Во что я могу добавить киловатт? (Или: помоги мне спасти мои фены)

TL; DR: мне нужно что-то для разряда примерно 160А при 14В или 2,24 киловатта. Любые комментарии или ответы: а) что-то, во что я могу сбросить киловатт, б) каким-то образом я могу изменить общий элемент, чтобы он принимал 2 кВт постоянного тока при 160 А, или в) другой способ измерения максимального тока непрерывной разрядки аккумулятора был бы очень оценили.

К сожалению, большое количество других людей в Интернете, у которых есть эта проблема, имеют дело с гораздо меньшим количеством усилителей (160А довольно сумасшедший.) Таким образом, любые комментарии к «просто погуглите это» или что это похоже на ранее заданные вопросы, не являются оценили.

Недавно я купил большую батарею, 4-элементную LiPo батарею Hobbyking Multistar 16000mAh. К сожалению, HobbyKing славится завышением технических характеристик своей продукции. Максимальный непрерывный выход по-разному указан как 15C (который будет 15C * 16000 мАч = 15C * 16Ah = 240 ампер) и 10C (который будет 160A). Напряжение аккумулятора должно составлять от 4,0 до 3,2 В на элемент во время использования, поэтому от 16 до 12,8 В.

Я надеюсь, что непрерывный выход составляет по крайней мере 10C или 160A, но я понятия не имею, что это такое. Люди по-разному сообщают о фактической мощности батарей Multistar в диапазоне от 10 ° C до 3 ° C, и не хватает фактических данных испытаний и слишком много отдельных данных. Я надеюсь проверить это сам, сбросив 2 кВт и измеряя ток все время.

В принципе, мне нужно что-то, чтобы разряжать примерно 160А при 14В или 2,24 киловатта. Я искал вещи, которые потребляют мощность в диапазоне киловатт, и обнаружил, что микроволновые печи (~ 1 кВт), духовки (~ 1,5 кВт), электроинструменты (~ 500 Вт-2 кВт), проекторы (400 Вт-4 кВт) и фены (~ 1-2 кВт) мои лучшие ставки. Я не совсем уверен, как подключить аккумулятор к любому из них, хотя. Очевидно, что батарея выдает ~ 2,2 кВт постоянного тока при 160-амперном усилении. Я понятия не имею, что хочет мой фен или как заставить его принимать DC, без большого количества работы. Я также понимаю, что это будет далеко в поле зрения безумного ученого и, вероятно, приведет к прохладному взрыву.

Есть ли более простой способ проверить емкость моей батареи? В пределах досягаемости у меня есть зарядное устройство LiPo (к сожалению, максимальная скорость разряда 1A), приличный Fluke, много бытовой техники, несколько блоков питания, проектор на 400 Вт и мастерская с приличным количеством электроинструментов / электрооборудования.

Буду очень признателен за любой способ тестирования моей батареи, включая способы заставить мои фены измерять постоянный ток, способы разряда двух киловатт в нечто, что не является прибором, и любые другие способы обычно проверять характеристики разряда батареи.

[править] Я знаю, что вводить киловатт в бытовую технику довольно непрактично и опасно, если вы глупы. Я также теперь знаю, что это также чертовски сложно. Теперь я перешел к желанию сделать или купить большой резистор.Для полиции безопасности я знаю, насколько опасными могут быть 2 кВт. Я всегда предполагал, что любой тест - будь то проверенный резистор, который должен работать нормально, или бытовой прибор - будет проводиться снаружи, на негорючей земле, с огнетушителями, где, если что-то взрывается, я могу сделать красивое видео и поделиться им с Интернетом, а не умереть от удара током и сжечь мой дом. Я также знаю, как 2 кВт могут плавить вещи и обрабатывать энергию в этом масштабе раньше. Я не электрик, и я знаю свои пределы, но я знаю, как справиться с 2 кВт до такой степени, что самое худшее, что может пойти не так, это несколько сотен баксов вещей на ветер и симпатичное видео взрыва на Youtube.Я прекрасно осознаю, что существует очень высокая вероятность того, что батарея или что-то, в чем я вставляю 2 кВт, может взорваться, и я поделюсь с вами видео всем, когда (если) это произойдет.

Чтобы рассеять на вам нужен резистор с сопротивлением . Вы можете купить резистор на Digikey за 54,95 $ (номер детали FSE100022ER250KE ). 14 V R = V$1\mathrm{kW}$$14\mathrm{V}$0,25Ω1к$R = \frac{\mathrm{V}^2}{\mathrm{W}} = \frac{\left(14\mathrm{V}\right)^2}{1000\mathrm{W}} = 0.196\mathrm{\Omega}$$0.25\mathrm{\Omega}$ $1 \mathrm{kW}$

Параллельное использование двух или трех из них приведет к потере что в пределах от вашей цели в . Если вы используете резисторы то ток будет . Таким образом, вам понадобится провод 8 AWG или больше, идущий к каждому резистору. 5 % 2,24 к Вт 0,25 Ω 14 $2.35 \mathrm{kW}$$5\%$$2.24\mathrm{kW}$$0.25\mathrm{\Omega}$$\frac{ 14\mathrm{V} }{ 0.25\mathrm{\Omega} } = 56\mathrm{A}$

В качестве альтернативы вы можете обернуть какой-нибудь нихромовый провод вокруг высокотемпературного сердечника (например, шлакоблока), чтобы создать собственный силовой резистор. Этот PDF дает некоторую информацию о проводе NiChrome. 14 AWG NiCr Провод имеет сопротивление на фут. Проволока NiChrome-A имеет температуру плавления около мСт . Если мы запустим около через провод провод будет нагреваться до , который уходит маржи. 1800 °$0.1587\mathrm{\Omega}$$1800\mathrm{°F}$ 1400 ° F 400 °$29\mathrm{A}$$1400\mathrm{°F}$$400\mathrm{°F}$

Если вы запустите 5 нитей по каждая, вы получите и окажетесь где-то в диапазоне . Чтобы сделать нам нужно, чтобы сопротивление провода было . Чтобы получить нам нужно, чтобы длина провода была (2 фута 9 дюймов). . Оберните каждую из 5 прядей вокруг шлакоблока, чтобы они не соприкасались, или в качестве альтернативы используйте 5 отдельных шлакоблоков. 160 A 1400 ° F 32 A 14 $32\mathrm{A}$$160\mathrm{A}$$1400\mathrm{°F}$$32\mathrm{A}$0,4375Ом0,4375$\frac{14\mathrm{V}}{32\mathrm{A}} = 0.4375\mathrm{\Omega}$$0.4375\mathrm{\Omega}$2,76фт⋅5параллельных прядей=13,8ф$\frac{0.4375\mathrm{\Omega}}{0.1587 \mathrm{\Omega}/{\mathrm{ft}}} = 2.76\mathrm{ft}$$2.76\mathrm{ft} \cdot 5\ \text{parallel strands} = 13.8\mathrm{ft}$

Подключите каждую жилу к батарее параллельно, используя не менее 12 проводов AWG для каждого соединения. Не устанавливайте соединение с чем-то, что может расплавиться, например, с помощью соединительных кабелей с пластиковыми ручками. Кроме того, медный провод должен проходить физически отдельно в области рядом с NiChrome, потому что вполне вероятно, что некоторая часть изоляции будет плавиться.

Вы можете приобрести 21-футовую катушку 14 AWG NiChrome с проволокой от McMaster за $ 19,13. (Номер детали 8880K11 ) В качестве альтернативы вы можете приобрести 20-футовую катушку в Jacobs Online за 15,00 долларов США .

Проблема двоякая: вам нужно устройство, которое может обеспечить соответствующую нагрузку, и вам нужно управлять теплом.

За свои деньги я бы сделал следующее (но см. Важное предупреждение о коротком замыкании батарей ниже !!):

Возьмите отрезок тонкой проволоки (например, проволоку «намотки магнита», которую можно купить в Radio Shack примерно за 9 долларов - https://www.radioshack.com/products/magnet-wire-set?variant=5717684613 ). Этот набор содержит около 100 футов каждого из 22, 26 и 30 калибра меди. Сопротивление этих проводов составляет 53, 134 и 339 Ом / км соответственно.

Чтобы получить ток 160 А от источника 14 В, необходимо общее сопротивление нагрузки 14/160 = 88 МОм. Это означает, что чуть более 1 метра из самых толстых из этих проводов обеспечит правильную нагрузку, но вы никак не сможете получить тепло. Вам нужна достаточная площадь поверхности - поэтому я бы порекомендовал вам использовать самый тонкий датчик, удвоить провода, чтобы в итоге вы получили несколько проводов параллельно, обеспечивая нагрузку. Затем вы можете спаять концы вместе (вы должны отскрести немного эмали, чтобы иметь возможность припаять к этим проводам) и положить кусочек термоусадочной пленки на стыке. Используйте действительно толстый провод (несколько жгутов по 6 AWG), чтобы обеспечить подключение к вашей батарее, иначе вы получите огромные потери там, где они вам не нужны.

Теперь погрузите все это в большую ванну с водой. Вода дешевая и обладает удивительно высокой теплоемкостью. Изоляция на проводе гарантирует, что весь ток протекает через медь, и теперь у вас есть достаточно места для отвода тепла в окружающую воду. Если у вас батарея емкостью 16000 мАч, она должна обеспечивать 160 А в течение 0,1 часа или 6 минут. За это время вы, в принципе, потеряете 160 * 14 * 360 = 806 кДж или примерно 200 ккал. Если вы погрузите эту штуковину в 5 литров воды (ведро), она нагреется примерно на 40 градусов; это управляемо.

Обратите внимание, что короткое замыкание батарей чрезвычайно опасно - эти вещества имеют хрупкую химию и могут взорваться. Убедитесь, что у вас есть соответствующее противопожарное оборудование и средства индивидуальной защиты.

Наконец - сколько проводов вам нужно, если у вас общая длина 100 футов?

Если мы предположим , что вы режете N провода длиной таким образом, что окончательное сопротивление , то для сопротивления на единицу длины мы пишемR $\ell$$R$$\rho$

Мы также знаем, что общая длина равна , что дается как 100 футов ( ). Теперь мы можем решить для :L $N\ell$$L$$\ell$

С числами выше, вы хотели бы разрезать проволоку 30 калибров на 11 кусков длиной 92 см каждый; Эти 11 параллельных проводов дадут вам сопротивление 84 МОм, очень близкое к нужному значению. И я уверен, что вы будете иметь еще несколько потерь в других местах.

Наконец - вы заряжаете аккумулятор, определяете количество воды в ведре, подключаете все это и держитесь на месте. Когда ток перестанет течь, вы сможете измерить повышение температуры в ведре и узнать, сколько энергии вы смогли передать от батареи к воде.

Если вес пустого ведра равен E, а полного ведра - F, то масса воды равна F - E, а если повышение температуры (в ° C) равно , то полная энергия равна$\Delta T$

Где вес в кг и разница температур в градусах Цельсия.

Разделите энергию на время в секундах, и вы получите среднюю мощность.

У меня нет хорошего предложения для измерения таких больших токов напрямую, если у вас нет подходящего инструмента (см., Например, эту статью для некоторых указателей). Обычный Fluke не сделает этого ... Вы не хотите ставить что-либо непосредственно на пути большого тока.

ОБНОВИТЬ

На вопрос - «может ли такая тонкая проволока рассеивать это тепло» можно ответить аналитически.

Согласно этой статье , тонкая проволока в воде (где этой воде дают кипеть) может рассеять . Если мы предположим, что ваш магнитный провод рассчитан на температуру до 180 ° C, а вода - при температуре 30 ° C, у вас температурный градиент 150 ° C. Чтобы рассеивать 2 кВт, нам нужна площадь$2\cdot 10^5~\rm{W/m^2/C}$

Провод 30 AWG имеет диаметр 0,254 мм, поэтому площадь поверхности составляет на метр длины. Общая длина 30 м дает ему площадь ; это намного больше, чем нам нужно. Таким образом, даже если коэффициент теплопроводности намного ниже (скажем, «некипящее» значение из той же статьи), этого все же достаточно для получить тепло. 2,4 ⋅ 10 - 2 м 2 8 ⋅ 10 3 Вт / м 2 /$8\cdot 10^{-4}~\rm{m^2}$$2.4\cdot 10^{-2}~\rm{m^2}$$8\cdot 10^3~\rm{W/m^2/C}$

Обратите внимание, что два провода, несущие ток в одном и том же направлении, будут притягиваться: это может привести к уменьшению доступной площади для отвода тепла. Возможно, вы захотите немного поэкспериментировать с этим (возможно, натяните маленькие бусы на провода, чтобы разделить их).

Я решил ответить на эту часть вашего вопроса, на которую другие вопросы не обращали внимания: «Есть ли более простой способ проверить емкость моей батареи?» Да, у вас уже есть возможность проверить емкость аккумулятора с помощью функции разряда на зарядном устройстве LiPo со скоростью 1 А (следуйте указаниям производителя). Или просто разряжайте со скоростью 1А и измеряйте время секундомером. Это должно быть что-то около 16000mAh при низких скоростях разряда и значительно меньше при более высоких скоростях.

Пожалуйста, сначала измерьте емкость, по низкой ставке, чтобы убедиться, что у вас действительно есть упаковка на 16000 мАч.

Максимальная скорость разряда 10С, 15С и т. Д. Указана таким образом по определенной причине. Это не фиксированное значение Amp, оно зависит от мощности и состояния конкретной упаковки в данный момент. Это «нечеткая» спецификация, которая выбрана для безопасности и надежности, а не измерена. Вот почему вы никогда не увидите максимальную скорость разряда 11.2C.

То, что вы можете разряжаться с определенной скоростью, не означает, что вы должны это делать. Вполне возможно, что разряжаться с очень высокой скоростью один раз без каких-либо ужасных явлений. Тем не менее, жара и стресс могли создать слабое место, которое вызовет сильный пожар при следующей попытке выполнить тот же тест.

Все нагрузки не эквивалентны. Настоящий автомобильный датчик нагрузки на углеродные сваи (который я бы порекомендовал, если вы проводите тестирование) - это чисто резистивная нагрузка, но двигатели представляют собой высокоиндуктивные нагрузки с всплесками обратной ЭДС и другими сложными компонентами, которые могут или не могут быть перенесены на аккумулятор. через ESC в зависимости от того, насколько хорошо он фильтруется.

В заключение вам, вероятно, не нужно запускать тест, который вы планировали. Выясните, насколько актуальным является ваше приложение в худшем случае. Если это меньше, чем 32А, вы в порядке. Если это больше, вы можете быть в порядке, но лучший тест - просто попробовать его на реальном оборудовании и посмотреть, как долго он работает. В районе 160А это следующее предупреждение НЕ просто шаблон. Ни в коем случае нельзя превышать номинальный ток любой проводки, разъема или компонента. Испытайте на невоспламеняющейся поверхности вдали от всего, что вы не можете себе позволить сгореть.

Если вы действительно хотите «в) другой способ измерения максимального тока непрерывной разрядки батареи» (не безопасный ток разряда) и не хотите или не можете предоставить дополнительные параметры, такие как сопротивление нагрузки, то на самом деле есть только один способ. Слишком короткое замыкание в толстый короткий кабель или шину. Измерьте ток с помощью зажима на индуктивном счетчике, пока он не расплавится. Любой метод с сопротивлением нагрузки, даже очень маленький токовый шунтирующий резистор, не достигнет истинного максимума.

Это почти наверняка деструктивный тест, и ценность любых результатов сомнительна. Если мы узнаем больше о том, какую информацию вы пытаетесь получить, выполнив этот тест, мы можем дать вам более полезные ответы.

Google для "динамического тормозного резистора". Они недешевы, но доступны с точностью до одного-двух ом и до нескольких киловатт. В основном это большие обогреватели, но приятно то, что вы можете указать сопротивление, ток и мощность, которые вам нужны.

Вы можете использовать тестер нагрузки. Эти устройства предназначены для тестирования автомобильных аккумуляторов и генераторов переменного тока и предназначены для работы с сотнями ампер в вашем диапазоне напряжений. По сути, это большой углеродный резистор в коробке с амперметром и вольтметром. 500А можно получить примерно за 50 долларов (примеры 1 2 ).

Единственная проблема заключается в том, что вы собираетесь идти намного дольше, чем предполагалось. Они рассчитаны на то, чтобы выдерживать эту нагрузку в течение 30 секунд или около того (пиковый ток запуска двигателя), а не 4-6 минут, за которые вы будете измерять, хотя эти блоки рассчитаны на 6 кВт, поэтому вы можете запустить их в течение минуты или Итак, дайте ему немного остыть и повторяйте, пока батарея не разрядится.

Ваши устройства с питанием от сети (фены и т. Д.) Не очень подходят для 14-вольтовой батареи. Они рассчитаны на 120 В (или 240 В) и потребляют менее 10% от номинальной мощности при 14 В.

Когда я проверял Ebay несколько минут назад, оказалось, что этих мощных резисторов мощностью 100 Вт в хороших алюминиевых корпусах можно прикрепить болтами к большому радиатору. Вы можете получить 25 таких вещей и соединить их параллельно. Выберите сопротивление, которое будет параллельно 0,0875 Ом. Не знаю, стоит ли это того?

Или вы можете попытаться найти место, где продаются запчасти для бытовой техники, получить катушку из тяжелого нихромового провода и изготовить собственный резистор с сопротивлением 0,0875 Ом.

Но, как уже говорили другие, дурачиться с 160A не место для любителей. Вы можете убить себя и одновременно сжечь свой дом. ЧРЕЗВЫЧАЙНАЯ ОСТОРОЖНОСТЬ СИЛЬНО ПРИЗЫВАЕТСЯ!

Вы действительно должны разряжать аккумулятор с такой скоростью? Если вы просто хотите проверить, что у вас на самом деле есть, почему бы не сделать это при более низком токе, но через некоторое время? Я сделал нечто подобное с некоторыми 18650 литиевыми батареями, которые я купил на Ebay. Я хотел проверить, что у меня есть на самом деле, поэтому просто настроил схему для их слива примерно при 500 мА и измерил, сколько времени это заняло. Гораздо проще (и безопаснее), чем просто замкнуть их!

Вы можете использовать пару (или 3) из этих 100 Вт резисторов, чтобы дать вам 10А-20А и посмотреть, что произойдет. Это, по крайней мере, даст вам приблизительную цифру для батареи.

14vdc @ 160a находится в диапазоне стандартной автомобильной аккумуляторной батареи. Получите преобразователь мощности от 3 до 12 В переменного тока мощностью от 12 до 120 В (Google google - они существуют), а затем используйте нагреватель мощностью 2 кВт и 120 В в качестве нагрузки. Вам понадобится самая короткая длина массивного медного провода № 0 или № 00, чтобы подключить его к батарее. Вам также понадобится стандарт сопротивления шунта от 100 А до 1 А (это электрический инструмент) для точного измерения этого тока. Если вы подключите свой измеритель Fluke к шунту, и он будет показывать 1.6Amp, то через шунт будет течь 160Amp. Единственная проблема заключается в том, что если аккумулятор слишком разряжен, он может не поддерживать инвертор 3 кВт очень долго. Надеемся, что это не какая-то хобби батарея, эти спецификации предназначены для литиевой батареи сегмента электромобиля в натуральную величину. Они также существуют. Не забывайте, что 16.000 ампер-часов - это тоже 1амп на 16 часов.

Существуют электронные нагрузки, которые могут рассеивать такую ​​мощность в течение неопределенного времени, например, серия EL от Kepco: http://www.kepcopower.com/el.htm

Они недешевы, но они очень хороши при постоянном токе, напряжении, мощности, почти всем, что вам нужно. Я почти уверен, что ими можно управлять и через последовательное соединение.

Если у вас есть резистор с открытой катушкой, но у него слишком высокое сопротивление и слишком низкая сила тока для ваших нужд, вы можете подключить его следующим образом:

Вы делите резистор на n сегментов, что сделает все это подходящим для одинаковой мощности при напряжении 1 / n.

Кровавые детали: если пакет имеет сопротивление r , то сопротивление каждого сегмента, очевидно, будет r / n. Таким образом, при их параллельном сопротивлении (r / n) / n. Извините, не могу найти верхний индекс в приложении.

,

При 240 В мощность будет в четыре раза больше (из-за квадратного члена) = 658 кВт = 0,6 МВт. Вы не найдете их на своей кухне.

Поскольку у вас уже есть приложение, я предлагаю вам создать метод, который будет использовать вашу реальную нагрузку в качестве теста.

Я бы использовал пошаговый подход. Это означает использование нагрузок с приращением и измерение падения напряжения и вычисление внутреннего сопротивления батареи, а затем теоретическую экстраполяцию для больших нагрузок. И только после этого, если бы расчеты показали хороший запас прочности, я бы попробовал подход с высокой текущей нагрузкой.

Давайте приведем некоторый пример: вычислить внутреннее сопротивление батареи очень просто, используя амперметр (не требующий точности) и цифровой вольтметр (здесь необходимо иметь отображение по крайней мере четырехзначного значения, но, опять же, точность не очень важна, только количество цифр) и два резистора с низким значением. Может быть две 12V 55W автомобильные лампы. Подход предполагает использование вольтметра параллельно с аккумулятором, амперметра последовательно с лампами и проведение двух измерений: одно только с одной лампой, а второе параллельно с двумя лампами. Из результатов измерения тока и напряжения мы можем рассчитать внутреннее сопротивление батареи: Ri = dV / dI; (dV = V1-V2; dI = I2-I1).

Теперь, когда вы рассчитали внутреннее сопротивление батареи, вы можете приблизить внутреннее рассеивание мощности (тепла) батареи при 160 А, используя хорошо известную формулу: P = I2R, где: P будет внутренним рассеиванием батареи, в ваттах; Я в квадрате 160A в квадрате, что означает 25600; R - предварительно рассчитанное сопротивление, в омах.

Если результат P больше, чем 100 Вт для маленькой батареи (200-400 грамм), я бы даже не попробовал взять 160А из нее. Если это довольно большая батарея (например, более килограмма), она должна безопасно поглотить 100 Вт за несколько минут, что означает, что она будет работать нормально. Конечно, другие пагубные эффекты могут появляться при больших токах, но я попробую.

Я посмотрел спецификации для вашей батареи. Есть одно серьезное отличие. Спецификация требует постоянной скорости разряда 10C, а не постоянной скорости разряда 10C. Это означает, что вы можете разрядить батарею при 160А, пока батарея не разрядится.
Они также имеют максимальную скорость разряда 20C для 10 сек. Используя это, чтобы оценить продолжительность времени в 10C, я бы предположил 40 сек.
Я поболтал с CSR Хоббикинга, и он заверил меня, что использовать разрядную скорость 160А безопасно , однако он уклонился от того, как долго батарея сможет его доставить (теоретический максимум 6 минут) ,
Я был бы удивлен, если бы это даже длилось минуту. Это «далеко» от непрерывного. У вас может даже не быть достаточно времени, чтобы что-то измерить.

Другой подход (и более безопасный) заключается в определении внутреннего сопротивления батареи (Ri). Как только это будет сделано, очень просто рассчитать максимальную скорость разряда (Is = Vo / Ri).
Чтобы найти внутреннее сопротивление, измерьте напряжение холостого хода (Vo). Используйте нагрузочный резистор 5 Ом и измерьте напряжение под нагрузкой (Vl) и ток (I). Ri = (Vo-Vl) / I.
Например, Vo = 16 В, V = 14,55 В и I = 2,91. Ri = (16 - 14,55) / 2,91 = 0,498 Ом. Используя это значение Ri, можно получить максимальную скорость разряда (16 / .498 =) 32,18A.

Автомобильный стартер (особенно для большого двигателя) может легко потреблять этот ток, и в диапазоне 14 В. Единственная проблема в том, что вся эта энергия должна куда-то уходить. Если вы подключите стартер с заблокированным валом, чтобы предотвратить вращение, он будет потреблять свой пиковый ток (ток останова), но вся эта энергия будет нагреваться в обмотках, поэтому он не сможет работать так, как более несколько секунд без приготовления пищи. Если бы вы могли настроить его так, чтобы он управлял какой-то механической нагрузкой - может быть, большим вентилятором или чем-то еще, то он мог бы работать дольше, потому что большая часть мощности будет рассеиваться в нагрузке, но тогда вам понадобится действительно большой двигатель и здоровенная механическая нагрузка. загрузить или он не будет тянуть целевой ток.

Если вы работаете на беспилотнике, и у вас уже есть двигатели и винты для него, возможно, решение состоит в том, чтобы построить статический испытательный стенд, чтобы заблокировать беспилотник, чтобы он не мог двигаться, вставьте свой мониторинг электрических характеристик (ток / напряжение ) оснастить схемотехникой, и «вылететь» вашему дрону на буровой установке.