关于200 kW电池解决方案的说法有多合理?


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在航空:SE上发布以下问题之后:

这与供应商网站上描述的悬停板有关:

在此处输入图片说明
来源

我想评估一下该设备确实存在的说法。我特别想知道是否有可能使用所声称的电池来提供200 kW的功率。我不是要评估空气动力学方面。

除了锂离子电池,我看不到可以使用什么技术。假设这是真的,此解决方案是否与要求保护的特征兼容:

  • 输送功率:200 kW
  • 运行时间:对于110千克用户为3分钟,对于82千克用户为6分钟,
  • 充电时间:6小时,使用扩展坞减少到35分钟。

考虑到具有电气工程师知识的锂离子特性,是否有任何方面会阻止该解决方案起作用,例如:

  • 电池的重量,体积(面板尺寸为145×76×15 cm),
  • 电线尺寸(包装盒中的可用空间很小)
  • 充电电流(在35分钟内充电是否可行),
  • 放电时间(电池可以在3到6分钟内放电),
  • 费用(更换电池的费用为6,840美元)。

请不要猜测,但是肯定会与解决方案相抵触或支持的已知事实。例如,我认为这些推论是正确的:

  • 对于200 kW的悬停3分钟,使用了大约10 kWh。
  • 由于锂离子电池的比能量和密度,这意味着电池的重量为40 kg,电池密度为14 dm3。
  • 电池价格:乐观地认为0.40 $ / Wh会是4,000美元。
  • 在半小时内为10 kWh充电需要20 kW充电器。
  • 假设cosφ= 1,这意味着220V时为91 A(远远超过通常在家里所能找到的),而锂离子电池电压则为5,000 A(这将需要在图中看不到的大电线)。

超越了推测线,IMO。
马特·杨

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@MattYoung:在我看来,确定能够提供200 kW功率的电池的重量或体积是非常实际的。与评估细胞是否可以在6分钟内放电相同。哪个方面困扰您?
分钟

您基本上是在问“安全性是否合理”。你是什​​么意思?那里的任何人应该如何能够知道两家公司谈判的电池价格?

哦,还有一件事,除非您确实将数字放在问题中,否则我什至不想尝试回答这个问题。如果制造商更改规格或删除产品,它将变得毫无意义。
管道

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@pipe:也许您会有点积极并提出改进建议,是不是该网站应该提供支持而不是批评?
分钟

Answers:


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203kW / 36风扇=每个风扇5.6kW。

38V的工作电压表示10S Lipo(每个电池3.8V)。

5.6kW / 38V = 150A。我们要全力等待3分钟。在一半功率下,它将消耗75A电流达6分钟(最大持续时间)。每个风扇需要的电池容量大于150 *(3/60)或75 *(6/60)= 7.5Ah。

能做到吗

看起来直径为120mm的风扇将适合提供的空间。这是一个120毫米风扇,重1公斤,在12S上产生7.5公斤推力:

120mm 11刃合金EDF 700kv-7000watt

在10S上,它会减少大约30%的功率并产生大约15%的推力,因此,假设5kW和6.5kg(他们使用的风扇可能具有不同的电动机,但是我们可以期望在相同的功率水平下具有相似的性能)。

这是一块10S 4Ah电池,重量为905g:

ZIPPY紧凑型4000mAh 10S 25C Lipo Pack

主板似乎总共使用72块电池-每个风扇两块电池。2 x 4Ah = 8Ah,接近我们所需的容量。最大放电速率为4 x 25C =每个电池100A或每个并联对200A(我们“仅”需要150A!)。最大充电速率为5C,远高于35分钟充电所需的2C速率。每包67美元,总电池成本为4824美元。

我们的72块电池重905g x 72 = 65kg。36个风扇重36公斤。再为电调,接线和支撑结构增加10%的重量,则总板重约为110kg。该板应在自由空气中产生6.5kg x 36 = 234kg的推力。在一半时,推力会降低到75%左右,但可以通过地面效应来增强-大约210公斤的“持续时间”悬停推力。减轻木板的重量,您的有效负载能力为100kg。

看起来可能!


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在上面放一条裙子……行得通……最后
Spoon 2015年

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您精心构造的答案对@PeterKämpf评估Aviation:SE的空气动力学方面很有用。非常感谢布鲁斯。
分钟

看起来可能,但是10kW充电器又如何呢?看起来怎么样?
John Dvorak 2015年

提供10kW充电器。但是,我会将电池分成两个或两个以上的模块,可以从板上卸下进行充电,并使用一个较小的充电器,该充电器可以用正常的市电供电。我还将“快速”充电时间增加到1小时(标准Lipo充电速率)。
布鲁斯·雅培

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我想评估一下该设备确实存在的说法。我特别想知道是否有可能使用所声称的电池来提供200 kW的功率。

1)为ArcaBoard供电2.4分钟所需的电池组重量是现实的。例如,如果我们使用Tattu 22.2V,22Ah,488.4Wh,25C类型的电池,重量= 5.8磅,则在60分钟内产生272 hp所需的总包装质量为43.7千克/ 25 = 2.4分钟(接近ARCA要求的3分钟):

2 x 5.8磅x 272马力/(22 A x 44.4 V x 25)= 43.7千克

即使考虑使用38 V(而不是44.4 V),包装的总质量也将从43.7 kg增加到51 kg,这又使板,管道风扇和其他附件(ArcaBoard的重量为82 kg)的重量减少了31 kg。主要问题不是电池的重量,而是ARCA使用的风管风扇的效率低下。如第(2)点所述,它们完全不适合Arca主板。

2)使用以下特性的电动风管可获得的最大理论静推力为:直径= 120 mm,功率= 272 hp / 36 = 5.63 kW:

(1.2千克/米^ 3 x(5.63 kW)^ 2 x pi x(120毫米)^ 2/2)^(1/3)= 9.7千克力

(我使用的公式给出了最大可能的静态推力与功率和螺旋桨直径的关系。总效率被认为是100%。对于实际效率,小于1的情况,功率不是5.63 kW,而是5.63 x效率)

如您所见,理论上可吸收272 hp的36个风扇理论上可以举升9.7 kg x 36 = 349 kg,远高于192 kg ArcaBoard(包括飞行员的重量)。没有违反任何限制。

但是,直径为36毫米,120毫米的转子的配置是不好的,因为我上面使用的相同公式表示由5.63 kW电机驱动的单个26英寸螺旋桨会产生:

(1.2千克/米^ 3 x(5.63 kW)^ 2 x pi x(26英寸)^ 2/2)^(1/3)= 30 kgf

结果,八台5.63 kW的电动机(转动26英寸的螺旋桨)将仅消耗45 kW(60.4 hp)的功率并举升240公斤,超过飞行中ArcaBoard的最大质量。

小直径螺旋桨根本无法产生静态推力。这就是直升机具有大旋翼的原因。像ArcaBoard这样的悬停板也可以很好地实现,它们没有前途,因为它们浪费了大量的功率

3) CA Duru制造了精心设计和制造的电动气垫板。与ArcaBoard相比,它所需的功率要少得多,而且飞行情况要好得多。

Catalin Alexandru Duru的悬浮滑板(参见视频)与ARCA的Dumitru Popescu所做的比较。

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

Catalin Alexandru Duru的气垫板

  • 8个转子,每个4.5 kW
  • 总功率:36千瓦= 48.3马力
  • 有效载荷:1人

杜米特鲁·波佩斯库(Dumitru Popescu)的气垫板

  • 36个转子,每个5.63 kW
  • 总功率:203千瓦= 272马力
  • 有效载荷:1人

总而言之,ArcaBoard只是一个设计不佳的气垫板,它需要272 hp的巨大功率才能载人,而CA Duru证明了48.3 hp足以完成任务。

资料来源:搭载36台螺旋桨的多轴直升机,可搭载一名男子

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