¿Qué tan plausible es la afirmación sobre una solución de batería de 200 kW?

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Siguiendo esta pregunta publicada en Aviación: SE:

relacionado con una tabla flotante descrita en el sitio del proveedor :


( fuente )

Me gustaría evaluar la afirmación de que este dispositivo realmente existe. En particular, me pregunto si es posible usar las baterías para entregar 200 kW como se afirma. No estoy tratando de evaluar los aspectos aerodinámicos.

No veo qué tecnología podría usarse más que las células de ion-litio. Suponiendo que esto sea cierto, esta solución sería compatible con las características declaradas:

  • Energía entregada: 200 kW,
  • Tiempo de funcionamiento: 3 minutos para un usuario de 110 kg, a 6 minutos para un usuario de 82 kg,
  • Tiempo de carga: 6 horas, reducido a 35 min usando una estación de acoplamiento.

Teniendo en cuenta las características de los iones de litio con el conocimiento de un ingeniero eléctrico, ¿hay algún aspecto que impida que esta solución funcione, por ejemplo:

  • Peso, volumen de las baterías (el tablero mide 145 × 76 × 15 cm),
  • Tamaño de los cables (hay poco espacio disponible en la caja),
  • Corriente de carga (es posible cargarla en 35 min),
  • Tiempo de descarga (las celdas permitirían descargarse en 3 a 6 minutos),
  • Costo (el reemplazo de baterías se ofrece a $ 6,840).

Por favor, no especule, pero los hechos conocidos que definitivamente contradecirían o apoyarían la posibilidad de la solución. Por ejemplo, creo que estas deducciones son correctas:

  • Para un vuelo de 3 minutos, con 200 kW, se utilizan aproximadamente 10 kWh.
  • Debido a la energía y densidad específicas para el Li-ion, esto significa 40 kg y 14 dm3 para las baterías.
  • Precio de las baterías: Con un optimista de 0.40 $ / Wh, esto sería $ 4,000.
  • La carga de 10 kWh en media hora requiere un cargador de 20 kW.
  • Suponiendo que cos φ = 1, esto significaría 91 A para 220V (bastante más allá de lo que generalmente se encuentra en casa), y 5,000 A para el voltaje de la celda de Li-ion (esto requeriría cables grandes que no son visibles en la imagen). ).
pregunta mins

2 respuestas

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203kW / 36 ventiladores = 5.6kW por fan.

El voltaje de trabajo de 38V implica 10S Lipo (3.8V por celda).

5.6kW / 38V = 150A. Queremos 3 minutos a plena potencia. A media potencia, dibujará 75 A durante 6 minutos (duración máxima). Se requerirá una capacidad de batería superior a 150 * (3/60) o 75 * (6/60) = 7.5Ah por ventilador.

¿Se puede hacer?

Parece que los ventiladores de 120 mm de diámetro cabrán en el espacio provisto. Aquí hay un ventilador de 120 mm que pesa 1 kg y produce 7.5 kg de empuje en 12S: -

120mm 11 Blade Alloy EDF 700kv - 7000watt

En 10S consumiría un 30% menos de potencia y produciría un 15% menos de empuje, así que digamos 5kW y 6.5kg (los ventiladores que están usando pueden tener motores diferentes, pero podemos esperar un rendimiento similar al mismo nivel de potencia) ).

Y aquí hay una batería 10S 4Ah que pesa 905 g: -

ZIPPY Compact 4000mAh 10S 25C Lipo Pack

La placa parece usar un total de 72 baterías, dos baterías por ventilador. 2 x 4Ah = 8Ah, cerca de nuestra capacidad requerida. La velocidad de descarga máxima es de 4 x 25 C = 100 A por batería o 200 A por par paralelo (¡y 'solo' necesitamos 150 A!). La tasa de carga máxima es de 5C, muy por encima de la tasa de 2C requerida para una carga de 35 minutos. A $ 67 por paquete, el costo total de la batería es de $ 4824.

Nuestras 72 baterías pesan 905g x 72 = 65kg. Los 36 ventiladores pesan 36kg. Agregue otro 10% para ESC, cableado y estructura de soporte, y obtenemos un peso total de la placa de ~ 110kg. Esta placa debe generar 6.5kg x 36 = 234kg de empuje en aire libre. En la mitad de la potencia, el empuje se reduciría a aproximadamente el 75%, pero podría ser impulsado por el efecto suelo, por lo que tal vez 210 kg de empuje de 'duración' flotando. Elimine el peso del tablero y tendrá una capacidad de carga útil de 100 kg.

Parece posible!

    
respondido por el Bruce Abbott
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Me gustaría evaluar la afirmación de que este dispositivo realmente existe. En particular, me pregunto si es posible usar las baterías para entregar 200 kW como se afirma.

1) El peso del paquete de batería necesario para alimentar ArcaBoard durante 2,4 minutos es realista. Por ejemplo, si usamos baterías del tipo Tattu 22.2V, 22Ah, 488.4Wh, 25C, peso = 5.8 lbs obtenemos 43.7 kg para la masa total del paquete necesaria para generar 272 hp para 60 min / 25 = 2.4 min (cerca de los 3 min reclamados por ARCA):

2 x 5.8 lbs x 272 hp / (22 A x 44.4 V x 25) = 43.7 kg

Incluso considerando 38 V en lugar de 44,4 V, la masa total del paquete aumentará de 43,7 kg a 51 kg, lo que deja otros 31 kg para el peso del tablero, los ventiladores de conductos y otros accesorios (ArcaBoard pesa 82 kg). El problema principal no es el peso de las baterías, sino la enorme ineficiencia de los ventiladores con ductos utilizados por ARCA. Son totalmente inadecuados para el tablero Arca como se explica en el punto (2).

2) El empuje estático teórico máximo que se puede obtener con un ventilador con ducto eléctrico caracterizado por: Diámetro = 120 mm y Potencia = 272 hp / 36 = 5.63 kW es:

(1.2 kg / m ^ 3 x (5.63 kW) ^ 2 x pi x (120 mm) ^ 2/2) ^ (1/3) = 9.7 kgf

(Utilicé la fórmula que proporciona el máximo empuje estático posible en función de la potencia y el diámetro de la hélice. La eficiencia general se considera del 100%. Para eficiencias realistas, menores a 1, la Potencia no es de 5,63 kW, pero 5,63 x eficiencia)

Como ve, 36 fanáticos, que consumen un total de 272 hp, pueden elevar en teoría 9.7 kg x 36 = 349 kg, muy por encima de los 192 kg de ArcaBoard (incluido el peso del piloto). No se viola ningún límite.

Sin embargo, la configuración con rotores de 36, 120 mm de diámetro es mala porque la misma fórmula que usé anteriormente dice que una sola hélice de 26 pulgadas impulsada por un motor de 5.63 kW genera:

(1.2 kg / m ^ 3 x (5.63 kW) ^ 2 x pi x (26 pulgadas) ^ 2/2) ^ (1/3) = 30 kgf

En consecuencia, ocho motores de 5.63 kW, que giran hélices de 26 pulgadas, consumirán solo 45 kW (60.4 hp) y levantarán 240 kg, más que la masa máxima de ArcaBoard en vuelo.

Las hélices de diámetro pequeño son simplemente ineficientes para generar empuje estático. Esta es la razón por la cual los helicópteros tienen rotores grandes. Los tableros flotantes como ArcaBoard, también perfectamente realizables, no tienen futuro porque desperdician una enorme cantidad de poder .

3) C. A. Duru hizo un hoverboard eléctrico bien diseñado y construido. Requiere considerablemente menos potencia que ArcaBoard y vuela mucho mejor.

Una comparación entre el hoverboard de Catalin Alexandru Duru (ver: el video) y el hecho por Dumitru Popescu de ARCA.

Video: enlace

Hoverboard de Catalin Alexandru Duru

  • 8 rotores, 4,5 kW cada uno
  • Potencia total: 36 kW = 48.3 hp
  • Carga útil: 1 persona

Hoverboard de Dumitru Popescu

  • 36 rotores, 5,63 kW cada uno
  • Potencia total: 203 kW = 272 CV
  • Carga útil: 1 persona

En conclusión, ArcaBoard no es más que un hoverboard mal diseñado que requiere un enorme poder, 272 hp, para llevar a un hombre, mientras que 48.3 hp son suficientes para un trabajo de este tipo, como lo demuestra C. A. Duru.

Fuente: un multicóptero con 36 hélices que transporta a un hombre

    
respondido por el Robert Werner

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