-Ankündigung: CVS-16 Cell Voltage Sensor (Announcement)(DE)

CVS-16 ist ein intelligenter Multispannungssensor zum Anschluß an JLog2, 2.5 und Nachfolger. Der Anschluß erfolgt via einen Datenbus in einer Daisy Chain (Kette) mit weiteren Sensoren (MS-1, z.B., Design erfolgt nach Fertigstellung des CVS) bzw. dem Telemetriebus, wenn die verwendete Telemetrie SPEKTRUM oder HiTec ist, auch mit dem Datenbus des HV²BEC.

Man kann mit CVS bis zu 16 beliebige Gleichspannungen messen, jeweils 0..73,2V (>60V auf eigene Gefahr!), oder man verwendet ihn als Zellspannungssensor beliebiger Reihenschaltungen elektrochemischer Zellen, von LiPo-Packs, z.B.

Die “Intelligenz” des CVS-16 liegt in seinen Möglichkeiten zur Überwachung und statistischen Analyse von Zellen-Packs, realisiert in Software, ausgeführt durch einen 32Bit ARM Prozessor. Er ist mehr als ein Spannungen liefernder Sensor.

Eine weitere Besonderheit ist das elektrische Design. Die zu messenden Spannungen sind vollständig galvanisch getrennt von allen anderen elektrischen Anschlüssen, nicht nur vom Datenanschluß, auch von der Stromversorgung des CVS via den Datenbus, selbst von der R/C-Masse! Das schafft nicht nur wesentliche Sicherheit beim Umgang mit HV, es verhindert auch jegliche Möglichkeit von Erdschleifen und Anschlussweisen, die die Messgenauigkeit beeinflussen könnten. – Die Platine separiert daher innerlich zwei galvanisch getrennte Welten, die konnektierende R/C-Welt (Datenbus, Masse, Stromversorgung), die CVS-Welt mit HV-Spannungseingängen. Die Trauben hängen zu hoch (2,5..4kV), als dass HV eine Chance hätte, via CVS dem Rest der Elektronik im Modell etwas antun zu können. – Zusätzlich, s.u.: Die 16 Eingänge haben keine Strom bewirkende Beziehung untereinander.

Beim Anschließen der Balancerkabel von Packs gibt es keinerlei Chance für versehentliche Kurzschlüsse durch falsches Anstecken, da die Spannungseingänge des CVS nirgends eine Reihenschaltung inkludieren, wie bei Balanceranschlüssen von Chargern i.Allg. üblich. Verwende ich keine 16S Packs aus 2x 8S, sondern quasi beliebige Stückelungen, auch >2, z.B. 12S als 4x 3S oder 10S als 2x 3S plus 1x4S oder einfach nur 6S als 2x 3S oder 3x 2S, dann ist es völlig egal, wo ich die Balanceranschlüsse an CVS anstecke, solange die relevanten Pins am jeweiligen Kabel besetzt werden und die Stecker in der Reihenfolge der Zellen im Gesamt-Pack angesteckt werden. CVS findet die Zellen selbst und bringt sie sich in Sequenz.

Dass die Stromversorgung des CVS über den Datenbus und nicht alternativ auch aus dem Messobjekt erfolgt, hat den Zweck, an allen 16 Pins völlig wahlfrei bzgl. der angelegten Spannung bis zum Limit sein zu können, außerdem, um wirklich an allen Pins hochohmig messen zu können. CVS soll eben ein Multispannungssensor sein, nicht nur spezialisiert auf Packs aus Zellen angenommener Chemie.

Nach dem Start scannt CVS die 16 Eingänge, erkennt er ein angeschlossenes Pack, geht er in den Pack-Modus, aktiviert die Monitoring-Funktionen. Da die Zellen ganz unterschiedlichen Chemien angehören können, kann der Anwender entsprechende Parameter übergeben, einstellbar im Konfigurator JLC, übermittelt durch JLog.

Alarme, – übermittelt an JLog, teilweise auch parallel gemeldet per LED am CVS:

“UC – UNDERCHARGE”:  (orange LED) Unmittelbar nach dem Start des CVS bzw. dem Anschließen von Packs:  Eine oder mehrere Zellen haben nicht die erforderliche Mindestspannung (Vorgabe via JLC). CVS meldet den Alarm an JLog.

“OOB – OUT OF BALANCE”:  (rote LED)  Ein oder mehrere Zellen befinden sich außer Balance (0,3..3%, Vorgabe via JLC). CVS meldet den Alarm an JLog, dazu die Nummern von bis zu 4 Zellen, die es betrifft.  -  Ständige Funktion.

“OOIRD – OUTSIDE OF the (average) INNER RESISTANCE DYNAMICS”:  Der Dynamikbereich der Spannung einer oder mehrerer Zellen ist um einen vorgebbaren (per JLC, 5..40%) Prozentsatz höher als der übriger Zellen (IR zu hoch). Es geht also um das Erkennen einer “weichen Zelle”, unabhängig vom momentanen Spannungsniveau, was ja auch vom Strom abhängt. CVS meldet den Alarm an JLog, dazu die Nummern bis zu 4 betreffender Zellen. – Ständige Funktion.

Im Pack-Modus beschränkt sich CVS auf das Lesen der Eingänge für eine festgestellte Zellenstruktur, wodurch sich die Abtastrate nochmals erhöht. Die unterliegende Maske ist solange statisch (Scan-Ergebnis), wie JLog meldet, dass Strom durch die Zellen fließt (Motorstrom, evtl. auch anderer). Der 16Pin-Normal-Modus (mit ständigem Scan) wird reaktiviert, sobald JLog keinen Stromfluß mehr an CVS meldet, – die Abtastfrequenz “minimiert” (50Hz ) sich, da nun alle 16 Eingänge gelesen werden.

Specs
… - Spannungsmesseingänge:  16
… - Spannungsmessbereich je Eingang:  0..73,2V
… - Innere Abtast- und Monitoring-Frequenz (über alle Eingänge):  mindestens 50Hz, 50..400Hz im Pack-Modus
… - Datenübermittlungs- und Alarmfrequenz:  10Hz  (Data out/in, ca. 100 Bytes je Transfer)
… - Messauflösung:  intern: 16 Bits, effektiv 15 Bits (2,2mV), extern (Ausgabe): Zellenspannung: 5mV, Pin-Spannung: 10mV
… - Besonderheit:  Spannungsversorgung, Masse und Datenanschluß komplett galvanisch entkoppelt von der Außenwelt.
… - Statistische Online-Bewertung (Monitoring) von Cell Packs
… - Datenausgabe und Alarme über JLog  –> Logging und Telemetrie, Startup-Alarme zusätzlich via LEDs am CVS
… - Temperaturwert aus Messung im A/D-Wandler, zweistufige Temperaturkompensation
… - Einzelkalibrierung: Autokalibrierung beim Hersteller
… - Balanceranschlüsse: universell

Design-Maßgabe war natürlich, unserem Anspruch treu zu bleiben, sprich, Hightech, kein Allerweltskram.

Unten stehend zwei Fotos vom “Prototype 2″. Das finale Gerät wird eine blaue Platine haben wie JLog2.5 sowie eine vierte LED, die Busanschlüsse werden andere Buchsen verwenden, zusätzlich gibt es eine Micro-USB-Buchse. CVS verhält sich wie ein USB Stick, durch einfaches Kopieren der betreffenden Datei kann der Anwender ein Firmwareupdate durchführen, wenn z.V. gestellt durch die JLog-HP.

Anbei auch ein paar Logs. Angeschlossen waren 4 Packs á 3S in äußerer (Hochstromanschlüsse) Reihenschaltung, also insgesamt 12S. Diese Zellen, KOKAM 2100mAh, sind längst für den Sondermüll, aber deshalb gut für Tests mit CVS.

Wie man sieht, JLog wird 3 weitere Kanäle (OpenFormat) dem Log hinzufügen, einen Übersichts- und Alarmkanal, einen mit den Pin-Spannungen, den dritten mit bis zu 16 Zellspannungen.  Inzwischen sind es nur zwei zusätzliche Kanäle im Openformat, je nach (automatischem) Betriebsmodus 16 Zellen- oder Pin-Spannungen.

Die Möglichkeiten zum  Abbilden der CVS-Daten in den 7+1 Telemetrien, die JLog im Augenblick unterstützt, hängen natürlich von den Eigenschaften der jeweiligen Telemetrie ab. Alle Zell- bzw. Pin-Spannungen zu übermitteln, ist im Grunde genommen ziemlich überflüssig. Die Sensoren “EAM” und “GAM” in “HoTT” sehen so etwas teilweise vor, also wird es auch befüllt werden. (Später unterstützt das auch JR-Telemetrie.) – Wirklich wichtig ist nur “LCV” (Lowest Cell Voltage) und evtl. noch “LCN” (Nummer der Zelle mit der geringsten Spannung). Den eigentlichen Spannungsalarm bildet JLog auf “LCV”, einstellbar im JLC. Die anderen Alarme, “UC”, OOB” und “OOIRD” (s.o.) finden keine granulare Entsprechung in der Telemetrie, in keinem System, sie werden daher auf einen generischen Spannungsalarm gemappt, wenn ein solcher vorgesehen ist, im Mindesten auf den Generalalarm des Systems..  –  Auf jeden Fall ersetzt die Total Pack Voltage von einem CVS Ubat vom ESC in der Telemetrie.

Update: Zumindest HiTec’s Art und Weise des Anschließens an den Datenbus lässt leider partout keine Koexistenz mit anderen Geräten zu. Daher erhält JLog nun einen zweiten Datenbus für Komplexsensoren wie CVS, auch für HV²BEC und den zukünftigen MS-1. Der zweite Busanschluß war die Geburtsstunde von JLog2.6, siehe hier.