Thema Akku Aufbau Mechanik

Ja vorallem das Thema kontrollierte Vorspannung sollte mal diskutiert werden.
Wenn ich die Lösungen mit Gewindestanden ohne Federn, Spannbändern usw. sehe gruselt es mich. Das ist mMn alles nicht das was der Hersteller vorschreibt.

Ja vorallem das Thema kontrollierte Vorspannung sollte mal diskutiert werden.
Wenn ich die Lösungen mit Gewindestanden ohne Federn, Spannbändern usw. sehe gruselt es mich. Das ist mMn alles nicht das was der Hersteller vorschreibt.

Ich glaube nicht, dass der Hersteller Federn vorschreibt, habes jedenfalls noch nicht gesehen, und auch nicht dass man sie für Standardfälle braucht.

Aus dem Fertigungsbereich sieht man entweder die starre Methode mit Stahlbändern, oder die weiche mit Zurrgurten.

Es ist wirklich fraglich ob man die Federn braucht... der Hub, der Maßunterschied eines Zellenstapels liegt nur im Zehntelbereich, und im Kraftweg sind jede Menge Kunsstoffe, die Federweg haben, z.B. ja auch zwischen den Zellen, als Isolation. Ich habe Feden mal befürwortet, habe aber jetzt bei meinem Akku keine verwendet.

Man kann noch über den gesamten Temperaturbereich nachdenken... das müsste ich mal nachrechnen.

Leidiges Thema, vielleicht nimmt man es wirklich zu ernst ....
Also laut Datenblatt dehnt sich die Zelle von SOC30% bis 100% um 0,5mm aus, mal 8 sind das immerhin 4mm für den Block.
Ich hab mir ne Feder rausgesucht, die nach ca. 5mm die 3000N aufgebaut hat (also genauer gesagt 750N, aber es sind ja 4 Stück).
Ich zieh die bei SOC 30% erstmal mit einer Vorspannung von 1mm an und werd dann mal messen, was passiert.
Notfalls kann man ja noch bissel mit der Vorspannung rumspielen.

Einen Denkfehler hab ich aber wahrscheinlich, es sind ja 2 Akku-Reihen nebeneinander. Müssten es da nicht eigentlich sogar 6000N sein?
Der Akku hat eine Fläche auf der Breiten Seite von ca 350cm². 300kp sind dann als ca 1bar Innendruck im Akku, das klingt schon irgendwie plausiebel.

Ich glaube nicht, dass der Hersteller Federn vorschreibt, habes jedenfalls noch nicht gesehen, und auch nicht dass man sie für Standardfälle braucht.

Aus dem Fertigungsbereich sieht man entweder die starre Methode mit Stahlbändern, oder die weiche mit Zurrgurten.

Es ist wirklich fraglich ob man die Federn braucht... der Hub, der Maßunterschied eines Zellenstapels liegt nur im Zehntelbereich, und im Kraftweg sind jede Menge Kunsstoffe, die Federweg haben, z.B. ja auch zwischen den Zellen, als Isolation. Ich habe Feden mal befürwortet, habe aber jetzt bei meinem Akku keine verwendet.

Man kann noch über den gesamten Temperaturbereich nachdenken... das müsste ich mal nachrechnen.

Der Hersteller schreibt keine Federn vor, das habe ich auch nicht behauptet. Der Hersteller will aber eine konstante Druckkraft auf der Zelle anliegen haben und da fällt mir keine andere Lösung als Federn ein. Die Breitenänderung je nach Beladezustand ist keinefalls zu vernachlässigen. Die durch die Temperatur dann schon eher, da ja auch eine Gewindestange bzw. das Band eine Längenänderung hat, da kommt nur der Unterschied der Längenausdehnungskoeffizienten zum tragen.
Alles was starr ist erzeugt bei vollen Zellen viel größere Kräfte und bei leeren geht die Vorspannung vielleicht komplett weg.
Bänder halte ich für sehr problematisch, da die Kräfte auf die Ecken gehen und man schon sehr steife Zwischenplatten verwenden muss, um das zu verhindern. Gerade um ein Ausbeulen zu verhindern ist das eigentlich überhaupt nicht hilfreich.
Ein Stahlband kann man übrigens wie eine Feder auslegen. Winston verwendet relativ schmale Bänder die unter hoher Vorspnnung montiert werden, allerdings ohne wirklich starre Platten dazwischen. Da geht vermutlich auch viel auf die Ecken. Die haben aber auch Kunststoffgehäuse.
Wenn ich mehr Zeit habe mach ich mal eine FE Rechnung zur Kraftübertragung und wie sich die Vorspannkraft über die Fläche verteilt. Da muss ich aber die Materialkenwerte erst zusammensuchen, da ich normalerweise andere Werkstoffe benutze. Leider habe ich über den Aufbau in der Zelle keinerlei Info und so ist mir auch nicht klar ob die Zelle nur in der Mitte ausbeult oder eigentlich komplett wächst und nur der Alubecher verhindert das an den Ecken.

Ich will meinen nächsten Akku in zwei 8er Blöcke trennen. Mag vielleicht übertrieben sein, aber wenn man das mit gemeinsamen Endplatten macht verliert man die Kontrolle über die Vorspannung in der Mitte. Eine Seite wird vermutlich immer höher vorgespannt sein. Ich trenne die Platten und brauche halt ein paar Gewindestangen mehr.

Ich sehe bei den oft gezeigten DIY-Lösungen zwei Probleme im Bereich der Pressung:

1) Einhalten des Drucks: Die Gewindestangen haben im Fall von 8.8er M8 eine Wärmedehnung von ca. 0.12mm bei 10°C Temperatur-Differenz und 1m Länge. Das E-Modul von 8.8er Stahl ist 210E3 N/mm^2, die Kernquerschnitt von M8 ist 36.6 mm^2 --> 0.12 E-3 * 210E3 N/mm^2 x 36.6 mm^2 = 922 N (kann das mal wer nachrechnen? Ich bin nicht vom Fach...)

In der Praxis werden die Stangen etwas kürzer sein, dennoch ist klar, dass man mit ca. +-15% Abweichung durch Wärmeausdehnung rechnen muss. Sofern man den Sollwert bei mittlerer Temperatur exact einstellen kann bzw. könnte, was via Anzugsmoment nur bedingt genau möglich ist.

Dazu kommen noch die Druckschwankungen durch den Ladezustand bzw. die Ausdehnung der Zellen.

Insgesamt kommt man wohl um vorbelastete Federn nicht herum, wenn man die Pressung genau einhalten will. Federn haben je nach Auslegung auch den Vorteil, dass man an der Kompression direkt den Druck messen kann.

2) Verteilung des Drucks auf die Akkufläche: Eine an den vier Ecken gespannte Holzplatte wird sich verziehen und den Druck auf die Kanten der Zellen abgeben. Die Ausdehnung der Zellen dürfte sich aber v.a. in deren Mitte abspielen, d.h. der Druck an den Kanten bringt nur bedingt den gewünschten Erfolg, die Zellen am "Arbeiten" zu hindern.

Um den Druck gleichmässiger zu verteilen und v.a. in der Mitte der Zellen sicherzustellen, müsste man mit einer (Kreuz-) Brücke den Druck auf den Platten (besser Alu oder Stahl als Holz) bringen und evtl. durch einen 2-Schichtigen Aufbau oder Versteifungen dafür sorgen, dass sich dieser gleichmässig verteilt.

Ich hab mir ne Feder rausgesucht, die nach ca. 5mm die 3000N aufgebaut hat (also genauer gesagt 750N, aber es sind ja 4 Stück).

Was für eine Feder ist das? Wäre es nicht sinnvoller, eine Feder zu suchen, welche elastischer ist? Bei 16 Zellen wären das nach Deiner Berechnung 8mm Ausdehnung zwischen SOC30 und SOC100, sofern die Feder linear ist, wäre der Druck dann nicht insgesamt bei 3000 + 4800 = 7800N? Man bräuchte eine Feder (bzw. Federpaket) welche auf die 8mm Dehnung nicht mehr als 60N Druckänderung macht, oder?

Bei 60N pro 10mm müsste man die Feder für 3000N 5cm vorspannen und sie würde dann auf 8mm 50N Differenz einhalten. Korrekt?

Ich hab mir ne Feder rausgesucht, die nach ca. 5mm die 3000N aufgebaut hat (also genauer gesagt 750N, aber es sind ja 4 Stück).

Was für eine Feder ist das? Wäre es nicht sinnvoller, eine Feder zu suchen, welche elastischer ist? Bei 16 Zellen wären das nach Deiner Berechnung 8mm Ausdehnung zwischen SOC30 und SOC100, sofern die Feder linear ist, wäre der Druck dann nicht insgesamt bei 3000 + 4800 = 7800N? Man bräuchte eine Feder (bzw. Federpaket) welche auf die 8mm Dehnung nicht mehr als 60N Druckänderung macht, oder?

Bei 60N pro 10mm müsste man die Feder für 3000N 5cm vorspannen und sie würde dann auf 8mm 50N Differenz einhalten. Korrekt?

Wahrscheinlich hast Du recht, so wäre es optimal.
Bestellt hatte ich die bei GutekunstFedern.
Da kannst Du Dir eine Feder zusammenklicken, wie Du sie benötigst.
Mach mal, welche würdest Du nehmen?

Du solltest aber nicht mit 16 sondern mit 8 Zellen rechnen, sind ja 2 Reihen 😉

Ich bin auf Anraten meines Nachbarns (Konstrukteur) bei folgendem Aufbau gelandet:

Ergibt genau den erforderlichen Druck je Seite - die Auswölbung der Mitte haben wir durch die zusätzlichen Gewindestangen vermieden. Eine weitere Stabilisierung durch Anbringung von entsprechenden Profilen haben ich erstmal nicht in Betracht gezogen.

Wenn alles richtig berechnet wurde, können die Zellen damit entsprechend ihres Ladezustandes "atmen", dies jedoch unter Beibehaltung des erfordelrichen Drucks. Das erschien mir als die sinnvolle Lösung, der Aufwand ist gering.

Frag den Herrn Konstrukteur doch Mal, warum er keine getrennten Endplatten vorgesehen hat.

Du meinst im Sinne von 2 getrennte 8er-Packs?

Stand nie zur Diskussion, da ich die 16 Zellen für die weitere Verkabelung "untrennbar" in einer Konstruktion beisammen haben wollte. Sozusagen der "Nukleus" des Batterie.

Die Umhausung ist noch in Planung.

Dann bräuchte aber keine 9 Stangen.
Und welchen Stangendurchmesser nimmt er?

Ich würde auch gerne 16 Zellen in einer Reihe verbauen (Platz). Was mir noch fehlt in der ganzen Gleichung ist die Kraft, welche die Akkus aufbringen, 0.5mm ist wohl die Ausdehnung ohne Gegendruck. Durch den Gegendruck soll die Ausdehnung ja gerade verhindert werden, sonst könnte man sich die Übung mit dem Pressen gleich sparen. Wie viel Kraft bringt die Zelle auf?

Ich habe eine Feder herausgesucht, welche auf 88mm Länge vorgespannt 750N Kraft aufbringt, bei 4 Gewindestangen/Federn sind das die geforderten 3000N. Falls sich die 16 Zellen nun im insgesamt 8mm ausdehnen möchten, müssten sie zusätzlich 4*46N aufbringen - damit wäre die Presskraft noch innerhalb +-10%. Aaaaber, das ist eigentlich an der Frage vorbei, denn das wird nicht passieren, die 3000N verhindern eine Ausdehnung (grösstenteils).

Damit müsste es eigentlich klappen, ist zu dünn für M8, man müsste mal rechnen ob es mit M6 passt von der Gewindestange her.

die Auswölbung der Mitte haben wir durch die zusätzlichen Gewindestangen vermieden

Ich frage mich halt, ob eine gleichmässigere Verteilung des Druck den Kanten entlang wirklich den Druck besser gegen die Mitte hin verteilt. Meine Überlegung geht in die Richtung, die Platten in der Mitte zu spannen, dann lässt der Druck gegen die Kanten nach, da braucht es ihn auch weniger dringend.

Dann bräuchte aber keine 9 Stangen.
Und welchen Stangendurchmesser nimmt er?

Wir haben M6 genommen - auf der Batterieseite mit durchsichtigen Schläuchen überzogen.