Verlängerung der Flugdauer durch Umbau von 3S auf 4S?

[Manic]

Hallo zusammen,
ich möchte mich kurz vorstellen.
Bin der Chris und bin seit Juni 2013 in der Quadrocopter Szene unterwegs.
Nach und nach folgte eine Aufrüstung auf die Naza lite, neue ECS, FPV, Gimbal und neue Props.

Mit meinem Setup und einen Gesamtgewicht von 1,950 Kg schaffe ich im Moment eine Flugdauer von 9 min
(+10% Reserve)
Ich überlege nun, meinen Copter auf 4S umzurüsten um die Flugdauer zu erhöhen.
Leider kann ich aber keine Datenblätter zu den Bumblebee Motoren finden.
Aktuell werden die Motoren im Schwebeflug nur handwarm bei einer Gesamtstromaufnahme von ca. 28A.
Ein 4S 5000mAh hätte noch einmal 110g mehr Gewicht.

Ist diese Aktion sinnvoll und können meine vorhandenen Komponenten verwendet werden?

 

[Benutzer1106]

Hm...das wäre erst sinnvoll, wenn du sagen kannst, ob deine Regler 4s abkönnen. Bei den Motoren müsste man das mit kleineren Luftschrauben versuchen und sich langsam an das optimum rantasten.
Hast du ein Bild von deinem Copter? Evtl. gibt es ja zu aller erst möglichkeiten das Gewicht zu reduzieren, man glaubt manchmal nicht, was man an Kabeln/Stecker usw. einsparen kann

 

[Alex84]

soweit ich das richtig verstanden habe ist es doch so, dass die Motoren mit den 4s Akkus höher drehen "können" ;-)
Abheben/Schweben wird er bei der gleichen Drehzahl wie jetzt, wenn er 100Gramm Zuladung hat/hätte.

4S hat eine höhere Spannung und dadurch eine größere Gesamtkapazität (ohne da jetzt elektro- Begriffe vermischen zu wollen) aber ein 2200mAh 3S Akku hat ja 24,42Wh Energie dabei, ein 2200mAh 4S Akku dementsprechend 32,56Wh.

Jetzt ist die Frage, ob du nicht einfach durch Verwenden eines 3S Akkus mit größerer Kapazität deine Flugzeit verlängern könntest?!

Was für Motoren sind verbaut?
Welche Propeller in welcher Größe benutzt du?
Welchen Schub machen die Motoren?

hast du da eine Tabelle und/oder ähnliches parat?
wenn die Motoren deinen Copter ohne Probleme auch mit Ballast in die Luft bringen, würde ggf. schon ein
3S 6500-7000er Akku ein Plsu an Flugzeit bringen...

Alex

 

[Manic]

Danke erst einmal für die Infos.
Die ESCs wären für 4S geeignet.
Alles was ich als Infos habe ist, dass der Motor 930KV hat und ca. einen Schub von 1 KG entwickelt.
Als Propeller habe ich die neuen verbesserten DJI 10x3,8 im Einsatz.

Rein rechnerisch hätte ein 3S mit 5000mAh 55 Wh bei 362g Gewicht.
Alternativ wäre noch eine Option den Hacker Akku 3S 5800mAh 62 Wh mit 435g Gewicht zu verwenden.

Der 4S mit 5000mAh 74Wh bei 475g.
Würde der Leistungszuwachs im Verhältnis zum Gewicht des Akkus eine merkliche Flugzeitverlängerung bringen?

Am Landegestell könnte ich eventuell noch 20gr. einsparen.
Ein Datenblatt konnte ich für diesen Motorentyp leider nicht finden.

Chris

 

[sunbeam]

Mit 4S anstatt 3S hast du eine höhere Spannung, weswegen bei gleicher Leistung dein Strom geringer wird (Watt = Volt x Ampere). Das würde bedeuten, dass bei gleicher Akkukapazität die Flugzeit länger werden sollte. Allerdings sind 4S auch schwerer als 3S, so dass dieser Effekt wieder aufgehoben werden könnte.
Wie schon gesagt muss geklärt werden, ob Regler und Motoren unter 4S laufen. Ggf. musst Du auch die Propeller anpassen (Durchmesser, Steigung), wodurch sich wieder andere Verbräuche ergeben können. Auch wird sich wahrscheinlich das Flugverhalten aufgrund der höheren Drehzahl ändern. Ob dir das dann besser oder schlechter gefällt, muss man sehen.

Bei dir könnte es also sein, dass sich alle Effekte irgendwie aufheben und du am Ende die gleiche Flugzeit hast. Wenn du einen 4S-Lipo zur Hand hast und deine Hardware ihn verträgt, würde ich es einfach mal probieren und Strom, Temperatur und verbrauchte Kapazität im Auge behalten.

Gruß, Kai

 

[kl_Haribo]

Verstehe ich das richtig, dass man mit einem Akku gleicher Wh's aber unterschiedlicher Zellenzahl die gleiche Flugzeit erreichen würde? Dann müsste man ja eingentlich nur auf das Gewicht des Akkus achten, um eine höhere Flugzeit zu erreichen, oder?

 

[73bm73]

Im Großen und Ganzen, ja!
Auch das Gewicht hängt direkt mit dem Energieinhalt des Akkus (und der Anschlusskabel) zusammen. Nur, diverse Hersteller drucken leider oft Märchen-Angaben drauf...

 

[Prometreus]

Hier werden 2 verschiedene Dinge miteinander vermischt:

1) Flugzeitverlängerung durch größeren Lipo (mehr Energieinhalt Wh). Ein größerer Lipo bringt an sich mehr Flugzeit, aber natürlich nicht linear, da der Akku auch mehr Gewicht mitbringt. Der Gewinn an Flugzeit geht auf kosten der Agilität und Leistungsreserven.

2) Flugzeitverlängerung durch Verlustreduzierung. Wenn man die Spannung erhöht (also zB von 3S auf 4S wechselt) hat man bei gleicher Leistung (also zB beim Schweben) einen geringeren Strom. Dadurch entstehen geringere Verluste im ESC, dem Innenwiderstand des Lipos und den Leitungen. Wenn man von 3S5Ah auf 4S wechselt, wäre ein 4S3,8Ah energiegleich. Die FLugzeit würde sich aber geringfügig verbessern (vorausgesetzt die Propeller sind vernünftig gewählt)

 

[73bm73]

... oder kurz:
Hohe Spannung, niedrige spez. Motordrehzahl (kV) und großer Propellerdurchmesser wirken sich positiv auf die Flugzeit aus (unter den selben Rahmenbedingungen).

 

[kl_Haribo]

hmm, dann sollte ich mal umdenken... zzt kaufe ich eher immer höhere KV bei gleichem Gewicht. Die flugzeit hatte ich bis jetzt immer weniger als Kriterium gesehen. Aber mit diesem Anhaltspunkt lässt sich das vielleicht leichter berücksichtigen. Vielen Dank!

 

[Prometreus]

Es hängt ja alles zusammen:

Wenn man eine hohe Spannung verwendet ist der benötigte Strom geringer. Das hat viele Auswirkungen:

Bei den Motoren ist der Strom vorrangig die Leistungsbegrenzung. Daher kann man auf diese Weise mit kleineren (leichteren) Motoren die benötigte Leistung aufbringen.

Die ESC können ggf. kleiner gewählt werden (leider gibt es über 4S kaum Regler für geringe Ströme)

Bei den Lipos hat das erhöhen der Spannung keinen Einfluss auf die Verluste, wenn der Lipo von der Energie her gleich bleibt. Die Spannung wird erhöht und die Ah werden kleiner, damit der Energieinhalt (und Gewicht) gleich bleibt. Durch das verringern der Ah steigt der Innenwiderstand des Lipos. Daher bleiben die Verluste im Lipo gleich hoch, obwohl der Strom kleiner ist. Man kann also keinen Lipo mit geringerer C-Rate einsetzten (was ja Gewicht sparen würde).

Da große Propeller einen besseren Wirkungsgrad beim Schweben haben, muss die Motordrehzahl gering sein. Dem entgegen wirkt aber die Spannungserhöhung. Daher muss die kv-Zahl der Motoren besonders gering sein. In der typischen Leistungsklasse von normalen Coptern gibt es aber kaum Motoren mit kleinen kv-Zahlen (<500kv).

 

[Scheich]

Man sollte noch folgendes berücksichtigen:

Ein Wechsel von 3S auf 4S mag für den Akku besser sein,da durch die höhere Spannung die Stromaufnahme sinkt....

Für die Regler gilt aber: (bei gleichem Schub)

Höhere Spannung-geringere PWM-Teillastbetrieb-schlechterer Wirkungsgrad-höhere Wärmeentwicklung

Es hat alles seine vor und Nachteile....

 

[73bm73]

Bei einem Schaltregler (oder auch BEC) gilt immer:
entweder 0%...70% Regleröffnung oder 100%!
Zwischen 70% und 100% ergibt sich aus Strom (Last) und PWM-Verluste die höchste Wärmebelastung. Unabhängig vom Wirkungsgrad.

Daher die übliche Regler-Auslegung mit der 80/80-Regel. 80% der max. Spannung, 80% des max. Stroms.
Oder 100% Spannung, 60% Strom oder umgekehrt. Dann kann (fast) nix passieren.

 

[Prometreus]

Ein Wechsel von 3S auf 4S mag für den Akku besser sein,da durch die höhere Spannung die Stromaufnahme sinkt....

Wenn der Akku weiterhin das gleiche Gewicht haben soll (gleiche Energiemenge), dann bringt es keine Vorteile beim Lipo, siehe oben. (Stichwort: Innenwiderstand)

Für die Regler gilt aber: (bei gleichem Schub)
Höhere Spannung-geringere PWM-Teillastbetrieb-schlechterer Wirkungsgrad-höhere Wärmeentwicklung

Da die Propeller ja durch die Spannungsänderung neu angepasst werden müssen, wird sich der "gleiche Schub" (zb Schweben) wieder an der selben Knüppelstellung befinden. Folglich bleibt der Wirkungsgrad der ESC gleich.
Einfach nur den 3S Lipo gegen 4S auszutauschen (sofern das überhaupt geht), wird kaum was bringen.

 

[HouseRocker86]

Also ich hab damals mein Copter mit dem Programm so Optimal wie möglich errechnet:

http://www.ecalc.ch/xcoptercalc.htm?ecalc&lang=de

Bin auch sehr zufrieden mit den Werten, aber ich flieg von Grund auf schon mit 4S.

 

[kl_Haribo]

ui, coole Seite. Sehr praktisch ist auch die ermittelte Gasstellung und die vorraussichtliche Flugzeit, das hilft ja auch noch ganz gut für den Erstflug. Bei meinen 3 Modellen liege ich im optimalen bereich der Kennlinie, allerdings bin ich bei Vollgas über der Belastungsgrenze, aber das ist dann ja nur im Notfall ganz kurz...

 

[RcMcFly]

Flugzeit verdoppelt auf 22 Minuten

edit........

 

[jodi2]

Rechne doch mal mit Deinem Coptergewicht ein paar ähnliche Motoren (gleiche kV, gewicht, Welle) in 3+4S bei ecalc mit verschiedenen Props durch.
Aber auch am Copter selbst kannst Du ja ohne viel Mühe testen, wenn das Setup eh schon 4S fähig ist, ein größerer 3S Akku und ein 4S Akku und ein Satz 1 Zoll kleinere Props (9047 oder 10x5 E-Prop).
Was aber noch zu wenig angesprochen wurde, dass Schub und Strom bzw. Effizienz der Motoren nicht konstant und nicht linear sind. Sprich, wenn der Motor mit 3s und einem bestimmten Prop bei Schub x Strom y zieht, heißt das nicht, dass er bei 4S oder einem anderen Prop beim gleichen Schub auch wieder Strom y braucht, sondern evtl. mehr oder weniger. Und die Stromaufmahme ist nicht linear über den Schub, wenn ein Motor mit einem bestimmten Prop und Lipo bei 50% und sagen wir 400g Schub 4A braucht, kann er bei 100%/800g 8A, aber auch 7A oder 12A oder mehr brauchen. D.h. Du solltest am besten auch noch wissen (oder onboard mit einem Logger messen), in welchem Bereich Du überwiegend fliegst/fliegen willst, um die optimale Kombi auszuwählen. Und das geht dann am besten und mit weniger Geld und Risiko als am Copter am Teststand mit nur einem Motor, Waage, Strommessgerät, 3+4S Lipos, diversen Proptypen und -größen und Zettel+Stift bzw. einer hübschen Tabelle.