Hochstrom Verbindungselement
Hallo Freunde
Ich komme bei meinem Projekt langsam zu den Details der Spannungsversorgung. Zur Erinnerung, ich setze 12S1P LiFePO4 Akkus ein mit 16Ah. Nun lege ich die Leitungen in den Akkuboxen so aus, dass diese bei Kurzschluss nicht zur Wärmequelle werden, welche das Modell verbrennen lässt.
Die Akkuzellen haben einen Kurzschlussstrom von 240A. Natürlich setze ich Schmelzsicherungen ein, Mittelträge, die bis zu 100A abkönnen sollen. Die Zellen sind über Kupfer-Flachband, 25x3mm Querschnitt, verbunden und werden sicher einen Kurzschlussstrom vertragen, ohne dass sie sich übermäßig erwärmen. Auch verwende ich dieses Teil, um den Funkenschlag beim Anschliessen der Akkus zu vermeiden. Was mich bisher noch nicht befriedigt ist die Steckverbindung des Akkupacks. Goldkontakte gibt es ja passend für die von mir benötigten Ströme, aber dann sind diese so fest miteinander verbunden, das man die Steckverbindung kaum losbekommt. Kennt jemand eine Quelle für z. B. Schraubanschlüsse? Normal 2 Kupferfrähte, z. B. 3mm Durchmesser mit einem Außengewinde zu versehen und eine passende M3-Hülse wäre denkbar, aber die auf der Stirnseite nur anliegenden Kupferstirnseiten der Drähte dürften trotzdem einen beachtlichen Widerstand haben, der beim Durchfluss der 240A, für die ich die Verbindungen Dimensionieren will, zu einer Menge Verlustwärme und damit Erhitzung führen werden.
Ich hatte kürzlich die Gelegenheit zu sehen, wie in einem Modell 8mm Duchmesser Goldkontakte-Stecker, durch einen Kurzschlussstrom so erwärmt wurden, dass die Leitungen aus den Steckern ausgelötet wurden und dann durch die Erwärmung noch ein Kurzschluss passierte, da sich die Litzen berührten!
Ich hoffe ich habe meine Frage verständlich machen können!
Gruß Hellmut
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Hallo Hannes und Richard
Eure Hinweise und Informationen sind äußerst wertvoll! Eben komme ich zurück von einem längeren Sparziergang mit unserem Hund und bei diesen Spaziergängen durch Wald und Wiesen bin ich die Thematik nochmals gedanklich durchgegangen und zu dem Schluss gekommen, ich muss euch die Problemstellung vollständiger und mit Bildern untermalt geben. Bei euren Erfahrungen aus Theorie und Praxis fällt euch vielleicht was besseres ein als mir!
Anhang 19439
Hier stelle ich mich selber vor und den Rumpf, der die Akkuboxen aufnimmt.
Anhang 19440
Hier eine Draufsicht in den Rumpf mit den Akku-Imitaten. Ich habe sie aus Holz gemacht und in Längsnuten Blei eingegossen, so dass ihre Abmessungen mit den echten Batterien identisch sind und auch genauso viel wiegen, aber elektrisch tot sind.
Anhang 19441
Zwischen die zwei Akkuboxen kommen zwei Trommeln in Alu-Gehäuse, welche von jeweils einem Schrittmotor mit 3Nm Drehmoment angetrieben werden und welche die Segelsteuerung ermöglichen. Die im Bild vordere der 2 Akkuboxen ist niedriger als die Andere, die Schrittmotoren, die auf den Deckeln der Akkuboxen montiert werden, müssen aber gleich hoch sein. So nutze ich die Höhendifferenz und schaffe eine Box, in welche ich einiges an Elektronik einbaue, auf das man nur selten zugreifen muss. So werden darin zum Beispiel 2 DC/DC-Wandler eingebaut, die aus den 24VDC bis knapp 40VDC die vom Akkupack je nach Ladezustand kommen, in 12VDC und 24VDCSpannungen gewandelt werden. Die Spannung vom Akkupack werden direkt zur Speisung der Schrittmotoren verwendet, wodurch ich ein hohes Drehmoment auch bei schnelleren Umdrehungszahlen verfügbar haben werde. Die 24VDC brauche ich für die Elektrobremsen der Schrittmotoren, die werden über ein Schneckengetriebe und Ritzel auf der Rückseite des Motrors die Welle halten und so auch selbstblockierend sein, wodurch die Bremskraft, die eh nicht so stark ist, sicher reicht die Schrittmotoren stromlos in einer Haltestellung zu halten. Ein weiterer Wandler soll 12VDC bereitstellen. Die werden einerseits verwendet um über Linearregler an den einzelnen Aktoren und Sensoren-Einheiten die 5V, bzw. 3,3V zu erzeugen, die über eine Masse-Ringleitung überall die gleiche Referenzerde haben. Andererseits will ich den neuen Standard von NXP für den I2C-Bus nutzen, der bis 15V unterstützt, um die I2C-Busse im Rumpf störunanfällig zu machen und mit 12V beaufschlagen. Pegel konvertierende Buffer übernehmen das.
Das, was jetzt aus Holz als Akkuboxen-Querwände zu sehen ist, wird aus 10mm starken Alu-Platten erstellt. In diese Wände eingelassen sind die Verbindungsbänder zwischen den Polen der einzelnen Zellen und von diesen abgehend die Klingeldraht-Leitungen für den Balancer. Die Alu-Teile werden Pulver beschichtet, umso die gefahr versehentlicher Kurzschlüsse zu mindern. Direkt an den Verschraubungspunkten der Akkuzellenpole erstelle ich aus Kunststoff Drehteile die beidseitig angebracht sind und die Verbindungbohrung für die Schraube der Pol-Verschraubungen der zellen umschliessen. So wird an diesen Stellen innen ein Kunststoffdrehteil den direkten Kontakt der Zellenpole zum Alu unmöglich machen.
Jetzt zu der Verwendung der Hochstrom-Verbinder: Die Leitungen des Plus- und des Minus-Puls jeder Akkubox, also jeweils ein 6S1P-Akkupack, müssen zu einer "Schiene" in der Elektronikbox in der eigentlich niedrigeren Akkubox geleitet werden. Die Querwände aller Akkuboxen sind verschraubt. Der Minus-Pol der einen Akkubox wird auf einer Seite um die Module mit den Trommeln in der Mitte geführt, die der Plus-Pol auf der anderen Seite. Also muss zwischen der herausnehmbaren Querwand und den Modulen, jeweils an einer Seite, eine Steckverbindung gemacht werden, also 2 pro Seite. In diesen Seitenmodulen zwischen den beiden Akkuboxen kommt auf der Leitung des Plus-Poles auch die Schmelzsicherung hinein. Auch diese Seitenmodule sind absolut wasserdicht realisiert und werden auch die Klingeldraht-lLitungen für den Balancer aufnehmen. Hier ist die anforderung nicht Hochstromfestigkeit und niedriger widerstand, sondern nur niedriger Widerstand, damit die Messung der Zellenladung nicht verfälscht wird. In der Elektronikbox baue ich auch den internen Balancer vom aktuellen Akkumatik-Lader ein, der beim Betrieb des Modells die Funktion einer BMS (Battery Monitoring System) übernimmt und so die Akkuzellen und die Packs im Betrieb überwacht.
