K├╝hlung 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 Gr├Â├čenordnung 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 W├Ąrmeableitung 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 w├Ąre das noch am Rande des recommended Bereich (vermutlich ist Temp. eher bei Aufladen/Overcharge sch├Ądlich), 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 Ma├čnahmen (die nicht den Pack sp├╝rbar vergr├Âssern) bringen am meisten um wirkungsvoll mehr W├Ąrme herausleiten? Die Luftf├╝hrung noch verbessern durch Bohrungen/ Kamin-Effekt? (Die Zellen stehen aufrecht 2-st├Âckig) Oder durch Alu / Kupfer.. ?
( Die Leitungswiederst├Ąnde 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. )
Gr├╝sse Robert
F'up dsie
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Bei 43┬░C brauchst Du Dir noch keine allzu grossen Sorgen machen. Frag mal in de.rec.modelle.misc, wie heiss Akkus werden k├Ânnen ;-). 50┬░C sind auch noch ok. Ich w├╝rde die Zellen voneinander durch kleine Abstandsst├╝cke isolieren, so dass die Luft besser hindurchzirkulieren kann.
M.
--
Bitte auf snipped-for-privacy@pentax.boerde.de antworten.

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Matthias Weingart wrote:

Gibts eben verschiedene Temp.angaben in den Datenbl├Ąttern. 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 Abst├Ąnde 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.├Ą. zwischenrein. Aber keine Erfahrung damit, was unter dem Strich rauskommt.
Gr├╝sse Robert
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robert wrote:

Das w├╝rde ich zuerst probieren. Wenn man hinreichend gro├če L├Âcher hat und der "Schornstein" sch├Ân hoch ist, sollten 10┬░ Temperaturunterschied zumindest f├╝r eine leichte Konvektion sorgen.

Das ist Plan B. Kupfer muss es nicht sein. Allerdings d├╝rfte es nicht eben trivial werden, die Zellen thermisch gut an das K├╝hlblech zu koppeln. Die W├Ąrmeleitung h├Ąngt dann ziemlich an wenigen Ber├╝hrungspunkten, die Konvektion ist praktisch unterbunden, und die W├Ąrmeleitf├Ąhigkeit von Luft bekannterma├čen schlecht. Man wird also ein Medium dazwischen ben├Âtigen (isolierende Paste/Fl├╝ssigkeit).

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
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Marcel M├╝ller wrote:

Dachte, dass die Kopplung ├╝ber 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 Gr├Â├čenordnungsabsch├Ątzung evtl. wie: was ist bzgl. W├Ąrmeabfuhr besser:
* vgl. freie Luftkonvektion (ohne Motorl├╝fter) 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.├Ą. evtl. besser w├Ąrmeleitendere Konstruktion.

Ist es eben - wenngleich bei einer Verdopplung es dann Zeit zum Wechseln ist. (Gretchenfrage wieviele Zyklen├Ąuivente die verwendeten Zellen bis dahin schaffen). Es soll auch noch h├Âhere Umgebungstemperaturen bis 32┬░C vertragen.
Gr├╝sse Robert
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Moin,
robert schrub:

Aus dem Bauch heraus w├â┬╝rde ich sagen, diese Konvektion bringt quasi garnichts. Da kommt h├â┬Âchstens eine schleichende Luftstr├â┬Âmung zustande, gro├â┬čz├â┬╝gig vielleicht ~100mm/s. So eine Str├â┬Âmung f├â┬╝hrt ... 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 W├â┬Ąrmefluss 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 W├â┬Ąrme ab. Allerdings pro Kanal, davon hast du ja mehrere.
Jedes bischen Wind drau├â┬čen herum wird diese Str├â┬Âmung allerdings st├â┬Âren.
Ich w├â┬╝rde die Sache entweder hinnehmen, oder jedenfalls versuchen, die W├â┬Ąrme an die Oberfl├â┬Ąche zu bringen. Bleche im Inneren sind aus Platzgr├â┬╝nden nicht m├â┬Âglich? Verwegene Idee: Heatpipes. In eine dichte Kiste einpacken und das Volumen mit Alkohol f├â┬╝llen, irgendwas passendes mit einem Siedepunkt kleiner zul├â┬Ąssige Akkutemperatur. Dann werden die Akkus durch Verdunstung gek├â┬╝hlt und das verdunstete K├â┬Ąltemittel kondensiert an der Au├â┬čenhaut wieder. Funzt wunderbar, du musst nur ein K├â┬╝hlmittel finden, was einen passenden Siedepunkt hat (Aceton) und nicht die Akkus aufl├â┬Âst (doch kein Aceton) :-)
CU Rollo
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Roland Damm schrieb:

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 ;-)
--
mfg Rolf Bombach

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Rolf_Bombach wrote:

Sch├â┬Âne Hausnummer. Ggf. durch Minil├â┬╝fter erreichbar. Zum Vergleich w├â┬Ąr noch interessant was mit Alu-/Kupferstreifen/blech/folie in L├â┬Ąngsrichtung ~2x5cm/2 l├â┬Ąngs, 1.5cm pro Zelle breit, X mm dick abgef├â┬╝hrt wird.
Grüsse Robert
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Moin,
robert schrub:

W├â┬Ąrmeleitung von Alu ist 209W/m/K. Ein Aluklotz von 1m^2 Querschnittsfl├â┬Ąche und einem Meter L├â┬Ąnge transportiert also bei 1K Temperaturunterschied 209W. Ein Alublechstreifen von 5cm * 2mm (dick) transportiert bei dT K ├â┬╝ber eine Strecke von 10cm also ...4.18W.
Was nat├â┬╝rlich nichts dar├â┬╝ber aussagt, wie die W├â┬Ąrme auf der einen Seite in das Alu rein und auf der anderen Seite wieder rauskommt. Der W├â┬Ąrme├â┬╝bergang Akku->Luft->Alublech d├â┬╝rfte bei den Dimensionen eher schwerer abzusch├â┬Ątzen sein. Der Kuchling-Faustformel: alpha=(5.6 + 4*(v/m*s))W/m^2/K [v=Str├â┬Âmungsgeschwindigkeit der Luft] w├â┬╝rde ich jedenfalls hier nicht so sehr ├â┬╝ber den Weg trauen. Wenn sie stimmte, w├â┬Ąre das nat├â┬╝rlich sehr wenig. CU Rollo
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Roland Damm schrieb:

Die Ankopplung ist in der Tat das zentrale Problem bei der W├â┬Ąrme├â┬╝bertragung. Das ist der Grund, weshalb man W├â┬Ąrmeleitpasten und -folien verwendet. Ihre W├â┬Ąrmeleitung ist zwar meistens sehr deutlich schlechter als Metall. Aber sie eliminieren den Luftspalt und erh├â┬Âhen damit den W├â┬Ąrm├â┬╝bergang dramatisch. Ihre maximale Wirkung entfalten sie dann, wenn sie m├â┬Âglichst d├â┬╝nn sind (weil sie schlechte W├â┬Ąrmeleiter sind) und trotzdem noch jeden Spalt ausf├â┬╝llen (um die Einkopplung zu verbessern).
Servus Christoph Müller http://www.astrail.de
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Christoph Müller wrote:

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 w├â┬Ąren es noch 125mW.

Luft-Alu-├â┬ťbergang w├â┬Ąre also nur etwa Gr├â┬Â├â┬čenordnung.
>>> 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).

Paste an den Akkus im Prinzip m├â┬Âglich, wenngleich ich die Sauerei bei dieser eher wartungsfreundlich gedachten Bauart lassen w├â┬╝rde, wenn es ohne (d.h. Andr├â┬╝cken mit 2 Folien und elastisches Vlies o.├â┬Ą.) einen signifikanten Effekt (>5K weniger Endtemperatur) ergibt.
Die endliche W├â┬Ąrmeabgabe an die Luft w├â┬Ąre das Nadel├â┬Âhr - insgesammt bei 30cm * (6..30) cm zur Verf├â┬╝hung stehender Aussenfl├â┬Ąche dann etwa 5.6 * 0.3 * 0.06 * 10K = (1..5) Watt
Also nur etwa (6..30) mW pro Zelle. Mit 5m/s Str├â┬Âmung und Konvektion vielleicht 5..15 Watt / (30.. 90) mW pro Zelle. K├â┬Ânnte grad so schon ohne weitere sperrige Technik den entscheidenden Effekt bringen. Ist die W├â┬Ąrme erstmal an der Aussenseite, kann man leichter noch dazuhelfen.
Grüsse Robert
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robert schrieb:

Vlies sollte man grade nicht nehmen. Viel zu viel Luft drin und elend lange Wege durch festes und schlecht leitendes Material. Silikonmasse w├â┬Ąre vielleicht was Brauchbares.

Auf jeden Fall.
Servus Christoph Müller http://www.astrail.de
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Christoph Müller wrote:

geht nur um etwas d├â┬╝nnes elastisches hinter der Alufolie/blech zum Andr├â┬╝cken - nicht zur W├â┬Ąrmeleitung. Etwas W├â┬Ąrmeleitendes hat vermutlich nicht gleichzeitig noch elastische Eigenschaften.
Robert

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robert schrieb:

Egal, was es ist. Besser als Luft wird das voraussichtlich immer leiten. Darauf kommt's an.

Durchaus. Es geht ja nur darum, besser als Luft zu sein und die unvermeidlichen Spalte zu ├â┬╝berbr├â┬╝cken, damit keine Luft im beabsichtigten W├â┬Ąrmeweg steht.
Servus Christoph Müller http://www.astrail.de
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Moin,
Christoph Müller schrub:

Man k├â┬Ânnte einen Stapel aus Akku - Alufolie - was elastisches - Alufolie - Akku - Aluf.... basteln. Das elastische bewirkt, dass die Alufolie fl├â┬Ąchig am Akku anliegt und die schlechte W├â┬Ąrmeleitf├â┬Ąhigkeit spielt keine Rolle weil ja zwischen den Alufolien keine W├â┬Ąrme flie├â┬čen soll.
Nur bedingt das eben den Einsatz von Alufolie, die aber wegen ihrer D├â┬╝nnheit kaum W├â┬Ąrme leitet.
Was mir dazu gerade einf├â┬Ąllt, was ist eigentlich, wenn man die Akkus ihrer Plastikh├â┬╝lle beraubt? Erstens die und dann noch die Luftschicht darunter verschlechtern ja den W├â┬Ąrmetransport nach drau├â┬čen schon mal erheblich. Man hat dann nur ein Problem mit der elektrischen Isolation, aber das kann man vielleicht mit Kunststoff-irgendwas als Tragstruktur (Luftdurchl├â┬Ąssig) l├â┬Âsen.
CU Rollo
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Roland Damm schrieb:

Ist aber doch etwas kompliziert. Viele W├â┬Ąrmeleitsubstanzen sind eine Mischung aus z.B. Silikon und Al2O3-Pulver. Manche enthalten auch Silberpulver. Die Mischung sorgt f├â┬╝r die H├â┬Ąrte.

Richtig.
Da wird meist mit Schrumpfschl├â┬Ąuchen gearbeitet, die recht gut an der Oberfl├â┬Ąche anliegen. Man wird also schon davon ausgehen k├â┬Ânnen, dass die W├â┬Ąrme ganz gut an die Oberfl├â┬Ąche abgeleitet wird.
Servus Christoph Müller http://www.astrail.de
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robert schrieb:

Hallo,
solche W├Ąrmeprobleme sind sehr aufwendig zu berechnen.
Was einfach zu berechnen w├Ąre: man kennt die abzuf├╝hrende W├Ąrmeleistung in Watt und die Temperaturdifferenz der K├╝hlluft von Austritt zu Eintritt. Zu bestimmen ist der dazu n├Âtige Luftdurchsatz in l/s oder m^3/h. Ben├Âtigt wird dazu die W├Ąrmekapazit├Ąt der Luft bei dem herrschenden Druck.
Wenn man den n├Âtigen Luftdurchsatz kennt kann man sch├Ątzen ob daf├╝r ein kleiner, mittlerer oder gr├Âsserer Ventilator notwendig ist oder Konvektion reichen k├Ânnte.
Wenn Du die Akkus gut behandeln m├Âchtest sollten sie alle eine m├Âglichst gleiche und nicht zu hohe Temperatur haben, bei 20 ┬░C leben sie l├Ąnger als bei 40 ┬░C.
Bye
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Uwe Hercksen wrote:

So pauschal gesagt ists nat├╝rlich etwas beliebig. Habe leider keine Diagramme gefunden die mir erlauben f├╝r die konkreten Temperaturbelastungs-Szenario differenzierter den Schadeffekt abzusch├Ątzen. 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 k├╝nstlich gemalt, statt echt gemessen.
Gr├╝sse Robert
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X-No-Archive: Yes
begin quoting, robert schrieb:

Echt? Serie oder parallel? Wie werden die denn geladen? Ich kann mir nicht vorstellen, da├č das gut funktioniert.

Ich halte die Temperatur f├╝r unkritisch.

C/5 ist schon grenzwertig bis unzul├Ąssig ohne Einzelzellen├╝berwachung.

Vermutlich nichts: Die Umgebungstemperaturen sind praktisch nie die (einzig relevanten) Oberfl├Ąchentemperaturen der Zellen, also ist das eigentlich Voodoo.

Wasserk├╝hlung? ("Pack-modding" ;-) )
Mi├č halt mal die abgegebene W├Ąrme ├╝ber die Temperaturerh├Âhung eines definierten Luftstroms und dimensioniere dann die Luftdurchstr├Âmung so, da├č sie ca. 10 K nicht ├╝bersteigt - mit den Temperaturen mu├č die Batterie dann eben leben. Die "Luftl├Âcher" zwischen den Rundzellen sollten eigentlich ausreichend gro├č sein, wenn dieLuft frei str├Âmen kann. (L├Ą├čt sich ein irgendwo vorhandener K├╝hlluftstrom anzapfen bzw. abzweigen?)

^ Ähem!

^ und hier ebenpfalz kein Lehrzeichen.
Mit P = R * I^2 nat├╝rlich. Mignonzelle -> 2 A -> P = 20 mW
=> Vergi├č es!
Gru├č aus Bremen Ralf
--
R60: Substantive werden gro├č geschrieben. Grammatische Schreibweisen:
adressiert Appell asynchron Atmosph├Ąre Autor bi├čchen Ellipse Emission
  Click to see the full signature.
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Ralf Kusmierz wrote:

Ähm, wie kommt die Zahl zustande?
0,025 * 2┬▓ ist bei mir 100mW.
Marcel
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