Làm thế nào hợp lý là yêu cầu về một giải pháp pin 200 kW?


8

Sau câu hỏi này được đăng trên Hàng không: SE:

có liên quan đến một bảng lơ lửng được mô tả trên trang web của nhà cung cấp :

nhập mô tả hình ảnh ở đây
( nguồn )

Tôi muốn đánh giá tuyên bố thiết bị này thực sự tồn tại. Đặc biệt tôi tự hỏi nếu có thể sử dụng pin để cung cấp 200 kW như yêu cầu. Tôi không cố gắng đánh giá các khía cạnh khí động học.

Tôi không thấy công nghệ nào có thể được sử dụng ngoài tế bào Li-ion. Giả sử điều này là đúng, giải pháp này có tương thích với các đặc điểm được yêu cầu không:

  • Công suất được giao: 200 kW,
  • Thời gian chạy: 3 phút cho người dùng 110 kg, đến 6 phút cho người dùng 82 kg,
  • Thời gian sạc: 6 giờ, giảm xuống còn 35 phút khi sử dụng trạm nối.

Cân nhắc các đặc điểm Li-ion với kiến ​​thức của một kỹ sư điện, có bất kỳ khía cạnh nào có thể ngăn cản giải pháp này hoạt động, ví dụ:

  • Trọng lượng, thể tích của pin (bảng có kích thước 145 × 76 × 15 cm),
  • Kích thước dây (có rất ít phòng có sẵn trong hộp),
  • Hiện tại để sạc (điều này khả thi để sạc trong 35 phút),
  • Thời gian xả (các tế bào sẽ cho phép được thải trong 3 đến 6 phút),
  • Chi phí (thay thế pin được cung cấp ở mức $ 6.840).

Xin vui lòng không suy đoán, nhưng biết sự thật chắc chắn sẽ mâu thuẫn hoặc hỗ trợ khả năng của giải pháp. Chẳng hạn, tôi nghĩ những suy luận này là chính xác:

  • Trong 3 phút lơ lửng, với 200 kW, khoảng 10 kWh được sử dụng.
  • Do năng lượng và mật độ riêng của Li-ion, điều này có nghĩa là 40 kg và 14 dm3 cho pin.
  • Giá của pin: Với mức giá tối ưu 0,40 $ / Wh, đây sẽ là 4.000 USD.
  • Sạc 10 kWh trong nửa giờ cần bộ sạc 20 kW.
  • Giả sử cos = 1, điều này có nghĩa là 91 A đối với điện áp 220 V (vượt xa những gì thường thấy ở nhà) và 5.000 A đối với điện áp tế bào Li-ion (điều này sẽ yêu cầu các dây lớn không thể nhìn thấy trong hình).

Điều đó đi qua dòng đầu cơ, IMO.
Matt Young

3
@MattYoung: Dường như với tôi, việc xác định trọng lượng hoặc khối lượng của các tế bào có thể cung cấp 200 kW là rất thiết thực. Tương tự để đánh giá nếu các tế bào có thể được thải ra trong 6 phút. Những khía cạnh làm phiền bạn?
phút

Về cơ bản bạn đang hỏi "Sẽ an toàn là hợp lý". Ý bạn là như thế nào? Và làm thế nào có ai ở đây được cho là có thể biết về giá pin mà hai công ty đàm phán?
đường ống

Ồ, và một điều nữa, tôi thậm chí sẽ không muốn trả lời câu hỏi này trừ khi bạn thực sự đặt các số liệu trong câu hỏi. Nó sẽ trở nên vô nghĩa nếu nhà sản xuất thay đổi thông số kỹ thuật hoặc loại bỏ sản phẩm.
đường ống

4
@pipe: Có lẽ bạn có thể tích cực một chút và đề xuất cải tiến, không phải trang web này được cho là hỗ trợ chứ không phải chỉ trích?
phút

Câu trả lời:


11

203kW / 36 quạt = 5,6kW mỗi quạt.

Điện áp làm việc 38V ngụ ý 10S Lipo (3,8V mỗi tế bào).

5,6kW / 38V = 150A. Chúng tôi muốn 3 phút với toàn bộ sức mạnh. Với một nửa công suất, nó sẽ rút 75A trong 6 phút (thời lượng tối đa). Yêu cầu dung lượng pin lớn hơn 150 * (3/60) hoặc 75 * (6/60) = 7,5ah mỗi quạt.

Nó có thể được thực hiện?

Có vẻ như quạt đường kính 120mm sẽ phù hợp với không gian được cung cấp. Đây là một quạt 120mm nặng 1kg và tạo lực đẩy 7,5kg trong 12S: -

Hợp kim 120mm 11 EDF 700kv - 7000watt

Trên 10S, nó sẽ tiêu thụ năng lượng ít hơn khoảng 30% và tạo ra lực đẩy ít hơn khoảng 15%, vì vậy, giả sử 5kW và 6,5kg (quạt mà họ đang sử dụng có thể có động cơ khác nhau, nhưng chúng ta có thể mong đợi hiệu suất tương tự ở cùng mức công suất).

Và đây là pin 10S 4Ah nặng 905g: -

Gói Lipo ZIPPY nhỏ gọn 4000mAh 10S 25C

Bảng dường như sử dụng tổng cộng 72 pin - hai pin cho mỗi quạt. 2 x 4Ah = 8Ah, gần với công suất yêu cầu của chúng tôi. Tốc độ xả tối đa là 4 x 25C = 100A mỗi pin hoặc 200A cho mỗi cặp song song (và chúng tôi 'chỉ' cần 150A!). Tốc độ sạc tối đa là 5C, cao hơn tốc độ 2C cần thiết cho một lần sạc 35 phút. Với giá $ 67 mỗi gói, tổng chi phí pin là $ 4824.

72 pin của chúng tôi nặng 905g x 72 = 65kg. 36 quạt nặng 36kg. Thêm 10% nữa cho ESC, hệ thống dây và cấu trúc hỗ trợ, và chúng tôi có tổng trọng lượng bảng ~ 110kg. Bảng này sẽ tạo ra lực đẩy 6,5kg x 36 = 234kg trong không khí tự do. Ở một nửa lực đẩy sẽ giảm xuống còn khoảng 75%, nhưng có thể được tăng cường nhờ hiệu ứng mặt đất - vì vậy có lẽ lực đẩy lơ lửng của 'thời lượng' là 210kg. Lấy đi trọng lượng của bảng và bạn có khả năng tải trọng 100kg.

Có vẻ như có thể!


1
Đặt một chiếc váy lên nó ... nó sẽ hoạt động .... và cách cuối cùng lâu hơn ... lol
Spoon

3
Câu trả lời được xây dựng rất tốt của bạn rất hữu ích với @Peter Kämpf để đánh giá các khía cạnh khí động học trên Hàng không: SE . Cảm ơn rất nhiều Bruce.
phút

Có vẻ như có thể, nhưng làm thế nào về bộ sạc 10kW? Làm thế nào mà trông như thế nào?
John Dvorak

Bộ sạc 10kW có sẵn. Tuy nhiên, tôi sẽ chia pin thành 2 hoặc nhiều mô-đun có thể tháo ra khỏi bo mạch để sạc và sử dụng bộ sạc nhỏ hơn có thể tắt nguồn điện lưới thông thường. Tôi cũng sẽ tăng thời gian sạc 'nhanh' lên 1 giờ (tốc độ sạc Lipo tiêu chuẩn).
Bruce Abbott

0

Tôi muốn đánh giá tuyên bố thiết bị này thực sự tồn tại. Đặc biệt tôi tự hỏi nếu có thể sử dụng pin để cung cấp 200 kW như yêu cầu.

1) Trọng lượng của bộ pin cần thiết để cung cấp năng lượng cho ArcaBoard trong 2,4 phút là thực tế. Ví dụ: nếu chúng ta sử dụng pin loại Tattu 22.2V, 22Ah, 488.4Wh, 25C, trọng lượng = 5,8 lbs, chúng ta sẽ có 43,7 kg cho tổng khối lượng của gói cần thiết để tạo ra 272 hp trong 60 phút / 25 = 2,4 phút ( gần với 3 phút được ARCA yêu cầu):

2 x 5,8 lbs x 272 mã lực / (22 A x 44,4 V x 25) = 43,7 kg

Ngay cả khi xem xét 38 V thay vì 44,4 V, tổng khối lượng của gói sẽ tăng từ 43,7 kg lên 51 kg, để lại thêm 31 kg cho trọng lượng của bảng, quạt gió và các phụ kiện khác (ArcaBoard có trọng lượng 82 kg). Vấn đề chính không phải là trọng lượng của pin mà là sự kém hiệu quả của quạt gió được ARCA sử dụng. Họ hoàn toàn không phù hợp với ban lãnh đạo Arca như đã giải thích tại điểm (2).

2) Lực đẩy tĩnh lý thuyết tối đa có thể đạt được với Quạt có ống dẫn điện được đặc trưng bởi: Đường kính = 120 mm và Công suất = 272 hp / 36 = 5,63 kW là:

(1,2 kg / m ^ 3 x (5,63 mã lực) ^ 2 x pi x (120 mm) ^ 2/2) ^ (1/3) = 9,7 kgf

(Tôi đã sử dụng công thức cho lực đẩy tĩnh tối đa có thể là hàm của công suất và đường kính của chân vịt. Hiệu suất tổng thể được coi là 100%. Đối với hiệu suất thực tế, nhỏ hơn 1, Công suất không phải là 5,63 mã lực mà là hiệu suất 5,63 x )

Như bạn thấy, 36 người hâm mộ, có tổng công suất 272 mã lực, có thể nâng lý thuyết 9,7 kg x 36 = 349 kg, cao hơn 192 kg ArcaBoard (bao gồm cả trọng lượng của phi công). Không có giới hạn bị vi phạm.

Tuy nhiên, cấu hình với đường kính 36, 120 mm, cánh quạt rất tệ vì cùng một công thức tôi đã sử dụng ở trên nói rằng một cánh quạt 26 inch duy nhất được cung cấp bởi động cơ 5,63 mã lực tạo ra:

(1,2 kg / m ^ 3 x (5,63 mã lực) ^ 2 x pi x (26 inch) ^ 2/2) ^ (1/3) = 30 kgf

Do đó, tám động cơ 5,63 mã lực, quay cánh quạt 26 inch, sẽ chỉ rút 45 mã lực (60,4 mã lực) và nâng 240 kg, nhiều hơn khối lượng tối đa của ArcaBoard trong chuyến bay.

Cánh quạt đường kính nhỏ đơn giản là không hiệu quả để tạo lực đẩy tĩnh. Đây là lý do máy bay trực thăng có cánh quạt lớn. Các bảng di chuột như ArcaBoard, cũng hoàn toàn có thể thực hiện được, không có tương lai vì chúng lãng phí một lượng sức mạnh khổng lồ .

3) Một chiếc hoverboard điện được thiết kế và chế tạo tốt đã được CA Duru chế tạo. Nó đòi hỏi ít năng lượng hơn đáng kể so với ArcaBoard và bay tốt hơn nhiều.

Một so sánh giữa bảng treo của Catalin Alexandru Duru (xem: video) và được thực hiện bởi Dumitru Popescu từ ARCA.

Video: https://www.youtube.com/watch?v=Bfa9HrieUyQ

Bảng treo của Catalin Alexandru Duru

  • 8 cánh quạt, mỗi động cơ 4,5 kW
  • Tổng công suất: 36 kW = 48,3 hp
  • Tải trọng: 1 người

Bảng treo của Dumitru Popescu

  • 36 cánh quạt, mỗi động cơ 5,63 kW
  • Tổng công suất: 203 kW = 272 hp
  • Tải trọng: 1 người

Tóm lại, ArcaBoard không gì khác chính là một chiếc hoverboard được thiết kế tồi, đòi hỏi một sức mạnh to lớn, 272 mã lực, để mang theo một người đàn ông trong khi 48,3 mã lực là đủ cho một công việc như vậy, như CA Duru đã thể hiện.

Nguồn: Một multbest với 36 cánh quạt mang một người đàn ông

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.