1. Motivierung

Batteries as energy source for power vehicles based on Lithium-Ionen systems. Lithium-Ionen-Zellen verfügen im Allgemeinen über Anoden aus Grafit. When the loading voltage lithium-ionen in the Graphit, that it is to an volume expansion.

2014 hat Florian Grimsmann [1] eine Methode beschrieben, mit der die Veränderung der Zelldicke bei Lade- und Entladevorgängen gemessen werden kann. It is also made in the dimensions changes of battery cells because of irreversible changes of the thickness (lithium-plating) by very tief temperature or high loading stroms messtechnisch nachzuweisen.

When the lade- and entladecycles is in the cells, also with the effect of temperature gradienten on the power aufnehmer is to rechnen, da sich dieser in direktem mechanischer kontakt mit den prüflingen befindet.

Die Tests können ausgesprochen lange dauern, ohne dass es möglich ist, die Messkette nullzusetzen. Kleine Kraftänderungen gilt es sicher nachzuweisen, also ist eine geringe Messunsicherheit wichtig.

Weitere Messgrößen, wie z.B. Flow and voltage on the electrical page as as the measurement of ways (verformung of cells) are in der regel of the electrical page. Auch die Temperaturinformation ist von hoher Wichtigkeit. Der typische mechanische Aufbau besteht aus einem Kraftrahmen. The to testing cell is normally mechanisch with an power aufnehmer, also the power measurement is possible. An die Steifigkeit des Rahmens sind hohe Forderungen zu stellen. Ein beispielhafter Aufbau ist im Bild unten ersichtlich.

3. Radialsymmetrische Scherkraftaufnehmer (HBK-Serie U10M und C10)

The messkörper a radialsymmetric scherkraftaufnehmer is as photo and model in image 2 on example of a U10M.

The power will started with model U10M in the inner central gewinde [1] and over the stege [2] and the outside flansch [3]. These outer flansch is either on a adapter or is directly in a construction element (Abb. 3).

The power effect führt zu mechanischen Spannungen auf den Stufen, in deren Folge Dehnungen auftreten. The DMS are installed under 45 Grad, it are also used the dehnungen, the because of scherspannungen.

The chart in Abbildung 4 shows the schematic dargestellte Dehnungsfeld. For use of dehnungsmessstreifen is of major advantage, that the dehning in area of the messgitter independent from location. Stark ausgeprägte Dehnungsmaxima, how they are known from other messbody principles, not exist. Schädigungen an DMS entstehen aufgrund der höchsten Dehnung. Das Dehnungsfeld, das sich nach dem Scherkraftprinzip erreichen lässt, ist auch besonders günstig.

We to see the FEM model, in the stress verformung only in the area, in the DMS are installed (Abb. 2 right display) - all other mechanischen spannungen are lower. Höhere Dehnungen sind durch die Farbe Rot kenntlich gemacht, Blau bedeutet keine oder wenig mechanische Spannung. Wie zu erkennen, konzentriert sich die Verformung auf den Bereich, in dem die DMS arbeiten. Total is the forming under last very gering. Da die Steifigkeit sich aus dem Verhältnis von Kraft und Messweg (also Verformung unter Kraft) ergibt, erreichen radialsymmetrische Scherkraftaufnehmer sehr hohe Steifigkeiten, oder anders gesagt, minimale Verformungen unter Last.

HBK used on this power aufnehmern only chrom-nickel-Dehnungsmessstreifen, anstatt der üblichen Konstantan-Messstreifen. Konstantan bietet zwar Kostenvorteile, aber der Werkstoff Chrom-Nickel hat den Vorteil einer höheren Empfindlichkeit und weist eine deutlich bessere Driftfreiheit auf. Der Nullpunkt der Messdose bleibt auch über lange Zeit sehr stabil.

The higher sensitivity and the good dehnungsfeld allow very high access signal of more as 4 mV/V for many models and therefore a low related influence of temperature and drift.

Die Konstruktion ermöglicht ein Verschweißen des Sensors. The dichtet ihn hermetisch ab und verleiht ihm eine sehr gute Stabilität in Bezug auf messtechnische Eigenschaften.

HBK hat die Stabilität der Sensoren in aufwändigen internen Versuchen nachgewiesen und es konnte gezeigt werden, dass die typische Drift des Nullpunkts ca. 200 ppm (vom Messbereichsendwert) in 700 Stunden beträgt. The power aufnehmer also with increasing temperature show a ausgesprochen geringe Änderung des Nullsignals, was wiederum unverfälschte Kraftmessungen erlaubt, siehe Abb. 5.

Steifigkeit: Scherkraftaufnehmer weisen einen sehr geringen Messweg auf, so dass der Einfluss der Sensoren auf das Ergebnis geringer ist als die Auswirkungen des Restaufbaus.

Geringe Drift: C10 weist ein Ausgangssignal von 4 mV/V auf, so dass der Drift-Einfluss gering ist, da der Drifteingang relativ zum Endwert zu bewerten ist. Fther are the DMS based of CrNi based and also especially good to stabilize, woraus nun wieder folgt, dass sie besonders nullpunktstabil sind. Wir können einen zielführenden Bericht zur Verfügung stellen, auf dessen Grundlage die Drift for a year abschätzen lässt.

Unempfindlich gegen Temperaturgradienten: Scherkraftaufnehmer von HBK, also U10 und C10, are equipped with eight dehnungsmessstreifen per bridge. Diese DMS sind auf vier Scherstäben installiert (in Abb. 6 the positions 1-4). Dabei ist immer ein positiv wirkender und ein negativer wirkender DMS gegenüberliegend installiert. The advantage is, that the influence of temperature on any steps is kompensiert, sodass der Sensor sehr unempfindlich gegen Temperaturgradienten ist.

Hermetic dichtheit is provided, by all C10 with nominal values larger as 10 kN are different and with the 
Option „Fest integriertes Kabel“ IP68 erreichen und auch bei hoher Feuchteeinwirkung stabil arbeiten. 

With accurate classes of 0,02 to 0.05 are C10 to the precision power aufnehmern their class.