Em que posso colocar um quilowatt? (Ou: me ajude a salvar meus secadores de cabelo)

TL; DR: Preciso de algo para descarregar aproximadamente 160A a 14V ou 2,24 quilowatts. Quaisquer comentários ou respostas com a) algo em que eu possa despejar um quilowatt, b) alguma maneira de modificar um item comum para levar 2kW DC a 160A ou c) outra maneira de medir a corrente de descarga contínua máxima da bateria seria muito estimado.

Infelizmente, um grande número de outras pessoas na Internet que têm esse problema estão lidando com muito menos amplificadores (160A é muito louco.) Portanto, quaisquer comentários para "apenas pesquisar no Google" ou que sejam semelhantes às perguntas feitas anteriormente não são estimado.

Recentemente, comprei uma bateria grande, uma bateria LiPo Hobbyking Multistar 16000mAh de 4 células. Infelizmente, o HobbyKing é famoso por aumentar as especificações de seus produtos. A saída contínua máxima é listada de várias maneiras como 15C (que seria 15C * 16000 mAh = 15C * 16Ah = 240 amperes) e 10C (que seria 160A). A voltagem da bateria deve variar de 4,0V a 3,2V por célula durante o uso, então 16V a 12,8V.

Espero que a saída contínua seja pelo menos 10C ou 160A, mas não tenho idéia do que é. As pessoas relatam de maneira variada as saídas reais das baterias Multistar como 10C a 3C, e há uma falta de dados de teste reais e dados anedóticos demais. Espero testar isso despejando 2kW em algo e medindo a corrente o tempo todo.

Basicamente, preciso de algo para descarregar aproximadamente 160A a 14V, ou 2,24 quilowatts. Procurei coisas que consomem energia na faixa de um quilowatt e descobri que microondas (~ 1kW), fornos (~ 1,5kW), ferramentas elétricas (~ 500W-2kW), projetores (400W-4kW) e secadores de cabelo (~ 1-2kW) são minhas melhores apostas. Não sei exatamente como conectar minha bateria a qualquer uma dessas opções. Obviamente, a bateria produz ~ 2.2kW DC a 160-ish amps. Eu não tenho idéia do que meu secador de cabelo quer, ou como fazê-lo tomar DC, sem uma grande quantidade de trabalho. Eu também entendo que isso estaria muito dentro do alcance do cientista louco e provavelmente resultaria em uma explosão fria.

Existe uma maneira mais fácil de testar a capacidade da minha bateria? Ao meu alcance, tenho um carregador de bateria LiPo (taxa de descarga máxima 1A, infelizmente), um Fluke decente, muitos equipamentos domésticos, várias fontes de alimentação, um projetor de 400W e uma oficina com um número razoável de ferramentas elétricas / equipamentos elétricos.

Qualquer maneira de testar minha bateria seria muito apreciada, incluindo maneiras de fazer com que meus secadores de cabelo tomassem DC, maneiras de descarregar dois quilowatts em algo que não é um aparelho e outras maneiras de testar geralmente as características de descarga da bateria.

[editar] Eu sei que colocar um quilowatt em eletrodomésticos é bastante impraticável e perigoso se você é estúpido. Agora também sei que também é muito difícil. Agora mudei para querer fabricar ou comprar um grande resistor.Para a polícia de segurança, eu sei o quão perigoso 2kW pode ser. Sempre pretendi que qualquer teste - seja em um resistor comprovado que funcione bem ou em um eletrodoméstico - fosse realizado fora, em terreno não inflamável, com extintores de incêndio, onde, se algo explodir, eu posso fazer um vídeo bonito e compartilhá-lo com a Internet, em vez de morrer de eletrocussão e incendiar minha casa. Eu também sei como 2kW pode derreter coisas e lidou com energia nessa escala antes. Não sou eletricista e conheço meus limites, mas sei como lidar com 2kW até o ponto em que o pior que pode dar errado são algumas centenas de dólares pelo material e um belo vídeo de explosão no Youtube.Estou ciente de que há uma chance muito alta de que a bateria, ou o que quer que esteja colocando 2kW, possa explodir, e compartilharei o vídeo com todos vocês quando (se) acontecer.

Para dissipar a 14 V, você precisa de um resistor com uma resistência de R = V$1\mathrm{kW}$$14\mathrm{V}$. Você pode comprar umresistor de0,25Ω1kWno Digikey por US $ 54,95 (número dapeça FSE100022ER250KE).$R = \frac{\mathrm{V}^2}{\mathrm{W}} = \frac{\left(14\mathrm{V}\right)^2}{1000\mathrm{W}} = 0.196\mathrm{\Omega}$$0.25\mathrm{\Omega}$ $1 \mathrm{kW}$

Usando dois ou três deles em paralelo dissiparia que está dentro de 5 % do seu objectivo de 2,24 k W . Se você usar resistores de 0,25 Ω , a corrente será de 14 $2.35 \mathrm{kW}$$5\%$$2.24\mathrm{kW}$$0.25\mathrm{\Omega}$. Portanto, você precisará de um fio de 8 AWG ou maior para cada resistor.$\frac{ 14\mathrm{V} }{ 0.25\mathrm{\Omega} } = 56\mathrm{A}$

Como alternativa, você pode enrolar um fio Nichrome em torno de um núcleo de alta temperatura (como um bloco de concreto) para criar seu próprio resistor de energia. Este PDF fornece algumas informações sobre o fio NiChrome. O fio de 14 AWG NiCr A tem uma resistência de por pé. Nicrómio-Um fio tem um ponto de fusão de cerca de 1800 ° F . Se passarmos cerca de 29 A através do fio, o fio aquecerá a cerca de 1400 ° F, o que deixamargem de 400 °$0.1587\mathrm{\Omega}$$1800\mathrm{°F}$$29\mathrm{A}$$1400\mathrm{°F}$$400\mathrm{°F}$

Se você executar 5 fios a cada um, terá 160 A e estará em algum lugar na faixa de 1400 ° F. Para fazer 32 A , precisamos que a resistência do fio seja 14 $32\mathrm{A}$$160\mathrm{A}$$1400\mathrm{°F}$$32\mathrm{A}$. Para fazer0,4375Ω, precisamos que o comprimento do fio seja0,4375$\frac{14\mathrm{V}}{32\mathrm{A}} = 0.4375\mathrm{\Omega}$$0.4375\mathrm{\Omega}$(2 pés 9 pol). 2,76ft⋅5fios paralelos=13,8ft. Enrole cada um dos 5 fios ao redor do bloco de concreto para que eles não toquem ou use 5 blocos de concreto separados.$\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}$

Conecte cada fio à bateria em paralelo usando pelo menos 12 AWG para cada conexão. Não faça a conexão com algo que possa derreter, como cabos de jumper com alças de plástico. Além disso, o fio de cobre deve ser separado fisicamente na área próxima ao NiChrome, porque é provável que parte do isolamento derreta.

Você pode comprar um carretel de 21 pés de fio NiChrome de 14 AWG da McMaster por US $ 19,13. (Número da peça 8880K11 ) Como alternativa, você pode comprar o carretel de 20 pés da Jacobs Online por US $ 15,00 .

O problema é duplo: você precisa de um dispositivo que possa fornecer a carga apropriada e precisa gerenciar o calor.

Pelo meu dinheiro, eu faria o seguinte (mas veja um aviso importante sobre baterias de curto-circuito abaixo !!):

Pegue um fio fino (por exemplo, o fio "enrolador de ímã" que você pode comprar na Radio Shack por cerca de 9 dólares - https://www.radioshack.com/products/magnet-wire-set?variant=5717684613 ). Este conjunto contém cerca de 100 pés cada um de cobre com bitola 22, 26 e 30. A resistência desses fios é de 53, 134 e 339 Ohm / km, respectivamente.

Para obter uma corrente de 160 A de uma fonte de 14 V, é necessária uma resistência total à carga de 14/160 = 88 mOhm. Isso significa que um pouco mais de 1 metro do mais grosso desses fios forneceria a carga certa - mas não há como você conseguir extrair o calor. Você precisa de uma área de superfície suficiente - por isso, recomendo que você use o medidor mais fino, dobre os fios, para acabar com vários fios em paralelo, fornecendo a carga. Em seguida, você pode soldar as pontas (é necessário raspar um pouco do esmalte para poder soldar esses fios) e colocar um pedaço de calor com revestimento adesivo ao redor da junção. Use um fio muito grosso (vários fios de 6 AWG) para fornecer a conexão à sua bateria, ou você terá grandes perdas onde não as deseja.

Agora mergulhe a coisa toda em um grande banho de água. A água é barata e tem uma capacidade de calor notavelmente alta. O isolamento do fio garantirá que toda a corrente flua através do cobre, e agora você tem uma área suficiente para dissipar o calor na água ao redor. Se você possui uma bateria de 16000 mAh, deve fornecer 160 A por 0,1 hora ou 6 minutos. Nesse período, em princípio, você dissiparia um total de 160 * 14 * 360 = 806 kJ, ou aproximadamente 200 kCal. Se você mergulhar essa engenhoca em 5 litros de água (um balde), ela aquecerá cerca de 40 ° C; isso é gerenciável.

Observe que o curto-circuito das baterias é extremamente perigoso - essas coisas têm química frágil e podem explodir. Verifique se você possui equipamentos adequados de combate a incêndio e proteção pessoal.

Finalmente - quantos fios você precisa se tiver um comprimento total de 100 pés?

Se assumirmos que você corta N fios de comprimento modo que a resistência final seja R , então, para uma resistência por unidade de comprimento$\ell$$R$ , escrevemos$\rho$

Também sabemos que o comprimento total é , que é dado como 100 pés ( L ). Agora podemos resolver para$N\ell$$L$ :$\ell$

Com os números acima, você desejaria cortar o fio de 30 medidores em 11 peças com um comprimento de 92 cm cada; esses 11 fios em paralelo proporcionariam uma resistência de 84 mOhm, muito próximo do valor necessário. E tenho certeza que você terá mais alguns mOhm de perdas em outros lugares.

Finalmente - você carrega a bateria, determina a quantidade de água no balde, conecta a coisa toda e fica afastado. Quando a corrente parar de fluir, você poderá medir a elevação de temperatura no balde e saberá quanta energia foi capaz de transferir da bateria para a água.

Se o peso do balde vazio for E, e do balde cheio for F, a massa de água será F - E, e se a elevação da temperatura (em ° C) for , a energia total será F - $\Delta T$

Onde o peso está em kg e a diferença de temperatura em graus Celsius.

Divida a energia pelo tempo em segundos e você terá a potência média.

Não tenho uma boa sugestão para medir diretamente correntes tão grandes, a menos que você tenha a ferramenta apropriada (consulte, por exemplo, este artigo para obter alguns indicadores). Um Fluke comum não fará isso ... Você não deseja colocar nada diretamente no caminho da grande corrente.

ATUALIZAR

A pergunta - "um fio tão fino pode dissipar esse calor" pode ser respondida analiticamente.

De acordo com este documento , um arame fino em água (onde a água é deixada a ferver) pode dissipar . Se assumirmos que o seu fio magnético está classificado até 180 ° C e a água está a 30 ° C, você tem um gradiente térmico de 150 ° C. Para dissipar 2 kW, a área que precisamos é$2\cdot 10^5~\rm{W/m^2/C}$

O fio 30 AWG tem um diâmetro de 0,254 mm, portanto, uma área de superfície de por metro de comprimento. O comprimento total de 30 m fornece uma área de 2,4 ± 10 - 2 m 2 ; isso é muito mais do que precisávamos. Portanto, mesmo que o coeficiente de condutividade térmica seja muito menor (digamos, o valor "não-ebulição" de 8 × 10 $8\cdot 10^{-4}~\rm{m^2}$$2.4\cdot 10^{-2}~\rm{m^2}$ do mesmo artigo) ainda é suficiente para retirar o calor.$8\cdot 10^3~\rm{W/m^2/C}$

Observe que dois fios que transportam corrente na mesma direção atrairão: isso pode resultar em uma redução na área disponível para dissipação de calor. Você pode experimentar um pouco com isso (talvez amarre pequenas contas nos fios para separá-los).

Estou optando por responder a esta parte da sua pergunta que foi negligenciada por outras respostas "Existe uma maneira mais fácil de testar a capacidade da minha bateria?" Sim, você já tem os meios para testar a capacidade da bateria com a função de descarga no carregador de bateria LiPo na taxa de 1A (siga as instruções do fabricante). Ou apenas descarregue a uma taxa de 1A e cronometre-a com um cronômetro. Deve ser algo próximo de 16000mAh a baixas taxas de descarga e significativamente menor a taxas mais altas.

Primeiro, meça a capacidade, a uma taxa baixa, para garantir que você realmente tenha um pacote de 16000mAh.

A taxa máxima de descarga 10C, 15C, etc, é especificada dessa maneira por um motivo. Não é um valor fixo de Amp, depende da capacidade e condição do pacote específico naquele momento. É uma especificação 'difusa' que é escolhida por segurança e confiabilidade, não medida. É por isso que você nunca vê uma taxa de descarga máxima de 11,2 ° C.

Só porque você pode descarregar a uma determinada taxa, não significa que você deveria. É inteiramente possível descarregar a uma taxa muito alta uma vez sem que algo aparentemente terrível aconteça. No entanto, o calor e o estresse poderiam ter criado um ponto fraco que causaria um incêndio violento na próxima vez que você tentar o mesmo teste.

Todas as cargas não são equivalentes. Um testador de carga de pilha de carbono automotivo real (que eu recomendaria se você realizar o teste) é uma carga puramente resistiva, mas os motores são cargas altamente indutivas com picos de EMF de volta e outros componentes complexos que podem ou não ser transportados de volta à bateria sobre o ESC, dependendo de quão bem ele é filtrado.

Em conclusão, você provavelmente não precisa executar o teste que estava planejando. Descubra a quantidade atual de aplicativos que realmente atrai o pior caso. Se for inferior a 32A, você é bom. Se for mais, você pode estar bem, mas o melhor teste é apenas testá-lo no hardware real e ver quanto tempo ele é executado. No bairro de 160A, esse próximo aviso NÃO é apenas um padrão. Em nenhum caso você deve exceder a classificação atual de qualquer fiação, conector ou componente. Teste em uma superfície não inflamável, longe de qualquer coisa que você não possa se queimar.

Se você realmente deseja "c) outra maneira de medir a corrente de descarga contínua máxima da bateria" (corrente de descarga não segura) e não deseja ou não pode fornecer parâmetros adicionais, como impedância de carga, existe realmente apenas uma maneira. Um fio morto curto em um cabo curto grosso ou barramento. Meça a corrente com uma pinça no medidor indutivo até derreter. Qualquer método com resistência à carga, mesmo um resistor de derivação de corrente muito pequeno, não atingirá o máximo real.

Este é quase certamente um teste destrutivo e o valor de qualquer resultado é dúbio. Se soubermos mais sobre as informações que você está tentando obter ao realizar este teste, podemos fornecer respostas mais úteis.

Google para "resistor de frenagem dinâmico". Eles não são baratos, mas estão disponíveis com apenas um ohm ou dois e até vários quilowatts. Eles são basicamente aquecedores grandes, mas o bom é que você pode especificar a resistência, a corrente e a potência necessárias.

Você pode usar um testador de carga. Esses dispositivos foram projetados para testar baterias e alternadores de veículos e destinam-se a lidar com centenas de amplificadores em sua faixa de tensão. Eles são basicamente um grande resistor de pilha de carbono em uma caixa com um amperímetro e um voltímetro. Um 500A pode ser adquirido por cerca de US $ 50 (exemplos 1 2 ).

O único problema é que você estaria indo muito mais tempo do que o ciclo de trabalho pretendido. Eles foram projetados para lidar com essa carga por cerca de 30 segundos (partida do motor de corrente de pico), em vez dos 4-6 minutos pelos quais você mediria, embora essas unidades sejam projetadas para 6KW, para que você possa executá-lo por um minuto ou mais. então, deixe esfriar por um tempo e repita até a bateria descarregar.

Seus aparelhos alimentados por rede elétrica (secadores de cabelo, etc.) não são cargas realmente adequadas para uma bateria de 14V. Eles são projetados para energia de 120V (ou 240V) e consumirão <10% de sua potência nominal em 14V.

Quando verifiquei o Ebay há alguns minutos, parece haver muitos desses resistores de potência de 100W em boas caixas de alumínio que podem ser parafusadas em um grande dissipador de calor. Você pode pegar 25 dessas coisas e conectá-las em paralelo. Escolha uma resistência que será paralela a 0,0875 Ohms. Não sei se vale a pena a despesa?

Ou você pode tentar encontrar um local que venda peças de reparo de eletrodomésticos, obtenha um rolo de fio pesado de Nichrome e faça seu próprio resistor de 0,0875 Ohms.

Mas, como outros já disseram, brincar com a 160A não é lugar para amadores. Você pode se matar e queimar sua casa ao mesmo tempo. CUIDADO EXTREMO É EXIGIDO FORTE!

Você realmente precisa descarregar a bateria nessa velocidade? Se você apenas deseja verificar o que você realmente tem, por que não fazê-lo em uma corrente mais baixa, mas com mais tempo? Fiz algo semelhante com algumas baterias Li 18650 que comprei no ebay. Eu queria verificar o que realmente tinha, então apenas montei um circuito para drená-los a cerca de 500mA e medi quanto tempo isso levou. Muito mais fácil (e mais seguro) do que basicamente colocá-los em curto!

Você pode usar um par (ou 3) desses resistores de 100W para obter um dreno 10A-20A e ver o que acontece. Isso daria, pelo menos, um valor aproximado para a bateria.

14vdc @ 160a está na faixa de uma bateria de partida padrão para carros. Obtenha um inversor de energia de 3KW 12VDC a 120VAC (use o google it - eles existem) e use um aquecedor de 2KW 120V como carga. Você precisará usar o menor comprimento de fio de cobre maciço # 0 ou # 00 para conectá-lo à bateria. Você também precisará de um padrão de resistência de derivação de 100A a 1Amp (é uma ferramenta elétrica) para medir essa corrente com precisão. Se você conectar seu medidor Fluke ao shunt e ele apresentar 1,6Amp, 160Amps fluirão através do shunt. O único problema é que, se a bateria estiver muito incapaz, talvez ela não seja compatível com o inversor de 3KW por muito tempo. Espero que não seja uma bateria de hobby, essas especificações são para uma bateria de lítio de segmento de veículo elétrico de tamanho completo. Estes também existem. Não esqueça que 16.000 amp-horas também são 1amp por 16 horas.

Existem cargas eletrônicas por aí que podem dissipar esse tipo de energia indefinidamente, como a série EL da Kepco: http://www.kepcopower.com/el.htm

Eles não são baratos, mas são muito bons em extrair corrente constante, tensão, potência, praticamente o que você precisa. Tenho certeza de que eles também são controláveis ​​por uma conexão serial.

Se você tem um resistor de bobina aberto à mão, mas é uma resistência muito alta e uma capacidade de corrente muito baixa para suas necessidades, você pode utilizá-lo da seguinte forma:

Você está dividindo o resistor em n segmentos, o que tornará o conjunto adequado para a mesma potência em 1 / n tensão.

Os detalhes sangrentos: Se o pacote for de resistência r , a resistência de cada segmento será, obviamente, r / n. Assim, com todos eles em paralelo, a resistência é (r / n) / n. Não é possível encontrar sobrescrito no aplicativo.

.

Parece que você está perdendo alguns cálculos simples. A resistência de teste necessária é

Isso dará uma carga de

A mains device with this resistance would have a power rating of

At 240 V the power would be four times that (due to the square term) = 658 kW = 0.6 MW. You won't find these in your kitchen.

Since you have an application already I suggest you come up with a method to use your real load as the test.

I would use a step-by-step approach. That means using loads incrementally and measuring voltage drop and calculating the internal resistance of the battery, then extrapolating theoretically for larger loads. And ony after that, if calculations shown good safety margin, i would try a high current load approach.

Lets give some example: To calculate the battery internal resistance is very simple using an ammeter (not necessay precision) and a digital voltmeter (here is necessary to have at least four digits value display, but again, precision is not very important, only the number of digits), and two low-value resistors. Can be two 12V 55W car bulbs. The approach involve using the voltmeter in parallel with the battery, ammeter in series with the bulbs, and taking two measurements: one with only one bulb, and the second with two bulbs in parallel. From the current and voltage results we can calculate the internal resistance of the battery: Ri = dV / dI ; (dV = V1-V2; dI = I2-I1).

Now that you have calculated the battery internal resistance, you can approximate the battery internal dissipation of power (heat) at 160A using the well-known formula: P=I2R, where: P will be internal battery dissipation, in watts; I squared is 160A squared that means 25600; R is the previously calculated resistance, in ohms.

If P result is larger then 100W for a small battery (200-400 grams), i would not even try taking 160A from it. If is a quite large battery (more than a kilogram for example) is should safely absorb the 100W for a few minutes that means it will work okay. Of course, other detrimental effects may appear at high currents, but i'll give it a try.

I looked up the specs for your battery. There is one serious difference. The spec calls for a constant discharge rate of 10C, not a continuous discharge rate of 10C. What this means is that you can discharge the battery at 160A until the battery is discharged.
They also have a peak discharge rate of 20C for 10secs. Using this to estimate the length of time at 10C, I would guess 40secs.
I had a chat with a CSR of Hobbyking and he reassured me that it was safe to use a discharge rate of 160A, however, he was evasive as to how long the battery would be able to deliver it (the theoretical is 6 min max).
I would be surprised if it even last a minute. This is a "far cry" from continuous. You may not even have enough time to measure anything.

Another approach (and safer), is to determine the battery's internal resistance(Ri). Once this is done, it is very simple to calculate the max discharge rate (Is = Vo/Ri).
To find the internal resistance, measure the no load voltage (Vo). Use a 5 ohm load resistor and measure the voltage under load (Vl) and the current(I). Ri = (Vo-Vl)/I.
As an example, Vo = 16v, Vl = 14.55v, and I = 2.91A. Ri = (16 - 14.55)/2.91 = .498ohms. Using this value of Ri, one gets the peak discharge rate of (16/.498 = ) 32.18A.

An automotive starter motor (especially for a big engine) can easily draw that amount of current, and in the 14V range too. The only problem is that all that energy has to go somewhere. If you rigged up a starter motor with the shaft locked to prevent rotation, it will draw its peak (stall) current, but all that energy is going to go into heat in the windings, so it can't operate like that for more than a few seconds at a time without cooking itself. If you could rig it to drive some sort of mechanical load - maybe a big fan or something, then it could run longer because most of the power will be dissipated into the load, but then you'd need a really big motor and hefty mechanical load or it won't draw the target current.

If you're working on a drone and you already have the motors and propellers for it, maybe the solution is to build a static test rig to lock down the drone so it can't move, insert your electrical performance monitoring (current/voltage) equipment into the circuitry, and "fly" your drone in the rig.