Складывание аккумуляторов для получения 200 вольт и 21 ампер

TLDR: Нет, вы не можете использовать эти батареи для питания этого двигателя. Ничего страшного не произойдет, если вы попытаетесь, но защитное отключение сработает при первой попытке включить его, и оно просто не сработает.

Если ваши требования требуют большей плотности энергии и энергии на килограмм, чем может обеспечить свинцово-кислотный аккумулятор, единственным вариантом является использование LiPo аккумуляторов с высокой скоростью разряда.

Я предполагаю, что под «полной нагрузкой» вы имеете в виду какую-то информационную табличку на самом двигателе, которая предоставляет эту информацию, и, возможно, это двигатель, предназначенный для какой-то более или менее фиксированной механической нагрузки?

Двигатели постоянного тока не потребляют фиксированный ток, а потребляют ток, обратно пропорциональный их скорости вращения. Катушки ротора двигателя вращаются относительно магнитов статора, что означает, что с точки зрения катушек существует постоянно изменяющееся магнитное поле. Это, конечно, индуцирует напряжение в катушке, противоположное напряжению, приложенному к ней внешним источником питания. Двигатель будет вращаться все быстрее и быстрее, пока индуцированная ЭДС почти не нейтрализует напряжение, скажем, от батареи. Катушки ротора в ненагруженном двигателе могут иметь внешнее напряжение 200 В, но потреблять гораздо меньший ток, чем может объяснить импеданс катушки при этом напряжении. Это связано с тем, что на катушки ротора не подается напряжение 200 В. На них может быть всего 1 В, или меньше, или больше (полностью зависит от двигателя, просто иллюстрирую мою точку зрения),

Это также означает, что крутящий момент также очень низок, поскольку он полностью создается магнитными полями, которые, в свою очередь, генерируются магнитодвижущей силой (МДС) тока. Однако, когда вы загружаете вал, происходит несколько вещей. У вала не будет крутящего момента, чтобы противостоять сопротивлению вращению вала, поэтому вал замедляется. Он замедлится, ЭДС индукции упадет, а истинное напряжение на катушках ротора увеличится, а также увеличится ток, потребляемый катушками. Дополнительный потребляемый ток приводит к более сильным магнитным полям, которые увеличивают крутящий момент, с которым двигатель может отталкиваться. Действительно, он будет замедляться до тех пор, пока не будет создан ток, необходимый для идеального противодействия сопротивлению вала. Или, если нагрузка просто слишком велика для двигателя, вал полностью остановится, и в катушках вообще не будет индуцироваться встречная ЭДС.большой ток будет потребляться двигателем. Это будет продолжаться до тех пор, пока что-то не даст. Либо вал начинает вращаться, либо обмотки двигателя плавятся, либо питание отключается (многие более крупные двигатели имеют тепловой выключатель, который отключает питание, если двигатель перегревается).

Вывод здесь заключается в том, что двигатели не являются ни простыми, ни хорошими нагрузками. Единственным механизмом, контролирующим потребляемый ток, является ЭДС противодействия. Когда двигатель впервые включается, его нет, так как он не вращается. Двигатель будет потреблять свой ток останова, который обычно во много раз превышает его ток без нагрузки и все же кратен его «нагруженному» току.

Поэтому вам нужно выяснить, что вы на самом деле подразумеваете под «полной нагрузкой». Часто, если двигатель предназначен для определенной цели или работает в непрерывном режиме, «полная нагрузка» означает максимальное непрерывное потребление тока, допустимое для этого двигателя, чтобы он не перегревался. В двигателях обычно указываются другие токи, в частности, ток остановки, который представляет собой ток, потребляемый, когда вал не движется («остановлен»), и ток без нагрузки, который представляет собой ток, потребляемый, когда нет ничего, кроме трения / сопротивления воздуха / и т. д., нагружающего несвязанный голый вал. Ни один двигатель не предназначен (или, вероятно, не может) использоваться в остановленном состоянии, поэтому вполне очевидно, что «полная нагрузка» относится не к току останова, а к току, потребляемому в какой-то точке нагрузки на вал, с которым двигатель может работать неограниченное время.

Так что нет, вы не можете питать свой двигатель от этих батарей, независимо от конфигурации.

Мотор не будет потреблять максимум 21А. Он будет потреблять 21 А при максимальной нагрузке, которую он может эксплуатировать непрерывно. Он будет в несколько раз больше этого тока при первом запуске, потому что изначально вал не движется, а двигатель остановлен. Этот поток будет коротким, но недостаточно коротким. Схемы защиты LiIon отключат питание, и для этого достаточно одной батареи, чтобы вызвать каскадную перегрузку, которая приведет к отключению питания всех. И они должны - эти схемы защиты установлены и работают так же быстро, как и они, потому что привлечение такой нагрузки может вызвать локальный точечный нагрев анода батареи, который потенциально может создать горячую точку выше 80 ° C в соседней границе твердого электролита (SEI). слой. Как только это происходит, литий-ионный элемент обычно переходит в режим теплового разгона, и батарея самовоспламеняется.

Не беспокойтесь, схемы защиты очень хорошо предотвращают это, до такой степени, что литий-ионные элементы имеют самый низкий уровень инцидентов среди всех химических веществ (поскольку другие химические схемы обычно не имеют схем защиты).

Но они, безусловно, будут перегружены этим двигателем, по крайней мере, при запуске, и каждый раз, когда у двигателя есть какая-то переходная нагрузка, из-за которой он потребляет слишком много тока.

Если вы должны питать такого зверя от аккумуляторов, а свинцово-кислотные аккумуляторы недостаточно плотны для вашего приложения, ваши варианты в значительной степени ограничены LiPo элементами с высоким номинальным разрядом. Благодаря популярности радиоуправляемых/квадрокоптеров, которые требуют очень высоких скоростей разрядки (потому что, ну, это то, что делают двигатели), существует множество легкодоступных таких батарей, и они очень разумны по цене. Просто убедитесь, что используете надежного поставщика, многие батареи RC дают ... оптимистичные ... цифры для их максимальной скорости непрерывного разряда.

Эти батареи по-прежнему имеют схемы защиты, но они соединены с ячейками и отключаются только в случае превышения максимального тока разряда, как и батареи вашей камеры. Но этот максимум может составлять сотни ампер, в зависимости от размера ячейки.

Независимо от того, ваше приложение представляет собой двигатель с высоким энергопотреблением, и вы должны использовать батареи, предназначенные для такой нагрузки, которая по определению не является батареей камеры. В основном потому, что камеры не являются двигателями мощностью 4200 Вт.

Кроме того, недопустимо размещать несопоставленные ячейки таким образом. Ячейки прожили разную жизнь, находятся на разных стадиях износа и емкости, и при таком количестве последовательно соединенных ячеек есть множество других механизмов, которые заставят схемы защиты сработать, когда разрядится самая слабая ячейка в самом слабом блоке. слишком много, даже если в остальной части рюкзака осталось много места.

Вам нужно покупать новые, подобранные ячейки при их последовательном соединении. Обязательно используйте соответствующую схему защиты для каждого из них. В общем, хорошо также избегать параллельных ячеек, хотя при необходимости это можно сделать. В вашем случае это не так, существует множество аккумуляторов LiPo, способных справиться с текущими потребностями этого двигателя даже в остановленном состоянии, но они все равно должны быть согласованы. И вам понадобится около 48 из них последовательно, что, безусловно, не является непрактичным стеком. Вам также понадобится балансировщик ячеек и довольно продвинутое зарядное устройство для обслуживания этих ячеек.

Если вы создаете пакет, объединяя множество небольших пакетов в серию, что, вероятно, является самым дешевым вариантом (используя липосакцию для хобби с достаточно высоким рейтингом разряда), вам все равно нужно будет активно балансировать весь пакет сразу, поэтому не нужно заряжать их отдельно. Вам понадобится зарядное/балансировочное устройство на 200 В. Они тоже легко доступны в виде зарядных устройств для электромобилей. Этот например.

Ничто из этого не является дешевым, но вы можете тратить меньше денег, покупая новые элементы с правильными номиналами и правильное оборудование для зарядки / балансировки для стека 48S, или вы можете потратить немного больше денег, делая это неправильно, и когда это не работает, а также тратить деньги, чтобы сделать это правильно. Так что не поймите неправильно, вариант, когда вы покупаете балансировщик за 250 долларов и кто знает, сколько долларов новых, первоклассных липоклеток с высоким уровнем C, является дешевым вариантом. Вариант, который на первый взгляд кажется более дешевым, на самом деле является гораздо более дорогим вариантом.

Выбирайте дешевый вариант.

У вас есть длинный ответ, который, кажется, предполагает, что вы просто включите двигатель, чтобы запустить его. Только очень маленькие двигатели постоянного тока могут работать таким образом. Ваш двигатель, вероятно, нуждается в электронном управлении (ESC) или, по крайней мере, в системе запуска с резистором, независимо от источника питания. Правильно спроектированный ESC будет способен постоянно поддерживать рабочий ток на уровне или ниже номинального тока полной нагрузки двигателя. ESC также может быть настроен на работу с кратковременной перегрузкой 150% от номинального тока в течение до 60 секунд.

Вам необходимо спроектировать аккумуляторную систему в соответствии со схемой управления двигателем и ограничениями, которые вы наложите на работу двигателя.

Добавлен повторный комментарий:

Термин ESC чаще применяется к продуктам для хобби. При мощности 4200 Вт их чаще называют контроллерами двигателей постоянного тока или приводами постоянного тока. Для входа постоянного тока потребуется ШИМ-контроллер. Стандартные продукты общего назначения широко доступны, но они, как правило, предназначены для входа переменного тока, однако некоторые модели с входом переменного тока являются ШИМ и могут также принимать вход постоянного тока. Они достаточно сложны, чтобы сделать проектирование и сборку ШИМ-контроллера двигателя постоянного тока для двигателя 200 В, 21 А сложным проектом «сделай сам». Безусловно, стоит поискать новые или бывшие в употреблении товары, которые бы подошли.

Нет. Эти аккумуляторы не рассчитаны на такую ​​серьезную нагрузку, как большой двигатель. Да и обеспечить дополнительный ток, подключив параллельно аккумуляторы, довольно проблематично.

Может показаться удобным использовать готовые аккумуляторные блоки, подобные этим, но у вас такая серьезная (и несоответствующая) нагрузка, что ваше решение в конечном итоге будет очень дорогим. Эти батареи продаются по более высокой цене (из-за их предполагаемого рынка), а схема, необходимая для работы с высокой мощностью (и особенно для балансировки нагрузки для увеличения тока), будет сложной и дорогой.

Я бы не рекомендовал использовать эти батареи, так как они не предназначены для этого. Все они, вероятно, построены из 4-вольтовых литий-ионных батарей в 4-й серии. Каждый из них включает в себя BMS. Вам не нужно столько BMS, достаточно одной для батареи ~50S. Вы не указали, какой двигатель будет приводиться в движение, но вы можете рассмотреть метод, аналогичный тому, что использует Тесла (за исключением того, что они используют двигатели переменного тока). Используйте литий-ионный аккумулятор с высоким рейтингом C, такой как 18650 или аналогичный. Есть также несколько версий lifepo4 с высоким рейтингом C, но с немного меньшей плотностью. Найдите BMS, способную работать с 50-й серией, у которой есть балансировка. Звучит как забавный проект.