Praktische belastbaarheid van het BEC systeem.

Omdat bij elektronmodellen voor de aandrijving al een accu wordt gebruikt is het zogenaamde BEC-systeem ontwikkeld waarbij via de regelaar ook de ontvanger en de servo’s uit deze accu van stroom worden voorzien. Dit scheelt een accu en dus gewicht in deze modellen. Echter, het heeft zijn beperkingen.

BEC is de afkorting van  “Batery Eliminated Cirquit”. En zoals de engelse term aangeeft wordt met dit systeem bij elektronmodellen een ontvangeraccu overbodig gemaakt. Het BEC-systeem stelt meestal een spanning van 5 Volt beschikbaar, hoewel de laatste tijd ook systemen met een spanning van 6 V worden aangeboden. Deze spanning van 5 V is historisch ontstaan omdat bij modellen met een brandstof motor voor de stroomverzorging van de ontvanger en servo’s vrijwel altijd vier in serie geschakelde penlights van 1,5 volt werden gebruikt. Onder belasting en met de gebruikelijke verliezen kon dan altijd wel een spanning van 5 Volt aan de ontvanger en de servo’s worden aangeboden.

Bij de huidige meest gebruikte accu’s ligt de spanning hoger dan 5 Volt en moet dus tot deze waarde worden teruggebracht. Dit gebeurt in principe door het niet bruikbare energiedeel om te zetten in warmte. De regelaar wordt daardoor warm en de warmte ontwikkeling wordt groter naarmate er meer energie moet worden omgezet. Dit heeft zijn beperkingen, want de regelaar kan hierdoor te hoog in temperatuur oplopen en daardoor zijn functionaliteit verliezen.

Indien meerdere servo’s aan een regelaar met een BEC-systeem gekoppeld worden moet er dus goed op worden gelet of dit systeem niet wordt overbelast, hetgeen tot het uitvallen van de stroomvoorziening kan leiden waarbij zowel de ontvanger als de servo’s uitvallen en in het ergste geval het model reddeloos verloren is.

De oorzaak van overbelasting is dus dat de spanningsverlaging naar 5 Volt te veel energie moet worden omgezet in warmte die niet door de koelplaat op de regelaar kan worden afgevoerd. Hierdoor kan de regelaar tot een zodanig hoge temperatuur worden opgewarmd dat zijn functie wordt uitgeschakeld door een te hoge temperatuur van de componenten.

Hoeveel stroom trekken nu de servo’s in de praktijk tijdens het vliegen? Het maximum stroomverbruik van alle servo’s bij elkaar is natuurlijk duidelijk, dat haal je uit de catalogus o.i.d. Tel het stroomverbruik van alle servo’s bij elkaar op en je hebt het. Tijdens het vliegen vragen echter niet alle servo’s gelijktijdig het maximum. Er zijn deellast en stilstand periodes. Dan is er nog het stroomverbruik van de ontvanger, maar die is vele malen kleiner dan dat van de servo’s en mag in de meeste gevallen wel worden verwaarloosd, behalve bij de kleine slow- en parkflyers met lichte accu’s van zo rond de 350 mAh. Tijdens het vliegen zullen dus niet alle servo’s continue de maximale stroom vragen, dus die waarde is wat overdreven. Als we ervan uitgaan dat het gemiddelde verbruik de helft is van het maximum en verder dar er een bepaalde gelijktijdigheidsfactor aanwezig is dan kan statistisch worden berekend wat het stroomverbruik tijdens een vliegperiode is. Een goede statistische waarde zou kunnen worden bepaald door de “methode van de som der kwadraten”.
Deze methode gaat als volgt: kwadrateer het maximale verbruik van de toegepaste servo’s, tel deze waarden bij elkaar op en trek er vervolgens de wortel uit. Ja, het is even wat rekenwerk, maar het is statistisch aangetoond dat het in dit soort situaties betrouwbare praktische resultaten oplevert.  Onderstaand tabelletje geeft een overzicht van het gemiddelde stroomverbruik van verschillende servo,s en aantallen.

Uitgangspunten voor een rekenvoorbeeld voor de warmteontwikkeling :

Aansluitspanning    :               7,4 Volt (= LiPo 2S1P)    

Uitgangsspanning BEC           :               5 Volt

Stroomverbruik voor vier miniservo’s (+ ontvanger) 500 mA

De om te zetten elektrische energie in warmte: 2,4  x 0,5 = 1,2 Watt. Deze warmte moet via de koelplaat van de regelaar opgenomen en afgevoerd kunnen worden. In dit voorbeeld is uitgegaan van een LiPo accu van 7,4 Volt, maar tegenwoordig worden steeds meer accu’s met drie in serie geschakelde cellen met een spanning van 11,1 Volt toegepast. De om te zetten energie bedraagt dan ongeveer 4 Watt. Dit is in het algemeen meer dan de continue belasting van het BEC systeem van lichte (< 10 A) regelaars voor (borstelloze) motoren gedurende enige tijd kunnen verdragen. Hoe lang dit precies is kan op voorhand niet worden bepaald omdat vele plaatselijke (luchttemperatuur) en constructieve omstandigheden met betrekking tot de koeling hierop van invloed zijn. Een goed advies is om niet op de grens te gaan zitten, want als de BEC het begeeft is zowel de aandrijving als de stuurstroom onderbroken en is het model aan de weergoden overgeleverd en helaas zijn deze een niet meer bestuurbaar model niet zo goed gezind.

Hoe is de praktijk?
 Kan deze waarde in de praktijk worden bevestigd?  Om de berekeningen te controleren is gebruik gemaakt van de “Watts-Up”. Dit is een kleine stroom en verbuiksmeter die als een verlengkabel in de voeding na de accu wordt geplaatst. (zie kader: Wat is de “Watts-Up” ?). Hieruit bleek dat de berekening zoals in de rekentabel worden weergegeven redelijk overeenkomen met de metingen uit een op de grond nagebootste vliegsessie. Wel moet worden opgemerkt dat de vliegstijl het stroomverbruik sterk bepaalt. De berekeningen komen overeen met bijvoorbeeld stevig stunten of een bij veel wind sterk te corrigeren model.

Bij een rustige vliegstijl met minimale bewegingen mag je rustig op 50% van de berekende waarde gaan zitten, maar neem geen onnodig risico! Op de foto is een eenvoudige meetopstelling te zien waar met behulp van de “Watt’s-Up”  de stroomsterkte en het verbruik is gemeten. Om uitsluitend het verbruik van de ontvanger regelaar en servo’s te meten is de motor ontkoppeld