Wege zu realisieren.


Belastungsversuch in der Badewanne

Bei Fahrversuchen, vorwärts und rückwärts, in der Badewanne wurde die Stromstärke und die Akkuspannung
gemessen. Die Anordnung mit den beiden Messgeräten zeigt das folgende Bild:

Bild 3

Bei Vollgas am Steuerknüppel der Funkfernsteuerung liegt die Stromstärke bei I = 2,0 Ampere und die
Akkuspannung sinkt auf U = 9,3 Volt. Der Stromverbrauch ist viel zu hoch, auf dem Akku steht 1300 mAh.
Es muss also eine Strombegrenzung auf etwas 1,5 A eingebaut werden. Die Realisierung besteht aus
einer Parallelschaltung von zwei 4,3 Ohm-Widerständen, die ich in der Zuleitung zum Antriebsmotor
geschaltet habe, wie das folgenden Bild zeigt:

Bild 4

Der Testlauf in der Badewanne ist erfolgreich verlaufen.


Verlauf der Akku-Spannung bei Dauerbelastung

Mit einer sehr einfachen Schaltung wird die Dauerbelastung des ausgebauten Akkus mit
einer Halogenglühbirne 12V 20Watt durchgeführt:

Bild 5

Nachdem der Schalter S geschlossen ist, wird von mir in Abständen von weniger als
1 Minute die Spannung U und der Strom I gemessen und notiert. Den Spannungsabfall
in Abhängigkeit von der Zeit zeigt das folgende Schaubild:

Bild 6

Der Spannungsabfall bei konstanter Entladung nimmt zunächst langsam und stetig ab.
Dann aber nach ca. 22 Minuten erfolgt ein rascher Spannungsabfall bis auf fast
Null Volt. Nach einer Belastung von 22 Minuten liefert eine senkrechte Linie eine
untere Grenzspannung von 8,3 Volt, bei der eine Überwachungselektronik einen
Warnton einschalten sollte.


Elektronik-Schaltung zur Überwachung der Akku-Spannung

Einen Schwellwertschalter kann man mit einer Schaltung aus zwei Transistoren
realisieren. Diese Schaltung wird nach dem Erfinder Schmitt (1938) auch Schmitt
-Trigger genannt. Die Prinzipschaltung ist folgende:

Bild 7

Die Schaltung funktioniert wie folgt:
Steigt die Eingangsspannung Ue von 0 V ausgehend langsam an, so ist zunächst T1
gesperrt und T2 leitend. Am Ausgang liegt "0". Übersteigt die Eingangsspannung die
gemeinsame Basis-Emitterspannung UBE der beiden Transistoren, wird T1 leitend und
sperrt über den Rückkopplungsweg mit R3 den zweiten Transistor T2. Sinkt die Ein-
gangsspannung ab, kippt die Schaltung beim Erreichen der unteren Schwellspannung
wieder in die Ausgangslage zurück.


Kompakter Aufbau der Überwachungs-Schaltung

Mit einer gedrängten Anordnung für den Schmitt-Trigger und dem Soundmodul für den
Sirenenton an einem externen kleinen Lautsprecher kann der Einbau in das Feuerlösch-
boot gelingen:

Bild 8

Die komplette Schaltung zeigt das folgende Bild:

Bild 9

Die spezielle Dimensionierung des Schmitt-Triggers sorgt dafür, dass bei Unter-
schreitung der Akkuspannung von 8,3 Volt die "Zerstörersirene" automatisch
eingeschaltet wird.


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