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HeatBox - intelligente Heizkoffersteuerung (Bausatz)

HeatBox - intelligente Heizkoffersteuerung (Bausatz)

Beitrag #1 von Crizz » 26.03.2012 22:32:01

Nachdem "The Fallen" bereits vor einigen Wochen seine Version einer Heizkoffer-Steuerung vorgestellt hatte, und ich mit einigen Leuten diesbezüglich in Kontkt stand, die es weniger mit programmieren und dergleichen haben, wurde die Idee geboren, eine intelligente, einfach zu bedienende Komplettlösung zu konzipieren.

Hierbei standen zunächst Aspekte wie Bedienerfreundlichkeit und Zuverlässigkeit im Vordergrund. Gleichzeitig sollte das ganze aber auch bezahlbar bleiben und dennoch möglichst hohen Komfort bieten.

Ich habe mich dann mit "The Fallen" lange unterhalten, und dieses Projekt besprochen. Aus einer Idee wurden dann konkrete Pläne, die immer weiter verfeinert wurden.

Nachdem wir unsere "Roadmap" für die HeatBox endlich zusammenhatten, kümmerte er sich um die Software-Seite, während ich mit dern Entwicklung der Hardware mich beschäftigt habe.

Herausgekommen ist ein Ein-Platinen-Modul auf Atmel-Basis, das über ein 2-Zeiliges LC-Display alle wichtigen Informationen darstellt, während die komplette Bedienung mit einem Inkrementalgeber ( Dreh-Impulsgeber ) auskommt. Es sind also keinerlei spezielle Programmierarbeiten erforderlich, alle Einstellungen wie gewünschte Ziel-Temperatur, zulässige Differenz bis WIederanschalten ( Hysterese ) usw. werden bequem direkt über die Einknopf-Bedienung eingestellt und abgespeichert.

IMG_9481_.JPG
HeatBox - Platine


Da es sinnvoll ist, einen Heizkoffer nicht nur stationär zu speisen sondern autark betreiben zu können ( also mti eigenen Versorgungs-Akku ), wurde das ganze noch ausgeweitet : Einstellbare verfügbare Akkukapazität, Warnhinweis bei überschreiten einer bestimmten Entnahme-Kapazität und frei definierbare Zwangsabschaltung bei erreichen einer zweiten Kapazitätsmenge.

Dazu wird die real entnommene Kapazität durch den Gesamtverbraucher - also nicht nur der Heizung, sondern auch der Steuerung samt Display - über einen Hall-Sensor gemessen und im Display auch angezeigt.

Da nach einem Neustrart der HeatBox der Kapazitäts-Zähler wieder bei "0" beginnt, wurde zusätzlich eine Spannungsüberwachng realisiert, die die Spannung des Versorgungsakkus überwacht. Dazu kann man im Setup-menu auswählen, mit welcher Akku-Art man die HeatBox betreibt ( LiPo, Li-Ion, FePO4, NiCad, Blei ) und die Elektronik überwacht dann die damit verbundene zulässige Entladeschluß-Spannung. Wird diese erreicht, wird die Heizugn zwangsweise abgeschaltet und ein Alarm ausgegeben.

Das gleiche gilt, wenn z.b. ein Akku verwendet wird, der z.b. nicht mehr zum fliegen taugt, für solche Niederlast-Anwendungen aber noch gut geeignet ist, aber nicht mehr die volle Kapazität hat - hier hat man spätestens nach einem kompletten Entladevorgang die nutzbare Kapazität bis Zwangsabschaltung im Display, und kann nach eigenen Wünschen die Grenzen für die Nutzkapazität neu einstellen.

Um den Eigenverbrauch der Schaltung möglichst gering zu halten, gelichzeitig aber auch sehr starke Heizelemente schalten zu können, wurde auf relais verzichtet : das Schalten der Heizung übernimmt hier ein HEX-FET ( FET = Feldeffekt-Transistor ), der nahezu leistungslos arbeitet. Der Eigenstrombedarf der gesamten Schaltung incl. beleuchtetem Display beträgt dabei max. 30 mA /h.

Angeschlossen können durch diese Leistungs-Schaltstufe Heizungen mit bis zu 350 W Leistung an 12 V, was auch die Verwendung in großen Aluboxen möglich macht oder die Verwendung von Peltier-Elementen, wenn extrem schnelles aufheizen gewünscht wird.

Um die Gefahr von Entzündung irgendwelcher Materialien im Heizkoffer zu reduzieren wurde die Schaltuing so programmiert, das die Innentemperatur des Koffers oberhalb der Heizung zwischen 20° ... 50° C einstellbar ist - mehr wäre auch für die Akkus nicht mehr sinnvoll, i.d.R. wird man einen Wert zwischen 35°...40°C wählen.

Setup.jpg
Info-Display


Da wir weiter an der Leistungsfähigkeit und dem Umfang der HeatBox arbeiten, wurde bereits auf Upgrade-Fähigkeit und Update-Fähigkeit Wert gelegt : mittels FTDI-Adapter kann dei Software der Box aktualisiert werden. Hierzu wird keinerlei Entwicklungsumgebung oder Programmierkenntnis benötigt, einfach nur den FTDI-USB anstecken, das verfügbare Update auf der lokalen Festplatte speichern und die Update-Routine starten, fertig. Für etwaige Hardware-Upgrade wurde ein Extension-Port angelegt, der neben I²C-Bus auch einen 1-Wire-Bus zur Verfügung stellt. Sofern also Zusatzhardware entwickelt wird läßt sich diese durch einfaches aufstecken auf den Port und installieren des Updates bereits in Betrieb nehmen.

Sofern entsprechendes Interesse besteht, wird es die HeatBox ab Ende April als Komplettbausatz ( es wird dann noch die entsprechende Heizfolie, Kippschalter für An/Aus/Laden und der eigentliche Koffer sowie ein paar Kleinteile für die Montage benötigt ) bei mir im Shop angeboten werden.

Der angestrebte Preis liegt 49,50 Euro , derzeit stehe ich noch in Preisverhandlungen, bin aber optimistisch das das zu realisieren ist. Als Einführungsangebot ist ein Preis von 45.- Euro geplant, das dann bis Ende Mai Gültigkeit haben wird, sofern die entsprechende Stückzahl zusammenkommt.

Die Fertigstellung sollte auch für Nicht-Elektroniker kein großes Problem darstellen, es sind nur wenige bedrahtete Bauteile einzulöten sowie die Verkabelung von Display, Temperaturfühler, Drehgeber und Lautsprecher. Alles in allem ist das an einem verregneten Samstag problemlos zu bewerkstelligen, die Umrüstung eines bereits vorhandenen Heizkoffers ist natürlich auch kein Problem, ich hab dazu mal meinen Uralt-Koffer verwendet der bereits fast 5 Jahre auf dem Buckel hatte...

IMG_9538.JPG
Umrüstung Alt-Koffer


So, nun hab ich genug darüber rezitiert - nun möchte ich noch die Beta-Tester zu Wort kommen lassen, die jeweils einen Bausatz erahlten haben, um diesen selber in eigenen Heizkoffern auf Herz und Nieren zu testen. :D
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Re: HeatBox - intelligente Heizkoffersteuerung (Bausatz)

Beitrag #2 von Crizz » 26.03.2012 22:46:44

Bereits der erste Nachtrag, aus gegebenem Anlaß :

gerade wurde ich wieder darauf angesprochen, ob das denn im Sommer wirklich was bringt. Klare, knappe Antwort : natürlich ! Und zwar immens viel, denn kein Akku lagert zu Hause bei Temperaturen von 35°C - eher um 20°C. Dazu kommt, das gerade bei den Modellbauern in eher ländlichen Gegenden die meisten KFZ in Garagen oder Carports stehen, oder Aircondition haben - die Akkus werden auf dem Weg zum Platz nicht wirklich wärmer. Nun gibt es zwar Argumentationen, man könne sie ja auch im Auto hinter der Scheibe auf das Armaturenbrett legen - aber das ist die denkbar schlechteste Lösung, weil da niemand die genaue Temperatur kennt und beurteilen kann, ob es evtl. shcon zu viel des Guten wird. Ein Feuerzeug würde man dort schließlich auch nicht platzieren..... ;)

Und um das ganze aus der technischen Sicht mal zu unterlegen, anbei ein Messdiagramm das einen 45c-Akku eines bekannten Anbieters zeigt, der einmal bei 21°C Akkutemperatur mit 35c Dauerlast beaufschlagt wird, das andere mal nach einer halben Stunde im Heizkoffer bei 36°C mit gleicher Belastung. Ich denke, der Unterschied ist auch für Nicht-Techniker gut erkennbar :)

Lipo21G-36G.gif
Temperaturabhängige Spannungslage Lipo
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Re: HeatBox - intelligente Heizkoffersteuerung (Bausatz)

Beitrag #3 von el-dentiste » 26.03.2012 22:48:12

Erster :D

Den Wunsch nach so einem Koffer hegte ich schon lang, da kam mir der Vorschlag von Chris sowas zu bauen gerade recht!

Letzte Woche erhielt ich den Bausatz, der alle erforderliche Bauteile enthält. Fotos kommen die Tage :D es ist alles wirklich alles dabei um die Schaltung in betrieb zu nehmen bis auf die Heizfolie und der Accu Anschluss. SMD lötkenntnisse sind nicht erforderlich!

Zum heizen werde ich eine 12v 36watt Folie von Pollin nehmen, die schon bereit liegt.

Fortsetzung folgt.........
...Zahnfee....
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Re: HeatBox - intelligente Heizkoffersteuerung (Bausatz)

Beitrag #4 von felix62 » 26.03.2012 23:50:55

Hallo Chris
Tolle Sache und für mich genau das, wonach ich gesucht habe :-)
Mein Heizkoffer funktioniert recht gut, nur die Temperatur Regelung ist völlig daneben ( Selbstlötbausatz vom blauen C ), :-( da sich nicht wirklich die Temperatur ordendlich einstellen läßt.
Ich mache meinen Heizkoffer schon auf dem Weg von der Arbeit nach Hause an, angeschlossen an eine 12V Steckdose im Kofferraum.
So können meine Akkus schön langsam warm werden.
Ist es vielleicht möglich so eine Art Zeitschaltuhr mit zu integrieren um den Startzeitpunkt vorher festzulegen ? Gerade im Winter wo die Akkus ja ein bischen mehr Zeit brauchen um warm zu werden ist das vielleicht eine tolle Option !
Ich bin auf jeden Fall dabei, sobald die ersten verfügbar sind !
Gruß
Felix

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Re: HeatBox - intelligente Heizkoffersteuerung (Bausatz)

Beitrag #5 von Crizz » 27.03.2012 00:36:00

felix62 hat geschrieben:Ist es vielleicht möglich so eine Art Zeitschaltuhr mit zu integrieren um den Startzeitpunkt vorher festzulegen


Wir ( oder vielmehr "The Fallen" ) arbeiten gerade an Erweiterungen, allerdings ist es schwer, so etwas ohne Echtzeituhr zu realisieren, ein Timer für eine frei definierbare Pausenlänge bis z.b. 24 h wäre aber eine etwaige Lösungsmöglichkeit, ohne gleich die Hardware aufbohren zu müssen. Ist dann evtl. nicht ganz so exakt, aber ich denke auf 2 Minuten müssen wir da nicht kalkulieren.

Ansonsten - sollte das nicht hinhauen wie wir uns das wünschen - wird über eine RTC-Extension ( RTC = Real-Time-Clock ) nachgedacht, die dann auch sekundengenaue Timerfunktion ermöglichen würde. Allerdings würde der Mehraufwand an Hardware auch höhere Kosten für den Anwender bedeuten, weshalb wir zunächst nach einer praktikablen Software-Lösung suchen , die als Alternative tragbar ist ;)

( Anm.: wenn ich von "wir" spreche und es um Software geht, ist auf jeden Fall The-Fallen der richtige Ansprechpartner - ich mach mir damit nur die Schreibe einfacher. Das kurz am Rande, wenn es mal wirklich um spezifische Dinge / Problemlösungen geht wird er sich um die SW-Seite kümmern wie ich mich um die HW-Seite )
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Re: HeatBox - intelligente Heizkoffersteuerung (Bausatz)

Beitrag #6 von the-fallen » 27.03.2012 09:38:47

Wer ist eigentlich dieser "The Fallen" ? :mrgreen:

Ich freue mich, dass es endlich losgehen kann und bin gespannt wie gut das ankommt.

Bilder von meinem neuen (umgebauten) Koffer gibt es auch demnächst.

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Re: HeatBox - intelligente Heizkoffersteuerung (Bausatz)

Beitrag #7 von Bran » 27.03.2012 09:47:50

Hui, das klingt spannend.
Ich bin nicht wirklich in einem Stadium, an dem ich jedes Futzelchen Mehrpower vom Akku spüren werde. Wieso aber nicht trotzdem die Akkus bestens behandeln?
Eine Frage noch als "Nichtheizkofferbenutzeroderbesitzer": Wird es in deinem (Crizz) Shop eine Art Komplettsatz geben? Also Elektronik, Folien, Koffer?
Was für Akkus können verwendet werden? 3s, wenn ihr von 12V sprecht?
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Re: HeatBox - intelligente Heizkoffersteuerung (Bausatz)

Beitrag #8 von torro » 27.03.2012 09:56:41

ich nehm eins.
Gruß, Flo

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Re: HeatBox - intelligente Heizkoffersteuerung (Bausatz)

Beitrag #9 von the-fallen » 27.03.2012 10:02:41

Ich bin nicht wirklich in einem Stadium, an dem ich jedes Futzelchen Mehrpower vom Akku spüren werde. Wieso aber nicht trotzdem die Akkus bestens behandeln?

Wenn ich meine Akkus bei dem jetzigen Wetter nicht vorheize, dann piepst das ISII schon beim Abheben meines 600EFL kurz Unterspannung an (bin nicht ganz zimperlich beim Abheben). Wenn die Akkus warm sind ist das nicht der Fall.

Was für Akkus können verwendet werden? 3s, wenn ihr von 12V sprecht?


Es sind verschiedene Akkutypen möglich. Wie Crizz schon erwähnt hat, ist die Software so geschrieben, dass du einen der folgenden Akkutypen wählen kannst: LiPo, Li-Ion, FePO4, NiCad, Blei
Es müssen halt um die 12V rumkommen (was man halt so hinbekommt mit den verschiedenen Akku-Zellenspannungen)

Am Billigsten ist sicher ein oller Turnigy 3S mit möglichst viel Kapazität oder ausgemusterte Akkus aus deinen Helis... so einen alten 6S 3000 kann man ja prima zu einem 3S 6000 umlöten.

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Re: HeatBox - intelligente Heizkoffersteuerung (Bausatz)

Beitrag #10 von Crizz » 27.03.2012 10:41:06

So isses :)

Bis zu 30 Ah Kapazität lassen sich als max. Wert einstellen, das dürfte dann schon Speisung aus ner Autobatterie sein.... Ich hab in meinem Koffer einen ausgemusterten 4s P-LiFe mit 5000 mAh verbaut, der ist für knapp 4:30 Heizbetrieb gut bei einer 36 W Heizung.

Wie The Fallen schon geschrieben hat ist das ganze für Akkuspannungen um 12 V konzipiert, d.h. 4s LiFe, 3s Lipo, 3s Li-Ion, 6s PB oder 10s NiXX.

Einen Komplettsatz mit Heizfolien und Koffer habe ich zwar nicht in Planung, aber da könnte man drüber nachdenken - zumindest was die Folien betrifft, denn geeignete Koffer gibt es eiegntlich recht durchgängig zu Spottpreisen in den Baumärkten, da wird man teils schon unter 10.- Euro fündig, da wäre Lagerhaltung nicht wirklich zweckmäßig. Aber Heizfolien und geeignete UM-Schalter für Ein-Loch-Einbau und sowas als optionales Zubehör, das könnte ich mal in zunächst geringer Stückzahl mit an Lager halten, das kann man je nach Nachfrage ja kurzfristig aufstocken. :)
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Re: HeatBox - intelligente Heizkoffersteuerung (Bausatz)

Beitrag #11 von felix62 » 27.03.2012 10:50:52

Crizz hat geschrieben:Wir ( oder vielmehr "The Fallen" ) arbeiten gerade an Erweiterungen, allerdings ist es schwer, so etwas ohne Echtzeituhr zu realisieren, ein Timer für eine frei definierbare Pausenlänge bis z.b. 24 h wäre aber eine etwaige Lösungsmöglichkeit, ohne gleich die Hardware aufbohren zu müssen. Ist dann evtl. nicht ganz so exakt, aber ich denke auf 2 Minuten müssen wir da nicht kalkulieren.

Das ist doch schon genau das, was ich meinte 8) Man stellt morgens die Pausenlänge ein und wenn es Nachmittags zum Flugplatz geht sind die Akkus schön warm 8)
Gruß
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Re: HeatBox - intelligente Heizkoffersteuerung (Bausatz)

Beitrag #12 von Crizz » 27.03.2012 17:42:36

Dann schaun wir mal ob T.F. das umgesetzt bekommt - wäre eine einstellbare Zeitspanne von 0,5 - 12 h ausreichend ? Oder gleich 0,5 - 24 h ?
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Re: HeatBox - intelligente Heizkoffersteuerung (Bausatz)

Beitrag #13 von TREX65 » 27.03.2012 18:50:34

Sehr interessant!! Hättet ihr das nicht etwas eher machen können?? Hä....??!! Habe gerade meinen Koffer mit einer Digitalen Temperaturanzeige ausgestattet..... :roll: Ich hätte auch gerne eins :bounce: Bräuchte nur das Display mit der Platine. Heizfolie habsch noch.....
Gruß

Michael
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Re: HeatBox - intelligente Heizkoffersteuerung (Bausatz)

Beitrag #14 von el-dentiste » 27.03.2012 20:02:19

Nabend

So schaut der Bausatz momentan aus. Auch ein Drehencoder mit Tast Funktion ist dabei. Übder diesen werden sämtliche Einstellungen gemacht
DSCN9302.JPG



Nach ein bissl brutzeln mit dem Lötkolben und kleiner Rücksprache wegen Displayanschluss ( mir war die Zuordnung nicht ganz klar in der Anleitung , wurde jetzt geändert :wink: ) leuchtet alles und scheint zu funktionieren. Schön ist die Peeper Rückmeldung bei Dreh- und Drückbewegung des Encoders.
DSCN9303.JPG




Ich werde mir noch Buchsen an die Seite einbauen um den Koffer extern versorgen zu können.

Fortsetzung folgt :) ..........................
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Re: HeatBox - intelligente Heizkoffersteuerung (Bausatz)

Beitrag #15 von Crizz » 27.03.2012 20:11:09

Für externe Speisung ( auch zum laden ) bieten sich MPX-Buchsen mit Einbaukragen an. Hab ich bei mir shcon früher so gemacht, ist einfach und genial gleichermaßen :

Da die MPX-Buchse ja 6 Einzelkontakte hat, legt man auf die eine Seite ganz normal den Minus des Gesamtgerätes. Das Pol-Trio der Plus-Seite teitl man in ein Pärchen und einen Einzelkontakt auf. Eins von beiden legt man auf eine Seite eines UM-Schalters ( die andere Seite des Schalters geht auf den Akku, der mittlere zur Schaltung - so kann man zwischen Interne / Externe Versorgung umschalten, bei Stellung "Extern" ohne angeschlossene Quelle ist der Koffer inaktiv ) und den anderen Plus-Kontkt der Buchse auf den Pluspol des Akkus.

Dann fertigt man sich zwei Anschlußkabel : bei einem zieht man das Kontaktpärchen des Steckers heraus, ds nicht verwendet wird, bei der nderen Ausführung den Einzelkontakt, der nicht verwendet werden soll.

So hat man einmal ein reines Ladekabel, und das andere dient als reine externe Versorgung, z.b. mit 4mm Steckerchen für das Lader-Netzteil oder einem Ziggi-Stecker für das KFZ-Boardnetz :)

( Tipp : an den fest eingebauten Versorgungsakku schließt man zweckmäßigerweise eine Balancerverlängerung an, die man bis unter die Abdeckung der Heizfolien legt - so kann man beim laden einfach den Balancer aus dem Kofferdeckel hinaus verlegen ;) )
Dateianhänge
MPX-Stecker.gif
MPX-Stecker.gif (204.87 KiB) 14047-mal betrachtet
MPX-Buchse2.gif
MPX-Buchse2.gif (172.45 KiB) 14047-mal betrachtet
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