Gemeinschaftsprojekt LiFePo4 Flachzellen Batterieboxen (gepresst, beheizbar)

[Sven Salbach]

Da wohl inzwischen fast alle auf LiFePo umgerüstet haben und die blauen Flachzellen von EVE, CATL, noname aus Aliexpress etc. inzwischen so unfassbar billig geworden sind, diese wohl die inzwischen am meisten verbauten Zellen sind, haben wir inzwischen die Ideale Situation einen möglichen "Standards" Was damals die 100Ah Winston waren.

Es werden wohl überwiegen die 100Ah und 200/230Ah etc verbaut, also 2 mögliche Abmessungen(Die 160Ah-230Ah sind ja meist die selben Zellen, werden nur je nach "Qualitätsstufe" mit anderer Kapazität angeboten.

Die Flachzellen müssen UNBEDINGT gepresst verbaut werden, sonst machen die bereits im 2. oder 3. Winter Probleme, da die dann bei Temperaturen unter 10° so extrem weich werden, dass die kaum noch zu gebrauchen sind.

Es wäre doch super, wenn wir langsam mal eine ultimative Lösung für den Thrige als für für den F4 Batteriekorb (den neuen) entwerfen könnten, den dann alle benutzen, was den Vorteil hat, das man es auch fertigen lassen könnte, also die Boxen.
Ich denke als Vorschlag für die erforderlichen Anforderungen wären zu nennen

Die erarbeitete 48V Lösung, wird vermutlich genauso dann auch für eine 36V Version geeignet sein, daher sollte die Planung auf einer 48V liegen.

Die Heizung
Es sollte beheizbar sein(Welche Lösung wäre hier die langlebigste und machbarste?
Heizfolien unten= Seitlich an jede Zelle geklebt?,
ein Wasserschlauch/Rohr um die Box geführt und zentral gewärmt(Hätte den Vorteil, mann könnte die Zellen auch kühlen bei Schnelladungen z.B.)?
WENN Heizfolien an jede Zelle, welche Spannung sollte jede Heizfolie haben, immer vier in Reihe um auf 12V zu kommen? Jede Zellfolie mit 48V(geht ja dann auch für 36V)
Hat jemand andere Vorschläge?

Die Pressung
Wie könnte man die Boxen so klein wie möglich bauen? Gewindestangen machen es unnötig breit z.B.
Man könnte eine verschweiße Box aus Alu oder Stahl bauen und wenn die Zellen dann eingesetzt sind, einen "Keil) einschlagen, der dann für die nötige Pressung sorgt z.B
Hat jemand andere Vorschläge?

Die Abmessungen
Bei den großen ~200Ah Zellen, wird man kaum drumherum kommen, bei 48V 4 Zellen außerhalb des Batterieraums zu verbauen :-( Außer jemand hat eine bessere Idee
Beim F4 muss man an den Kohlenhalter herankommen, also muss es in einzelnen Boxen ausgeführt werden, als 4 Stück z.B., damit man bei Arbeiten am motor, eine Kiste entfernen kann
Hat jemand andere Vorschläge?

Habe ich eine wichtige Sache vergessen?

Geil wäre halt bei einer z.B. 4 Box Lösung, das man die komplett geschlossen bauen könnte und z.B. mit sauber verlegte Einzeltseckern/Kabeln an jeder box arbeiten könnte und auch evtl die Hochstromanschlüsse mit Schraubanschlüssen an jeder Box versehen könnte, oder notfalls, Steckanschlüsse z.B.

Gibt es weitere Vorschläge?

 

[Lomax223]

Hallo Sven !

Da ist eine sehr gute Idee !

Allerdings würde ich mir auch eine Version für 13S wünschen da diese ohne jegliche weitere Änderung irgenwelcher elektrik Teile problemlos vom Thrige und allen anderen komponenten " verdaut " werden .


Gruß

Walter

 

[Kamikaze]

Es sollte beheizbar sein(Welche Lösung wäre hier die langlebigste und machbarste
Heizfolien unten= Seitlich an jede Zelle geklebt?,

Das wäre wohl die einfachste Variante. Kann wenig schief gehen damit.
Dazu ein oder zwei kleine Lüfter und entsprechende Löcher, dann kann im Sommer auch ein wenig gekühlt werden.
Völlig eingepackte Akkus werden insb. auf Langstrecken sehr warm.

ein Wasserschlauch/Rohr um die Box geführt und zentral gewärmt(Hätte den Vorteil, mann könnte die Zellen auch kühlen bei Schnelladungen z.B.)?

Hatte ich mir auch schon überlegt. Da gibt es allerlei Zeugs aus dem PC-Modding-Sektor, das hilfreich sein könnte.
Die Wasserschläuche (oder Wärmetauscher) müssten dabei allerdings mMn auch zwischen den Zellen liegen, damit Heizung und Kühlung auch wirklich direkt da ankommen, wo es wirken soll.
Die Zellen selbst sind da schon ziemlich dick und träge, was thermische Effekte angeht. Ist da eher nicht hilfreich, wenn man dann nur die Umgebung heizt/kühlt, und das auch noch mit Luftspalt. Sehr ineffizient.

Dazu kommt, dass als Kühlelement wohl am besten ein nicht leitendes Mineralöl mit ausreichend guten Frost-Eigenschaften verwendet werden müsste.
Falls mal ein Schlauch platzt soll ja nicht gleich der Akku kurzschließen/abfackeln.
Wird vermutlich auch nicht ganz billig zu haben sein.

WENN Heizfolien an jede Zelle, welche Spannung sollte jede Heizfolie haben, immer vier in Reihe um auf 12V zu kommen? Jede Zellfolie mit 48V(geht ja dann auch für 36V)

Ich würde da die Pakete für egal welche Lösung direkt anzapfen -> 12V
Dazu ein Schalter außen an der Box, ein Thermoschalter und eine Thermosicherung drinnen (sicher ist sicher), und es läuft einfach.

Hat jemand andere Vorschläge?

Peltier-Elemente können sowohl heizen, als auch kühlen und wären dabei wohl ein wenig effizienter als stumpfe Heizfolien oder Lüfter.

Die Pressung

Vorsicht bei völlig rigidem Einschluss der Zellen!
Sonst bekommt man sie nie wieder aus der Box heraus.
Außerdem treten beim Zyklieren der Zellen immense Kräfte auf. EVE empfielt als Druckverteiler 10mm dicke Stahlplatten, damit sich nichts verbiegt.
Damit würden die Kisten aber ziemlich schwer.
Was spricht gegen eine Verschraubung mindestens eines "Kistenendes" - idealerweise mit einem Feder-/Dämpfungselement, damit der Druck nicht so groß wird, dass die Zellen sich gegenseitig zerquetschen?
Für meine Hausbatterie habe ich dafür Gummi-Scheiben verwendet. Sind im Nachhinein etwas weich, aber sowas kann man sicherlich auch in härter organisieren.

Habe ich eine wichtige Sache vergessen?

Wie willst du das BMS-Thema regeln?
1 BMS je Kiste wird vermutlich teuer und man müsste von 4 Kisten jeweils einzeln den Ladestand checken.
Ein BMS, das alle Zellen ansteuern kann und mit einem Steckverbinder an- und abtrennbar ist wäre sinnvoll - ist aber auch nicht ganz billig und heißt vermutlich bei Einigen Fahrern Umbauten, da die Headunit irgendwo hin muss. (Boostech könnte das z.B.)
Oder 4 superbillige BMS und ein Coulomb-Zähler extern dazu?

Trennrelais gleiches Thema: Eins je Kiste? Ein für Alles? Garkeins und Prinzip Hoffnung? (Nutze ich aktuell so. )

 

[Sven Salbach]

Das BMS würde ich so lassen, wie ich es auch bei mir habe, aber ich denke der Schwerpunkt sollte erstmal in den Boxen liegen.
Wie du ja schon sagt, der nötige Druck ist nicht ohne und muss ja auch konstant über die Jahre bleiben, ohne das es sich aufbiegt

 

[Kamikaze]

Wie du ja schon sagt, der nötige Druck ist nicht ohne und muss ja auch konstant über die Jahre bleiben, ohne das es sich aufbiegt

Im PV-Forum werden dafür zunehmend Federn + Gewindestangen verwendet.
Braucht halt alles Platz.
Bei Hausbatterien nicht so wild, aber im EL ist es ja doch ziemlich eng.

Übrigens ist das beste Preis/Leistungs/Energieinhalts-Verhältnis aktuell bei Zellen der Größe 280-315Ah gegeben.
Ich fürchte bloß, dass man davon keine 12 - geschweige denn 16 in den EL-Batteriekorb bekommt. (Und zu hoch sind die Teile auch - da bräuchte es also einen speziellen Batteriefach-Deckel.) Damit bekäme man 16kWh in ein 48V-EL für unter 1.000€. *träum*

 

[wchriss]

@Sven Salbach ein Wasserschlauch/Rohr um die Box geführt und zentral gewärmt(Hätte den Vorteil, mann könnte die Zellen auch kühlen bei Schnelladungen z.B.)?

Ich denke über eine Kühlung im Sommer muss man sich nicht groß Gedanken machen, selbst bei meinen Extremtouren Bayern - Kroatien (600km) sind meine Akkus nie wärmer als 47° geworden.

 

[Sven Salbach]

Ja, an die Federlösung z.B. Verntilfedern auss dem KFZ Bereich, hatte ich auch schon gedacht
Aber der Platz..
Wie machen es denn die Autohersteller bei den E Autos?

Ja, bei der Erwärmung würde ich mich auch keinen Kopf machen, die blauen Flachzellen, haben einen so geringen Ri, das die eigentlich nicht zu warm werden sollten, außer bei Schnelladungen, da die Flachzellen das nicht so mögen


Das Problem, es sollte halt alles EL tauglich bleiben, also einfach und wenn man da mal ran muss, kein riesen Zirkus zu haben, da ist die Lüftung/Leitung/Schlauchlösung dann eigentlichs chon so gut wie raus, von Abmessung und Gewcht ganz zu schweigen, auch die Thermische Anbindung ist damit kaum vernünftig zu bewerkstelligen, ich wollte das aber erstmal als Möglichkeit in den Raum geworfen haben, evtl hat ja jemand eine praktikable Lösung dafür

 

[Kamikaze]

Wie machen es denn die Autohersteller bei den E Autos?

Verwenden die überhaupt prismatische Zellen?
Ich kenne da hauptsächlich Rund- und Pouch-Zellen.
Rundzellen sind von Natur aus stabiler gegen Innendruck und Pouch-Zellen müssen ohnehin speziell eingehaust/vergossen werden...

Das Problem, es sollte halt alles EL tauglich bleiben, also einfach und wenn man da mal ran muss, kein riesen Zirkus zu haben, da ist die Lüftung/Leitung/Schlauchlösung dann eigentlichs chon so gut wie raus,

Da sind wir uns einig.
Allerdings sehe ich noch nicht, warum ausgerechnet die Lüftung raus sein soll.
Lüfter gibt es in Flach (7-10mm); Löcher tragen nicht auf und steuern kann man das innerhalb der Kiste mit einem simplen Thermoschalter. Fast alle PC-Lüfter laufen auf 12V.
Sehe ich persönlich auch nicht komplizierter als eine Heizfolie.

 

[Sven Salbach]

JA, pouch Zelle, die müssen ja auch verpresst werden, nehme ich an.
Die Lüfter als Kühlung von oben sind sichr immernoch machbar, aber um die Zellen zu beheizen, sehe ich das als eine zu Aufwenidge und nachteile Möglichkeit an, um die Warme Luft oben abzuführe, da sollte nichts gegen sprechen

 

[Kamikaze]

Ach so - jau ein Heizlüfter-System wäre glaube ich auch technischer Overkill.
Dann lieber eine 12V-Heizfolie an den Kistenboden. Ist auch effizienter, weil die Wärme direkt ins Alu-Gehäuse der Zellen gelangen kann.

Die Kisten müssen am Ende untereinander noch balanciert werden können.
Dieser Balancer muss dann auch ausreichend stark sein, damit die unterschiedliche Belastung durch Heizung/Kühlung ausgeglichen werden kann.
Die bei günstigen BMS üblichen 0,XA werden dafür wohl nicht dauerhaft ausreichen fürchte ich.

 

[Sven Salbach]

ODer eben direkt an jede Zelle kleben, denn am Boden ist es schon wieder aufwenider, dachte ich, da man den Druck bei Erschütterungen etc von den Folien nehmen muss, nd wenn man was dazwischen legt, ist die Thermische Anbindung wieder deutlich schlechter und man muss länger vorheizen, als wenn die Folie direkt auf der Zelle klebt
Wie gesagt, Balancer können ja im Prinzip bleiben, wie die ejtzt bei vielen sind, ich würde mein Balancer Pmos weiterhin beibehalten, da sich da im Grunde nichts dran ändert, ob man es auf vier Blocke oder einen großen Block aufteilt, das ist nicht dramatisch, daher wird auch ken größerer Strom als 1A oder so zwingend benötigt

Was meinst du mit unterschiedlicher belastung(HeizungKühlung?
Das BMW spielt da ja in dem Zusammenhang erstmal keine Rolle

 

[Kamikaze]

Was meinst du mit unterschiedlicher belastung(HeizungKühlung?

Ich meine damit, dass die Heizung und Kühlung der einzelnen Kisten nicht immer zu 100% identisch ausfallen wird - also einzelne Zellen/Kisten deutlich anders belastet werden, als die übrigen.

Beispiel:
Drei dieser Kisten nebeneinander.
Im Heizbetrieb wird die mittlere Kiste von den beiden anderen zwangsläufig mit erwärmt und gegen die Umgebungsluft isoliert. Die Mittlere Kiste muss deutlich weniger heizen als die anderen beiden.

Im Kühlbetrieb wird die mittlere Kiste ebenfalls von den anderen beiden Kisten isoliert/gewärmt - muss also deutlich mehr kühlen als die anderen beiden.

--> "Kistendrift"

die Folie direkt auf der Zelle klebt

Es gibt auch Heizpads, die gleichzeitig als Isolator zwischen die Zellen gepresst werden können.
Man braucht nur die passende Größe.
Ist halt aufwändiger zu montieren als nur eine Folie an den Kistenboden zu kleben.

Wie gesagt, Balancer können ja im Prinzip bleiben, wie die ejtzt bei vielen sind, ich würde mein Balancer Pmos weiterhin beibehalten, da sich da im Grunde nichts dran ändert, ob man es auf vier Blocke oder einen großen Block aufteilt

Jaein. Das braucht mindestens eine verpolungssichere Steckverbindung, wenn man die Kisten einzeln entnehmen können soll.
Die wiederum verfälscht höchstwahrscheinlich die Messwerte und führt damit wahrscheinlich zu falschem balancing.
--> aktiv erzeugte Zelldrift

Die Messleitungen an üblichen BMS sind ja reine Spannungsabgriffe und kein Datenkabel, wie z.B. bei Boostech. (Da spielen Steckverbindungen eher keine Rolle.)

 

[Sven Salbach]

Achso, doch die ist immer zu 100%% bzw ist das nicht relevant weiter zu beachten, da die Abweichung nur minial ist, das zu realisieren ist überhaupt kein Problem und kein Aufwand.
Als steckverbinder eigne sich z.B. die 6 Polige Varinante aus dem PC bereich für Grafikkarten(Das kleinere Gegenstück zum 24Poligen Mainboarsdstromversorgungstwecker

Der Schwerpunkt leigt aber erstmal bei der eigentlichen Kisten
Wie man die idealerweise konstrueirt, den Korpus, den Deckel kann man später planen

 

[wchriss]

Mir persönlich würde eine Kiste wo alles drin ist bevorzugen, die man dann von oben in den Akkukasten runterlassen kann. Wiegt dann aber halt auch entsprechend. Darin sollte alles verbaut sein was benötigt wird ( Heizung / BMS evtl. Belüftung). Dann sind nur noch die Stecker für die Stromversorung die nach aussen gehen.
Habe da schon mal rumgerechnet, so bekommt man etwa 8kwh rein ( mit NMC-Akkus).

 

[Sven Salbach]

Keine Chance, wenn man am Motor oder controller etc ran muss, muss das zack zack gehen, ohne das man Arbeiten aufschiebt, nur weil man kein Bock auf die Aktion mit der Box hat.
Aber auch da profitiert man ja vermutlich bei der Ideenfindung zu den Einzelboxen .-)
Und der Schwerpunkt sind ja in diesem Fall die 2 oben genannten Flachzellen
Alles andere kann man damit nicht erschlagen und ist keinesfalls Teil der Planung, da es ja m eine Lösung für fast alle geht und nciht um Sonderlösungen für spezielle Fälle

 

[Kamikaze]

Der Schwerpunkt leigt aber erstmal bei der eigentlichen Kisten
Wie man die idealerweise konstrueirt, den Korpus, den Deckel kann man später planen

Ich halte es nicht für Sinnvoll die Steckverbindungen im Deckel unter zu bringen.
Erhöht den Montageaufwand und die Bauhöhe (incl. angesteckter Stecker) unnötig.

Zur Kistenkonstruktion: An welches Basismaterial hast du denn gedacht?

Mein erster Gedanke: Alu - das ist aber leitfähig - muss also innen isoliert werden; und es ist weich - für Gewinde oä. muss man also direkt Stahl-Einsätze vorsehen, damit die Spannkräfte aufgenommen werden können.

Mein zweiter Gedanke: Kunststoff - das ist leicht und isoliert (bei den hier betrachteten Spannungen). Gleichzeitig sind Kunststoffkisten idR. nicht stabil genug die Spannkräfte auf zu nehmen - da bräuchte es also eine Spannvorrichtung aus Metall drin oder dran.

Dritter Gedanke: Stahl. Ist zwar schwer und leitfähig, aber Gewicht ist ja nur ein sekundäres Thema (gegenüber Bleibatterien) und das Material wäre stabil genug, um die Spannvorrichtung direkt ins Kistendesign zu integrieren.

 

[Sven Salbach]

Die Buchse hätte ich vemutlich seitlich am Decker, aber wie gesagt, das Thema ist erst später aktuell, habe mir da auch noch nicht so viele gedanken zu gemacht.

jepp, richtung Stahlblech tendiere ich auch, Alu kann nicht jeder schweißen und es dehnt sich stärker(VDasist in diesem Fall vermutlich aber irrelevant)
Einfache Isolierung wäre dicke Pappe, wie bei den Papprollen der Rundzellen, sinnvoller wäre aber wohl Epoxy/Platinenmaterial z.B. da sicherer, und kein Risiko bei Feuchtigkeit.
Baut man die Kiste geschlsossen erscheint es sinnvoll wegen der Feuchtiggkeit brignt aber eine Menge mehr gewicht, baut man sie mit Rahmen reicht es eigentlich völlig aus, da man dann 2cm Styrodur als Dämmung drum machen könnte und dann ejde Boch in ein Plastigehäuse stecken könnte.
Somit ist e sdann auch isoliert, sonst sind nicht Heizkosten unsinnig hoch.
Anstelle des Kunststoffs, könnte man natürlich die äußere Hülle auch aus Alu bauen.

Knackpunkt ist aber halt nach wie vor, die Pressung.
Anderseits, wenn sowieso 2cm Dämmpung drumherum kommen, könnte man die Gewindestangen IN die Dämmung setzen und hätte evtl gar keinen Mehrplatzverbbrauch

 

[Kamikaze]

2cm Dämmpung

Ich hatte jetzt persönlich eher mit 5-10mm Dämmung gerechnet - aus Platzgründen.
Theoretisch könnte man die Zellen sogar in der Kiste einschäumen. Ist halt im Sommer dann kontraproduktiv.
Luft ist ebenfalls ein sehr guter Isolator - den kann man im Sommer aber zur Kühlung nutzen.
Daher mMn lieber nur 5mm Dämmung innen an der Kiste und dann schmale Abstandshalter um die Zellen zentriert zu halten.

Konstruktiv fände ich eine Rahmenkonstruktion aus Stahlprofilen charmant, an die dann in jede Richtung ein entsprechender "Deckel" geschraubt wird. Das Material, aus dem die "Deckel" sind wäre dann weitgehend egal - nur die Stirnseiten und der Rahmen müssten aus Stabilitätsgründen aus Stahl sein.
Erlaubt dann für Spannung über die Schrauben an den Stirnseiten (evtl. incl Abstandshalte-Platten) und einfache De-/Montage - wäre also sehr servicefreundlich, was später sicherlich hilfreich ist.

 

[Sven Salbach]

Ich denke die dicke der Dämmung entscheidet sich danach, wie viel Platz schlussendlich noch bleibt, wenn mehr oder weniger möglich ist, warum nicht.
Nur falls wir sowieso mit Gewindestangen arbeiten, wird es sowieso dicker als 5mm, dann kann man das natürlich auch gleich komplett für Dämmung nutzen
Bei einer M8 Gewindestange z.B. wenn die reicht

 

[wchriss]

@Sven Salbach Wie oft must du denn an den Controller ran ?

In den 5 Jahren muste ich genau einmal ran und zwar bei der Generalüberholung.
Der Motor ( ich denke wir reden über den F4) ist doch ohnehin separat im Akkukorb, da kommt man doch immer ran.
NMC gibts auch als Flachzellen !!