Kühlung NiMH Akku-Pack notwendig/wie ?

Habe einen Akku-Pack mit 175 gehalterten NiMH Mignon Zellen (was einen Blei-AGM-Akku ersetzt). Funktioniert im Prinzip recht gut. Entnimmt man aber Größenordnung die halbe bis volle Energie ohne Pause binnen etwa 1 Stunde steigt die Temperatur im Kern des Packs auf ~40°C an. Bis 43°C wurden gemessen (25°C Umgebung). Die Zellen am Rand erreichen dabei nur ca. 10K weniger. Da die Kerntemperatur dann mit einer Halbwertszeit von vielleicht 2h absinkt, ist also die Wärmeableitung recht schlecht. Die Aufladung ist unkritisch langsam gestaltet (normal C/20..C/5) Laut z.B. http://www.duracell.com/OEM/Pdf/others/TECHBULL.pdf Tab. 7.2.1 wäre das noch am Rande des recommended Bereich (vermutlich ist Temp. eher bei Aufladen/Overcharge schädlich), wirkt sich aber vermutlich schon etwas negativ auf die Cycle Life Spanne aus. O.g. PDF Fig. 7.1.1. sinnvoll? - hab kein Diagramm gefunden, das "gemessener" aussieht oder nach Ladung/Entladung unterscheidet; was kann man dazu sagen?
Welche einfachen Maßnahmen (die nicht den Pack spürbar vergrössern) bringen am meisten um wirkungsvoll mehr Wärme herausleiten? Die Luftführung noch verbessern durch Bohrungen/ Kamin-Effekt? (Die Zellen stehen aufrecht 2-stöckig) Oder durch Alu / Kupfer.. ?
( Die Leitungswiederstände zwischen den Zellen sind bereits weitgehend optimiert <5 mOhm. Zelle selbst: ~25 mOhm bei 2Hz - wobei mir nicht ganz klar ist, inwieweit die thermisch wirksam werden. )
Grüsse Robert
F'up dsie

Bei 43°C brauchst Du Dir noch keine allzu grossen Sorgen machen. Frag mal in de.rec.modelle.misc, wie heiss Akkus werden können ;-). 50°C sind auch noch ok. Ich würde die Zellen voneinander durch kleine Abstandsstücke isolieren, so dass die Luft besser hindurchzirkulieren kann.
M.

Matthias Weingart wrote:
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Gibts eben verschiedene Temp.angaben in den Datenblättern. Hab leider noch keine realistischen Diagramme zu beschleunigten Ableben von Zellen bei verschiedenen genau definierten Belastung gesehen. Vermute aber auch, das diese Temperatur bei Entladung (1h + 1h "Nachwehen") weniger negativen Effekt hat.
Die Abstände sind schon recht fix. Mehr Platz geht nicht. Eher sind die Halterungen ein wenig "doof" in Punkto Plastikverteilung/-verschwendung - hier kann man ein wenig nachbohren. Als Alternative dachte ich evtl. an Alufolien, Kupfer o.ä. zwischenrein. Aber keine Erfahrung damit, was unter dem Strich rauskommt.
Grüsse Robert

robert wrote:
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Das würde ich zuerst probieren. Wenn man hinreichend große Löcher hat und der "Schornstein" schön hoch ist, sollten 10° Temperaturunterschied zumindest für eine leichte Konvektion sorgen.
  Quoted Text Here  
Das ist Plan B. Kupfer muss es nicht sein. Allerdings dürfte es nicht eben trivial werden, die Zellen thermisch gut an das Kühlblech zu koppeln. Die Wärmeleitung hängt dann ziemlich an wenigen Berührungspunkten, die Konvektion ist praktisch unterbunden, und die Wärmeleitfähigkeit von Luft bekanntermaßen schlecht. Man wird also ein Medium dazwischen benötigen (isolierende Paste/Flüssigkeit).
  Quoted Text Here  
Werden sie. Bei 2A Entladestrom pro Zelle sind es eben 100mW pro Zelle.
Im Zuge der Alterung sollte man auch noch eine Reserve einkalkulieren. 30-40 mOhm sollten die thermische Auslegung nicht aus dem Ruder bringen.
Marcel

Marcel Müller wrote:
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Dachte, dass die Kopplung über die Luft selbst hinreichend effekt bringt. Soll auch nicht irreversible mit Leitpaste und Klebern etc. gepanscht werden, da vgl. leichter Einzelzellenwechseln eine Haupteigenschaft des Systems ist. Mit richtigen Blechen ist allerdings auch nichts vom Platzbedarf her - eher nur bessere Folien.
Mir fehlt somit eine Größenordnungsabschätzung evtl. wie: was ist bzgl. Wärmeabfuhr besser:
* vgl. freie Luftkonvektion (ohne Motorlüfter) durch "pro 2 Mignon Zellen (2 x 5cm lang x 1.5cm Durchmesser) im Mittel... " einen effektiv wirksamen ~3mm-Durchmesser Kamin 11cm lang
* Konvektionraum verbauen durch Alufolie o.ä. evtl. besser wärmeleitendere Konstruktion.
  Quoted Text Here  
Ist es eben - wenngleich bei einer Verdopplung es dann Zeit zum Wechseln ist. (Gretchenfrage wieviele Zyklenäuivente die verwendeten Zellen bis dahin schaffen). Es soll auch noch höhere Umgebungstemperaturen bis 32°C vertragen.
Grüsse Robert

Moin,
robert schrub:
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Aus dem Bauch heraus würde ich sagen, diese Konvektion bringt quasi garnichts. Da kommt höchstens eine schleichende Luftströmung zustande, großzügig vielleicht ~100mm/s. So eine Strömung führt ... Luft: c_v=1kJ/kg/K, Masse: 1,29kg/m^3 -> Bei 100mm/s und 3mm Durchmesser sind das ein Volumenstrom von 1000mm^3/s macht also 1,29e-6kg/s. Also ein Wärmefluss von runden 1,29kJ/s/K. Bei 20K Temperaturdifferenz also 2,58e-6kJ/s also 2,58e-5W: Du transportierst damit also runde 2,5mW an Wärme ab. Allerdings pro Kanal, davon hast du ja mehrere.
Jedes bischen Wind draußen herum wird diese Strömung allerdings stören.
Ich würde die Sache entweder hinnehmen, oder jedenfalls versuchen, die Wärme an die Oberfläche zu bringen. Bleche im Inneren sind aus Platzgründen nicht möglich? Verwegene Idee: Heatpipes. In eine dichte Kiste einpacken und das Volumen mit Alkohol füllen, irgendwas passendes mit einem Siedepunkt kleiner zulässige Akkutemperatur. Dann werden die Akkus durch Verdunstung gekühlt und das verdunstete Kältemittel kondensiert an der Außenhaut wieder. Funzt wunderbar, du musst nur ein Kühlmittel finden, was einen passenden Siedepunkt hat (Aceton) und nicht die Akkus auflöst (doch kein Aceton) :-)
CU Rollo

Roland Damm schrieb:
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Fast noch ein bisschen einfacher zu merken: 1 l/s an Luft (mal Normaldruck und Temperatur vorausgesetzt) schafft etwa 1 W/K weg. Mit Reserve ;-)

Rolf_Bombach wrote:
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Schöne Hausnummer. Ggf. durch Minilüfter erreichbar. Zum Vergleich wär noch interessant was mit Alu-/Kupferstreifen/blech/folie in Längsrichtung ~2x5cm/2 längs, 1.5cm pro Zelle breit, X mm dick abgeführt wird.
Grüsse Robert

Moin,
robert schrub:
  Quoted Text Here  
Wärmeleitung von Alu ist 209W/m/K. Ein Aluklotz von 1m^2 Querschnittsfläche und einem Meter Länge transportiert also bei 1K Temperaturunterschied 209W. Ein Alublechstreifen von 5cm * 2mm (dick) transportiert bei dT K über eine Strecke von 10cm also ...4.18W.
Was natürlich nichts darüber aussagt, wie die Wärme auf der einen Seite in das Alu rein und auf der anderen Seite wieder rauskommt. Der Wärmeübergang Akku->Luft->Alublech dürfte bei den Dimensionen eher schwerer abzuschätzen sein. Der Kuchling-Faustformel: alpha=(5.6 + 4*(v/m*s))W/m^2/K [v=Strömungsgeschwindigkeit der Luft] würde ich jedenfalls hier nicht so sehr über den Weg trauen. Wenn sie stimmte, wäre das natürlich sehr wenig. CU Rollo

Roland Damm schrieb:
  Quoted Text Here  
Die Ankopplung ist in der Tat das zentrale Problem bei der Wärmeübertragung. Das ist der Grund, weshalb man Wärmeleitpasten und -folien verwendet. Ihre Wärmeleitung ist zwar meistens sehr deutlich schlechter als Metall. Aber sie eliminieren den Luftspalt und erhöhen damit den Wärmübergang dramatisch. Ihre maximale Wirkung entfalten sie dann, wenn sie möglichst dünn sind (weil sie schlechte Wärmeleiter sind) und trotzdem noch jeden Spalt ausfüllen (um die Einkopplung zu verbessern).
Servus Christoph Müller http://www.astrail.de

Christoph Müller wrote:
  Quoted Text Here  
Für die Geometrie, die ich meine (1.5cm breit, 5cm nach aussen) müsste das dann bei 2mm Dicke sein
>>> 209 * 0.015 * 0.002 * 20 / 0.05 2.5079999999999996 Watt
selbst bei einer dicken 0.1mm Industrie-Alu-Folie wie beabsichtigt wären es noch 125mW.
  Quoted Text Here  
Luft-Alu-Übergang wäre also nur etwa Größenordnung.
>>> 5.6 * 0.01 * 0.05 * 5 0.014 Watt
Bereits leichtes Andrücken sollte das aber erheblich verbessern - wie man z.B. an der Reaktionsgeschwindigkeit eines leicht angedrückten Temperaturfühlers sieht (auch an der dünnen Plastikummantelung der Akkus).
  Quoted Text Here  
Paste an den Akkus im Prinzip möglich, wenngleich ich die Sauerei bei dieser eher wartungsfreundlich gedachten Bauart lassen würde, wenn es ohne (d.h. Andrücken mit 2 Folien und elastisches Vlies o.ä.) einen signifikanten Effekt (>5K weniger Endtemperatur) ergibt.
Die endliche Wärmeabgabe an die Luft wäre das Nadelöhr - insgesammt bei 30cm * (6..30) cm zur Verfühung stehender Aussenfläche dann etwa 5.6 * 0.3 * 0.06 * 10K = (1..5) Watt
Also nur etwa (6..30) mW pro Zelle. Mit 5m/s Strömung und Konvektion vielleicht 5..15 Watt / (30.. 90) mW pro Zelle. Könnte grad so schon ohne weitere sperrige Technik den entscheidenden Effekt bringen. Ist die Wärme erstmal an der Aussenseite, kann man leichter noch dazuhelfen.
Grüsse Robert

robert schrieb:
  Quoted Text Here  
Vlies sollte man grade nicht nehmen. Viel zu viel Luft drin und elend lange Wege durch festes und schlecht leitendes Material. Silikonmasse wäre vielleicht was Brauchbares.
  Quoted Text Here  
Auf jeden Fall.
Servus Christoph Müller http://www.astrail.de

Christoph Müller wrote:
  Quoted Text Here  
geht nur um etwas dünnes elastisches hinter der Alufolie/blech zum Andrücken - nicht zur Wärmeleitung. Etwas Wärmeleitendes hat vermutlich nicht gleichzeitig noch elastische Eigenschaften.
Robert
  Quoted Text Here  

robert schrieb:
  Quoted Text Here  
Egal, was es ist. Besser als Luft wird das voraussichtlich immer leiten. Darauf kommt's an.
  Quoted Text Here  
Durchaus. Es geht ja nur darum, besser als Luft zu sein und die unvermeidlichen Spalte zu überbrücken, damit keine Luft im beabsichtigten Wärmeweg steht.
Servus Christoph Müller http://www.astrail.de

Moin,
Christoph Müller schrub:
  Quoted Text Here  
Man könnte einen Stapel aus Akku - Alufolie - was elastisches - Alufolie - Akku - Aluf.... basteln. Das elastische bewirkt, dass die Alufolie flächig am Akku anliegt und die schlechte Wärmeleitfähigkeit spielt keine Rolle weil ja zwischen den Alufolien keine Wärme fließen soll.
Nur bedingt das eben den Einsatz von Alufolie, die aber wegen ihrer Dünnheit kaum Wärme leitet.
Was mir dazu gerade einfällt, was ist eigentlich, wenn man die Akkus ihrer Plastikhülle beraubt? Erstens die und dann noch die Luftschicht darunter verschlechtern ja den Wärmetransport nach draußen schon mal erheblich. Man hat dann nur ein Problem mit der elektrischen Isolation, aber das kann man vielleicht mit Kunststoff-irgendwas als Tragstruktur (Luftdurchlässig) lösen.
CU Rollo

Roland Damm schrieb:
  Quoted Text Here  
Ist aber doch etwas kompliziert. Viele Wärmeleitsubstanzen sind eine Mischung aus z.B. Silikon und Al2O3-Pulver. Manche enthalten auch Silberpulver. Die Mischung sorgt für die Härte.
  Quoted Text Here  
Richtig.
Da wird meist mit Schrumpfschläuchen gearbeitet, die recht gut an der Oberfläche anliegen. Man wird also schon davon ausgehen können, dass die Wärme ganz gut an die Oberfläche abgeleitet wird.
Servus Christoph Müller http://www.astrail.de

robert schrieb:
  Quoted Text Here  
Hallo,
solche Wärmeprobleme sind sehr aufwendig zu berechnen.
Was einfach zu berechnen wäre: man kennt die abzuführende Wärmeleistung in Watt und die Temperaturdifferenz der Kühlluft von Austritt zu Eintritt. Zu bestimmen ist der dazu nötige Luftdurchsatz in l/s oder m^3/h. Benötigt wird dazu die Wärmekapazität der Luft bei dem herrschenden Druck.
Wenn man den nötigen Luftdurchsatz kennt kann man schätzen ob dafür ein kleiner, mittlerer oder grösserer Ventilator notwendig ist oder Konvektion reichen könnte.
Wenn Du die Akkus gut behandeln möchtest sollten sie alle eine möglichst gleiche und nicht zu hohe Temperatur haben, bei 20 °C leben sie länger als bei 40 °C.
Bye

Uwe Hercksen wrote:
  Quoted Text Here  
So pauschal gesagt ists natürlich etwas beliebig. Habe leider keine Diagramme gefunden die mir erlauben für die konkreten Temperaturbelastungs-Szenario differenzierter den Schadeffekt abzuschätzen. Nicht mal im Ansatz. Im o.g. Duracell-Datenblatt http://www.duracell.com/OEM/Pdf/others/TECHBULL.pdf ist nur eine pauschale Kurve bei der die Zellen wohl non-stop bei der Temperatur geladen, gehalten, gelagert und entladen werden. Ausserdem schaut die Kurve aus (wie sooft) wie künstlich gemalt, statt echt gemessen.
Grüsse Robert

X-No-Archive: Yes
begin quoting, robert schrieb:
  Quoted Text Here  
Echt? Serie oder parallel? Wie werden die denn geladen? Ich kann mir nicht vorstellen, daß das gut funktioniert.
  Quoted Text Here  
Ich halte die Temperatur für unkritisch.
  Quoted Text Here  
C/5 ist schon grenzwertig bis unzulässig ohne Einzelzellenüberwachung.
  Quoted Text Here  
Vermutlich nichts: Die Umgebungstemperaturen sind praktisch nie die (einzig relevanten) Oberflächentemperaturen der Zellen, also ist das eigentlich Voodoo.
  Quoted Text Here  
Wasserkühlung? ("Pack-modding" ;-) )
Miß halt mal die abgegebene Wärme über die Temperaturerhöhung eines definierten Luftstroms und dimensioniere dann die Luftdurchströmung so, daß sie ca. 10 K nicht übersteigt - mit den Temperaturen muß die Batterie dann eben leben. Die "Luftlöcher" zwischen den Rundzellen sollten eigentlich ausreichend groß sein, wenn dieLuft frei strömen kann. (Läßt sich ein irgendwo vorhandener Kühlluftstrom anzapfen bzw. abzweigen?)
  Quoted Text Here  
^ Ähem!
  Quoted Text Here  
^ und hier ebenpfalz kein Lehrzeichen.
Mit P = R * I^2 natürlich. Mignonzelle -> 2 A -> P = 20 mW
=> Vergiß es!
Gruß aus Bremen Ralf

Ralf Kusmierz wrote:
  Quoted Text Here  
Ähm, wie kommt die Zahl zustande?
0,025 * 2² ist bei mir 100mW.
Marcel