3D-Druck: Pressform für flexible Busbars (LiFePo4)

[erri]

3D-Druck: Pressform für flexible Busbars (LiFePo4)

Hallo, ich möchte euch hier meine lösung zur herstellung von flexiblen Busbars
vorstellen. Dabei geht es um die verbindung der bekannten EVE LiFePo4 akkuzellen.

Zu den zellen wurden die einfachen flachen Busbars mit langloch mitgeliefert.
Mir ist allerdings nicht ganz wohl bei einer so starren verbindung und
der ausdehnung der zellen beim laden/entladen.

Desshalb habe ich mir mittels 3d-druck pressformen hergestellt um damit aus
kupferblech flexible Busbars herzustellen.

Hier mal ein bild eines eines installierten verbinders:

Und die pressform:

3D Modell:

Die bekannte "U-Form" wie man sieht, allerdings habe ich den "Höcker" ziemlich hoch
gemacht. Das sollte die entstehenden kräfte weiter verringern.

Ausgangsmaterial sind streifen aus kupferblech, 1mm stark und 20mm breit. Davon werden
jeweils zwei stück aufeinandergelegt. Das ergibt einen querschnitt von ca. 40mm² was
dem querschnitt der original verbinder entspricht. Heute würde ich eher 25x2mm² nehmen
um auf 50mm² querschnitt zu kommen.

Zwei gestapelte bleche damit sie einfacher zu biegen/formen sind. Ausserdem sind sie
dadurch im fertigen zustand elastischer.

Der untere teil der form hat führungen um das einlegen/zentrieren der bleche
zu erleichtern und um das oberteil (stempel) zu führen.

Der stempel hat löcher im passenden lochabstand zum markieren/körnen der bohrungen
oder zum ganz durchbohren.

Das 3d modell wurde mit OpenScad erstellt. Es ist parametisierbar, d.h. länge, breite,
lochabstand, blechdicke, höhe usw. sind einstellbar. Somit ist es leicht, weitere
modelle für zellen mit anderen abmessungen zu generieren.

Ich habe verbinder für 100Ah und 280Ah EVE zellen gemacht, die unterscheiden sich
nur in der länge und beim lochabstand.

Die in den bildern zu sehenden presswerkzeuge bestehen aus PETg. Ich habe auch
welche aus PLA gemacht, geht genauso gut, d.h. auch PLA ist ausreichend stabil.

Den ersten 2p16s akku habe ich noch mit dem schraubstock gemacht, geht zwar, ist
aber langwierig (46 stück). Inzwischen nehme ich eine hydraulik presse. Das geht
natürlich wesentlich einfacher und ich kann gleich 4 Busbars in einem rutsch machen.

Druckparameter:

• 0.8mm Düse
• 0.2mm schichthöhe
• 4 "walls"
• 5 top- und bottom layers
• 80% füllung

So, das war's zunächst. Ein paar bider in einem weiteren post...

PS:

Hier im forum gibts ein ähnliches projekt: BMS Verdrahtung - #32 von cj0.

[erri]

Hier noch ein paar bilder...

Busbars, noch nicht entgratet:

Akku im aufbau:

Busbars für 100Ah zellen:

[mikey78]

Hi,
schöne Idee, ich hatte meine Zweifel ob 3D Druck Plastik die ausreichende Festigkeit mitbringt und habe daher die LowTech Version gebaut.

Nach dem Bohren und entgraten habe ich die Bleche noch chemisch Verzinnt.

[erri]

Hallo,
die idee mit dem anschließenden verzinnen ist auch gut

[stromsparer99]

Schöne Idee, aber wohl technisch eher nicht zu gebrauchen.
An den Verschraubungen werden sich die Blech an nur einer kleinen Flache berühren, was scheht für den Stromfluss bei höheren Strömen ist.

[mikey78]

Sehe ich in meinem Fall persönlich nicht so kritisch. Weil:
a) ich erwarte Ströme < 50A
b) ich zwischen Busbar und Mutter eine Tellerscheibe verwende die fast den gleichen Durchmesser hat wie die Polfläche und damit die Kraft auf eine größere Fläche verteilt.
c) ich den Nutzen der Flexibilität größer sehe als die Übergangswiderstände zwischen den einzelnen Lagen. Es können nicht nur Längenänderungen sondern auch Winkelfehler der Polebenen ausgeglichen werden.
d) habe 4 x 0.3 mm Blech verwendet und nach dem Biegen und Bohren wieder flachgeklopft
e) ein Versuch gerade mit 50A läuft und sich bisher nach 2h die Busbar nicht mehr erwärmt hat als die originale an dem anderen Pol.
f) die Kontaktfläche zwischen Busbar und Pol größer ist als bei den mitgelieferten Busbars bedingt durch das große Langloch.

[erri]

Hi,

@stromsparer99

Schöne Idee, aber wohl technisch eher nicht zu gebrauchen.

Dann sind solche busbars also auch nicht zu gebrauchen:

Und wie ist es dann bei "gestapelten busbars", die man z.b. hat wenn man
zellen parallel und seriell verschalten will? Z.b. so:

Hast du weitere informationen/fakten oder gar eine untersuchung wie gut/schlecht eine solche verbindung ist?

[stromsparer99]

Und warum nimmt man nicht einfach richtige Busbars deren Bleche an den Auflagen verpresst, plan und fest sind? Damit spart man sich viele Probleme.

[cj0]

Z.B. weil die Standard Busbars mit 20 mm Breite nur wenig Oberfläche der Riesigen 34 x 34 mm (minus Rund 20 mm) Terminals des Rept CB-Zellen bedecken, darum muss Mann (leider) selber Zellverbinder herstellen.

[cj0]

@erri

Das 3d modell wurde mit OpenScad erstellt. Es ist parametisierbar, d.h. länge, breite,
lochabstand, blechdicke, höhe usw. sind einstellbar.

Diesen Pressform Ansatz gefällt mir. Das Pressen will ich gerne auch so probieren.

@erri Kann ich .stl-Dateien für diese Parametern:

länge = 72 (Zellendicke) + 40 (Terminal) + 4 (Marge) + 1 (GFK-Platte) = 117 mm¹ (?)
breite = 61 mm¹
lochabstand = 73 mm¹
lochdiameter = 20 mm¹
blechdicke = 4 mm¹
"Höcker" = ihre höhe, und eine Version für Zirka 2 biss 3 Mal so hoch

erhalten?

[erri]

Hallo, das werden dann aber ziemliche Brocken...

Ich werde die STL gleich noch hochladen und hier einen link dazu posten.

Und ich arbeite an einem "parametrisierbarem OpenScad modell", damit kann sich dann jeder
seine busbar - modelle (stl) selber generieren:

Weitere info's folgen.

[erri]

Hier die STL für die dicken Busbars: 3dmodels/pressform-busbar/stl/pressform-busbar-61-73-4.stl at master · ErwinRieger/3dmodels · GitHub.

Die Blechstreifen die dafür notwendig sind, sollten laut dem script 116.4mm lang sein. Da ist aber
noch ein fehler im programm.

Der Querschnitt der Busbars liegt bei 244mm² (61mmx4mm).

Das Press-Werkzeug für die im ersten Post gezeigten Busbars gibts hier: 3dmodels/pressform-busbar/stl/pressform-busbar-61-73-4.stl at master · ErwinRieger/3dmodels · GitHub

[cj0]

Vielen Dank für die Bilder und .STL.

Sehe ich die Unterschiedliche durchmesser, rot und blau markier, gut?

PS Die Busbars werden hier in Alu EN AW 1050, Zustand: weich, gepresst. Leider kann ich keine Lieferant für Kleinstmengen EN AW 1070/1370 finden.

[erri]

Die löcher sind nur zum Anzeichnen, Körnen oder als Bohrschablone zum durchbohren der Busbars gedacht.
Das eine loch hab ich halt 20mm im durchmesser gemacht, weil du davon in denem post geschrieben hast.
Meine busbars sind ja für die EVE zellen mit 6mm bolzen, desshalb benutze ich 6.25mm als
durchmesser der löcher im oberteil der pressform (die matritze). Dann hab ich die fertig gebogenen busbars an der ständerbohrmaschine mit hilfe der matritze durchgebohrt (bohrschablone).

[erri]

@cj0

PS Die Busbars werden hier in Alu EN AW 1050, Zustand: weich, gepresst. Leider kann ich keine Lieferant für Kleinstmengen EN AW 1070/1370 finden.

Du willst also 1mm blech nehmen? Sowas: https://ebay.us/m/HiLLRk.
Man könnte auch zweimal 2mm ausprobieren um auf die 4mm stärke zu kommen.
Aber dann ist wohl die belastung der pressform höher. Ist dieses aluminium härter oder weicher
als kupfer?

[cj0]

Aha, "Löcher ... nur zum Anzeichnen".

Oder, "...ständerbohrmaschine mit hilfe der matritze" doch als Bohschablone.

Oder nur als Bohrschablone falls ein Ständerbohrmaschine benutzt wird?

@erri

Sowas: https://ebay.us/m/HiLLRk.
Man könnte auch zweimal 2mm ausprobieren um auf die 4mm stärke zu kommen.
Aber dann ist wohl die belastung der pressform höher. Ist dieses aluminium härter oder weicher
als kupfer?

Baumarkt Alu ist oft eine Legierung aus die EN AW 5xxx-Serie, Anwendungszweck: Basteln/Reparatur.
Mein Alu wird bezeichnet als "Reinaluminium" und ist aus die Güte 10xx-Serie. Die Leitfähigkeit von "Reinaluminium" (57-63% IACS ≅ in Vergleich zu Kupfer) ist etwas höher als 5000-Serie "Konstruktionsaluminium" (27-54%).

Wegen diese große Leitfähigkeits-Unterscheide (EN AW 5056-H38 versus EN AW 5657) besser kein Alu kaufen ohne diesen EN AW xxxx Güte Bezeichnung.

Ob dies weicher ist als Kupfer weiß ich nicht. Kupfer gibt es wie Alu auch in viele Legierungen und Zustande.

PS Eine Ergänzung des OpenScad Modells könnte noch sein "gravierungen der Dimensionen", also "ø20" neben das Loch, "|< 73 >|" zwischen die Löcher, "116.4" Schnittlänge. Ich kann dies Selbstverständlich auch mit ein Marker drauf schreiben.

[erri]

Ich habe das "Parametrisierbare 3D Modell" hochgeladen: 3dmodels/pressform-busbar/pressform-busbar-parametric.scad at master · ErwinRieger/3dmodels · GitHub.

Falls es jemand ausprbieren möchte, dann hier eine kurze "Anleitung":

• OpenScad installieren, ist Open-Source software und somit kostenlos: OpenSCAD - Downloads
• Mit OpenScad die datei pressform-busbar-parametric.scad öffnen.
• Im OpenScad menü unter "Window" den "Customizer" einschalten, Console am unteren rand sollte ebenfalls aktiv sein.

Dann sollte es so aussehen:

Dann könnt ihr rechts die parameter für eigene BusBars eingeben (mit Enter/Return-Taste bestätigen).
Funktionstaste F5 lädt das modell neu, F6 zum "rendern" des modells, mit F7 kann die entsprechende STL exportiert (d.h. gespeichert) werden.

[cj0]

@erri

OpenScad

Wunderbar, OpenSCAD lauft sogar auf 2013 Mac OS X 10.9 (Mavericks), und kann DXF-Dateien extrudieren.

[cj0]

@erri

0.8mm Düse
...
4 "walls"

4 Walls von je 0.8 mm = 3.2 mm?

Oder eine andere Breite als die Düse für jeder "Wall"?

[erri]

Ja, ich hab' diese parameter für den 3d-druck verwendet. Wände sind also 3.2mm stark.