Layout-Frage: 10s2p in 4x5 Konfiguration für 36V-Akku verschalten

[Gun]

Hallo zusammen,


ich plane gerade den Aufbau eines 10s2p-Akkupacks (36V nominal) und möchte diesen in einem 4x5-Layout (insgesamt 20 Zellen) anordnen.


Bevor ich mit dem Punktschweißen beginne, möchte ich sichergehen, dass ich das Verschaltungsschema für die Zellverbinder korrekt plane. Da die 4x5-Anordnung von der typischen linearen Anordnung abweicht, bin ich mir unsicher, wie ich die Reihen- und Parallelschaltungen am sinnvollsten lege, um kurze Wege für die Nickelstreifen zu gewährleisten und das BMS-Management sauber zu halten.


Meine Fragen dazu:


1. Gibt es für ein 4x5-Layout ein bewährtes Schema, um die 10 Zellen in Reihe (s) und 2 parallel (p) zu schalten?


2. Wie führt man bei diesem Layout am besten die Balancer-Kabel für das BMS, ohne dass sie sich kreuzen oder zu lang werden?


3. Gibt es bei dieser spezifischen Geometrie besondere Punkte hinsichtlich der Strombelastbarkeit der Verbinder zu beachten?


Für Tipps oder Skizzen/Fotos, wie ihr ein solches Layout löst, wäre ich sehr dankbar!


Vielen Dank im Voraus für eure Hilfe!

 

[hannes69]

So würd ich das machen (senkrechter Doppelstrich = Nickelstreifen, waagrechter Einfachstrich = Kupfer, Knubbel = Lötverbindung).
Ansicht von einer Seite, nur obere oder untere Hälfte, der Rest dann analog, sollte klar sein.
Nickelstreifen also nur parallel, die brauchen dann praktischerweise nur den einfachen Zellstrom tragen.
Seriell dann Kupfer mit der benötigten Strombelastbarkeit verlöten.
So ist das ganze aufgeräumt, ein sehr simples Layout, man braucht nicht unendlich viel Nickelstreifen layern zwecks Strom, es gibt durch das serielle Kupfer dann wenig Hitze, Verluste, Spannungsfall.
Geht so dann bei beliebigen Konfigurationen. Hab selber ein 10S5P so konfiguriert. Also bei mir die 5 parallelen zu einem Punkt zusammengeführt, dann zwei solche Punkte mit Kupfer verlötet.
Wenn man nur mit Nickel arbeitet, wird das komplizierter, dann muß man sich genau überlegen, wie die Ströme laufen, und dann das ganze optimieren bzw. einfach überdimensionieren. Geht wohl auch irgendwie, aber bei meiner Methode ist das viel simpler und man bekommt an keiner einzigen Stelle ein Problem mit unbekannten / zu großen Strom, solange die Nickelstreifen und das Kupfer ausreichend dimensioniert sind, aber hier kann man ja leicht rechnen, weil der Strompfad ja eindeutig ist.
Ich selber wollte zuerst auch Nickel nehmen, bin dann aber davon ab, weil die Anforderung an ein Punktschweißgerät hoch sind und ich nur dieses eine Pack fabriziert habe, habe also mit dem gearbeitet, was ich habe. Habe mit Solarzellenverbindern die Parallelen auf die Zellen gelötet und seriell Kupfereinzeladern aus der Kabelkiste verlötet. Wenn man das korrekt ausführt, gibts auch mit der Methode keine Probleme, die Zellen haben keinerlei Kapazitätsverlust (großer Lötkolben für schnelles Löten erforderlich, gutes bleihaltiges Lötzinn, Löthonig, Zellen anschleifen).
Aber auch hier wie oben gezeigt mit Nickel-Kupfer Kombination braucht man einen nicht zu schwachen Lötkolben, weil das hier etwas stärker dimensionierte Kupfer die Hitze vom Lötkolben sauber wegzieht, der muss dann auch nachliefern können. Man darf halt nicht ewig mit zu wenig Leistung rumeiern und die Zellen überhitzen, kurz und knackig mit großer Hitze löten lautet die Devise.

Nur mit Nickel zu arbeiten bietet sich vielleicht bei industrieller Produktion an, is halt schneller und billiger. Aber elektrisch hat das nur Nachteile. Wenn man so ein Pack schon selber macht, dann macht man gleich ein Vernünftiges

Edit: Weil das Layout hier so simpel ist, kann man auch erst die Nickelstreifen mit dem Kupfer verlöten und dann erst die Punkte schweißen, dann gibts 0 Hitzeproblem für die Zellen.

 

[Gun]

So würd ich das machen (senkrechter Doppelstrich = Nickelstreifen, waagrechter Einfachstrich = Kupfer, Knubbel = Lötverbindung).
Ansicht von einer Seite, nur obere oder untere Hälfte, der Rest dann analog, sollte klar sein.
Nickelstreifen also nur parallel, die brauchen dann praktischerweise nur den einfachen Zellstrom tragen.
Seriell dann Kupfer mit der benötigten Strombelastbarkeit verlöten.
So ist das ganze aufgeräumt, ein sehr simples Layout, man braucht nicht unendlich viel Nickelstreifen layern zwecks Strom, es gibt durch das serielle Kupfer dann wenig Hitze, Verluste, Spannungsfall.
Geht so dann bei beliebigen Konfigurationen. Hab selber ein 10S5P so konfiguriert. Also bei mir die 5 parallelen zu einem Punkt zusammengeführt, dann zwei solche Punkte mit Kupfer verlötet.
Wenn man nur mit Nickel arbeitet, wird das komplizierter, dann muß man sich genau überlegen, wie die Ströme laufen, und dann das ganze optimieren bzw. einfach überdimensionieren. Geht wohl auch irgendwie, aber bei meiner Methode ist das viel simpler und man bekommt an keiner einzigen Stelle ein Problem mit unbekannten / zu großen Strom, solange die Nickelstreifen und das Kupfer ausreichend dimensioniert sind, aber hier kann man ja leicht rechnen, weil der Strompfad ja eindeutig ist.
Ich selber wollte zuerst auch Nickel nehmen, bin dann aber davon ab, weil die Anforderung an ein Punktschweißgerät hoch sind und ich nur dieses eine Pack fabriziert habe, habe also mit dem gearbeitet, was ich habe. Habe mit Solarzellenverbindern die Parallelen auf die Zellen gelötet und seriell Kupfereinzeladern aus der Kabelkiste verlötet. Wenn man das korrekt ausführt, gibts auch mit der Methode keine Probleme, die Zellen haben keinerlei Kapazitätsverlust (großer Lötkolben für schnelles Löten erforderlich, gutes bleihaltiges Lötzinn, Löthonig, Zellen anschleifen).
Aber auch hier wie oben gezeigt mit Nickel-Kupfer Kombination braucht man einen nicht zu schwachen Lötkolben, weil das hier etwas stärker dimensionierte Kupfer die Hitze vom Lötkolben sauber wegzieht, der muss dann auch nachliefern können. Man darf halt nicht ewig mit zu wenig Leistung rumeiern und die Zellen überhitzen, kurz und knackig mit großer Hitze löten lautet die Devise.

Nur mit Nickel zu arbeiten bietet sich vielleicht bei industrieller Produktion an, is halt schneller und billiger. Aber elektrisch hat das nur Nachteile. Wenn man so ein Pack schon selber macht, dann macht man gleich ein Vernünftiges

Edit: Weil das Layout hier so simpel ist, kann man auch erst die Nickelstreifen mit dem Kupfer verlöten und dann erst die Punkte schweißen, dann gibts 0 Hitzeproblem für die Zellen.

Vielen Dank für deine ausführliche Antwort und das hilfreiche Beispiel! Da ich mein 4x5-Pack jedoch ausschließlich mit Nickelstreifen aufbauen möchte (ohne Kupferadern), bin ich mir bei der Verschaltung der Unterseite noch unsicher, um Kurzschlüsse zu vermeiden.


Könntest du mir bitte das Layout für 4x5 skizzieren, inklusive der genauen Platzierung der Nickelstreifen für die Oberseite und die Unterseite? Da ich Laie bin, würde mir eine vollständige, beidseitige Ansicht sehr helfen, damit ich die Reihenschaltung korrekt nachvollziehen kann.

Vielen Dank!

 

[hannes69]

Vom Prinzip her so.
Die fett umrandete Zelle ist die gleiche, damit du siehst, wie die Abbildung gespiegelt ist.
Die Punkte sind die 11 Anbindungen ans BMS fürs Balancing.
Wie 'stark' du die Verbindungen dann konkret ausführst, musst du dann selber entscheiden. Ich hab sie nur so gezeichnet, dass man sieht, was alles auf gleichem Potential liegt. Beim Punkt rechts unten ist hoffentlich klar, da läuft der Gesamtstrom drüber, bei dieser senkrechten Achse würde man mit einfacher Ausführung der Nickelstreifen nicht glücklich werden...
Das ist halt das Problem, das ich weiter oben ansprach. Wenn man nur mit Nickel arbeitet, muss man sich eben überlegen, wo man mehr davon verbauen muss und wo man weniger braucht. Das Zeug leitet halt um Welten schlechter als Kupfer. Für mich ist es weitaus sinnvoller, parallel die 'schwachen' Nickelstreifen und seriell das 'starke' Kupfer zu verwenden. Wie oben ja angesprochen, musst du ja dazu nicht auf den Zellen selber rumlöten oder die Zellen erhitzen, weil man Nickel und Kupfer zuerst verlöten kann. Seriell fließt bei so einem Pack ja durchaus ein beträchtlicher Strom, wenn man dann wenig Spannung verlieren will und die Verluste/Hitze minimieren will, muss man im Prinzip Streifen aus puren Nickel verwenden (nicht die vernickelten Stahldinger!), die dann so breit wie möglich, und dann noch so dick wie möglich (wobei der Punktschweißer hier schnell zum limitierenden Faktor wird), und dann auch noch mehrere übereinander schweißen. Das kann man machen, kann man aber bei einer manufakturiellen Fertigung auch bleiben lassen und den besseren Weg gehen. Nenne mir einen vernünftigen Grund für ausschließliche Nickelstreifennutzung
Im Übrigen paßt 'Laie' und 'Akkupackselberschweißen' nicht ganz so gut zusammen. Das selbstgebastelte Teil wird in nem Scooter landen, und der steht dann womöglich auch mal in ner Wohnung, Garage, Keller usw. rum. Der brennende Akku macht sich dann im Zweifelsfall nicht so gut dabei. Wenn das Akkupack fehlerhaft gefertigt ist, bestehen durchaus gewisse Risiken, Sicherungen in den Zellen und BMS hin oder her. Die Ströme in dem Ding im normalen Betrieb sind schon nicht klein, kurzgeschlossen wirds brachial. Und dann heiß und dann giftig.
Lies dich ordentlich ein und/oder nimm beim Bau Hilfe von jemanden in Anspruch, der sich selber in dem Thema nicht als Laie bezeichnet...

 

[Gun]

Vom Prinzip her so.
Die fett umrandete Zelle ist die gleiche, damit du siehst, wie die Abbildung gespiegelt ist.
Die Punkte sind die 11 Anbindungen ans BMS fürs Balancing.
Wie 'stark' du die Verbindungen dann konkret ausführst, musst du dann selber entscheiden. Ich hab sie nur so gezeichnet, dass man sieht, was alles auf gleichem Potential liegt. Beim Punkt rechts unten ist hoffentlich klar, da läuft der Gesamtstrom drüber, bei dieser senkrechten Achse würde man mit einfacher Ausführung der Nickelstreifen nicht glücklich werden...
Das ist halt das Problem, das ich weiter oben ansprach. Wenn man nur mit Nickel arbeitet, muss man sich eben überlegen, wo man mehr davon verbauen muss und wo man weniger braucht. Das Zeug leitet halt um Welten schlechter als Kupfer. Für mich ist es weitaus sinnvoller, parallel die 'schwachen' Nickelstreifen und seriell das 'starke' Kupfer zu verwenden. Wie oben ja angesprochen, musst du ja dazu nicht auf den Zellen selber rumlöten oder die Zellen erhitzen, weil man Nickel und Kupfer zuerst verlöten kann. Seriell fließt bei so einem Pack ja durchaus ein beträchtlicher Strom, wenn man dann wenig Spannung verlieren will und die Verluste/Hitze minimieren will, muss man im Prinzip Streifen aus puren Nickel verwenden (nicht die vernickelten Stahldinger!), die dann so breit wie möglich, und dann noch so dick wie möglich (wobei der Punktschweißer hier schnell zum limitierenden Faktor wird), und dann auch noch mehrere übereinander schweißen. Das kann man machen, kann man aber bei einer manufakturiellen Fertigung auch bleiben lassen und den besseren Weg gehen. Nenne mir einen vernünftigen Grund für ausschließliche Nickelstreifennutzung
Im Übrigen paßt 'Laie' und 'Akkupackselberschweißen' nicht ganz so gut zusammen. Das selbstgebastelte Teil wird in nem Scooter landen, und der steht dann womöglich auch mal in ner Wohnung, Garage, Keller usw. rum. Der brennende Akku macht sich dann im Zweifelsfall nicht so gut dabei. Wenn das Akkupack fehlerhaft gefertigt ist, bestehen durchaus gewisse Risiken, Sicherungen in den Zellen und BMS hin oder her. Die Ströme in dem Ding im normalen Betrieb sind schon nicht klein, kurzgeschlossen wirds brachial. Und dann heiß und dann giftig.
Lies dich ordentlich ein und/oder nimm beim Bau Hilfe von jemanden in Anspruch, der sich selber in dem Thema nicht als Laie bezeichnet...

Vielen Dank für deine ausführliche Antwort und vor allem für die Mühe, die du dir mit der Zeichnung gemacht hast! Ich weiß es wirklich zu schätzen, dass du dir die Zeit genommen hast, mir das Potenzial-Layout so verständlich zu skizzieren. Das hilft mir sehr, die Zusammenhänge zwischen den Zellen und dem Balancing besser zu verstehen.


Um ehrlich zu sein, habe ich das Pack bereits fertig im 2x10-Layout verschweißt, bevor ich deinen Beitrag gesehen habe. Ich hätte zwar im Nachhinein betrachtet vielleicht auch den 4x5-Block gewählt, weil er kompakter ist, aber jetzt ist es eben ein 2x10-Layout geworden. Technisch gesehen ist es ja elektrisch identisch zum 4x5-Aufbau, auch wenn es mechanisch etwas mehr Platz wegnimmt. Ich werde es in einer separaten Tasche am Rahmen unterbringen und mit einer entsprechenden Polsterung sicherstellen, dass da nichts wackelt oder verwindet.


Zu deinem Punkt mit den Nickelstreifen: Ich habe mich für vernickeltes Band entschieden, da ich es als Zusatzakku nutze. Da sich die Last auf den Hauptakku und meinen Zusatzakku aufteilt, fließt durch mein Pack nur ein Teil des Stroms, wodurch die Belastung pro Zelle und Band deutlich geringer ausfällt. Ich verstehe aber vollkommen, warum du sagst, dass reines Nickel oder Kupfer bei Hochstromanwendungen die bessere Wahl ist, um den Widerstand gering zu halten. Für mein aktuelles Projekt ist das jetzt mein gewählter Weg, aber ich nehme deinen Rat für zukünftige Vorhaben definitiv mit – das nächste Mal plane ich dann mit Kupfer als Verstärkung.


Was den Begriff ‚Laie‘ angeht: Danke für die deutliche Warnung. Ich bin mir sehr bewusst, welche Energien in so einem Akkupack stecken und dass das kein Spielzeug ist. Sicherheit hat bei mir oberste Priorität – gerade weil der Akku später im Alltag genutzt wird. Ich habe mich in die Materie eingelesen, gehe beim Bau extrem sorgfältig vor und werde das Pack beim ersten Laden definitiv unter Beobachtung an einem sicheren Ort testen.


Danke nochmals für deine Expertise und die kritischen Worte, das hat mir geholfen, mein Projekt noch einmal kritisch zu hinterfragen!

 

[hannes69]

Was es alles für seltsame Sachen gibt...
Gestern um 17 Uhr bist du gerade dabei, einen 10s2p Akku in 4x5 zu planen und stellst auch noch 3 spezifische Fragen dazu. Es wird also was geplant bzw. vielleicht ist teilweise auch schon was umgesetzt und du suchst Hilfestellung im Forum zur Durchführung eines aktuellen/zukünftigen Projekts. Als erster Post in einem Forum. Knapp 4 Stunden später erhältst du Antwort. 3 Stunden später antwortest du, aus der Antwort geht hervor, dass du immer noch beim planen eines 4x5 Layouts bist. Und verlangst genau dazu weitere Hilfestellung und forderst eine ausführliche Antwort. 3 Stunden später hast du diese.
2,5 Stunden später erklärst du, dass du inzwischen was ganz anderes gemacht hast.
Wozu willst du wertvolle Lebenszeit anderer Menschen beanspruchen und Hilfestellung zu einem aktuellen Projekt einfordern, wenn du am Schluß selber ohne die Hilfestellung was ganz anderes umsetzt?
Wenn du es ohne Hilfe selber kannst - dann mach es selber und vergeude nicht die Zeit anderer.
Wenn du Hilfe brauchst, nimm sie an und setze sie um.
So ist das ganze ein wenig lächerlich und bedarf womöglich Nachhilfe in Sozialverhalten.
Zum Thema selber, möglicherweise profitieren ja andere davon, is ja ein Forum hier:
Ja, elektrisch gesehen ist das Layout eher egal, die Serien- und Parallelschaltungen sind die selben, das Layout richtet sich nach den räumlichen Gegebenheiten. Wenn der Akku im Roller intern in den Kasten muss, hat man wenig Wahlfreiheit. Außen am Roller baut man halt was, was man gut unterbringt und einen nicht stört.
Vernickeltes Band kann man bei kleinen Strömen gerne nehmen, hier im Roller sind sie alles andere als klein. Wenn man es durchkalkuliert, muss man bei vernickelten Band halt einige Lagen übereinander nehmen, um die Verluste (gleich Hitze, gleich Spannungsfall) gering zu halten.
Nickel pur ist da eigentlich Pflicht, Kupfer als Leiter für den Gesamtstrom die bessere Wahl.
Der Originalkku im 1s ist ein 10s3p, in Originalsoftwarekonfiguration fließen ca. 15A maximal, beim Tuning landet man mitunter bei 25A (wer tunt nicht...). Zusammengeschalten ist der 10s3p mit dem 10s2p nun ein 10s5p. Der Originalakku trägt also ohne Tuning 9A und der Zusatzakku 6A, mit Tuning vielleicht 15A / 10A. Die vernickelten Streifen müssen also als Gesamtstrom 6A-10A je nach Konfiguration tragen, in den parallelen Zweigen 3A-5A (ist ja ein 2p Akku). Das ist schon ein bisschen was. Die meisten Punktschweisser schaffen vielleicht 0.15mm Streifen. Die tragen dann in gängiger Breite von 8mm ca. 3A, da ist klar, dass man mehrere Lagen/Stromwege braucht.
Ansonsten, viel Freude mit dem Zusatzpack, wenn die nötige Sorgfalt beim Bau da war, sollte ja nix schief gehen.