我可以把一千瓦放进去做什么?(或者:帮我保存我的吹风机)

电器工程 电压 力量 电池 安培数 测试
2022-01-26 00:52:36

TL;DR:我需要一些东西以 14V 或 2.24 千瓦将大约 160A 的电流放电。任何评论或答案,a)我可以倾倒一千瓦的东西,b)我可以修改一个普通项目以在 160A 下采用 2kW DC,或者 c)另一种测量电池最大连续放电电流的方法将是极大的赞赏。

不幸的是,互联网上许多其他有此问题的人正在处理的放大器数量要少得多(160A 非常疯狂。)因此,任何对“只是谷歌搜索”或与之前提出的问题类似的评论都不是赞赏。

我最近买了一块大电池,Hobbyking Multistar 16000mAh 4 芯 LiPo 电池。不幸的是,HobbyKing 因夸大其产品规格而臭名昭著。最大连续输出以不同的方式列出为 15C(即 15C*16000 mAh = 15C*16Ah =240 amps)和 10C(即 160A)。在使用过程中,电池电压应在每节电池 4.0V 至 3.2V 的范围内,因此为 16V 至 12.8V。

我希望连续输出至少为 10C 或 160A,但我不知道是什么。人们对Multistar电池的实际输出从10C到3C不等的报道不一,缺乏实际测试数据和大量轶事数据。我希望自己通过将 2kW 倾倒到某物中并一直测量电流来测试这一点。

基本上,我需要一些东西在 14V 或 2.24 千瓦时将大约 160A 的电流放电。我查找了功率在千瓦范围内的东西,发现微波炉(~1kW)、烤箱(~1.5kW)、电动工具(~500W-2kW)、投影仪(400W-4kW)和吹风机(~1-2kW)是我最好的选择。不过,我不确定如何将电池插入其中任何一个。显然,电池在 160 安培时输出约 2.2kW 的直流电。在没有大量工作的情况下,我不知道我的吹风机想要什么,或者如何让它带上 DC。我也明白这将远远超出疯狂科学家的范围,并且可能会导致很酷的爆炸。

有没有更简单的方法来测试我的电池容量?触手可及的地方,我有一个锂聚合物电池充电器(不幸的是最大放电速率为 1A)、一个不错的 Fluke、很多家用设备、一些电源、一个 400W 投影仪和一个有很多电动工具/电气设备的车间。

任何测试我的电池的方法都将不胜感激,包括让我的吹风机采用直流电的方法,将两千瓦放电到不是电器的方法,以及任何其他通常测试电池放电特性的方法。

[编辑] 我知道,如果你是愚蠢的,将一千瓦功率放入家用电器是非常不切实际和危险的。我现在也知道这也太难了。我现在转而想要制造或购买大型电阻器。对于安全警察,我知道 2kW 有多危险。我一直希望任何测试——无论是在经过验证的、应该可以正常工作的电阻器上还是在家用电器上——都将在室外进行,在不易燃的地面上,使用灭火器,如果发生爆炸,我可以制作一个漂亮的视频和与互联网分享,而不是死于触电和烧毁我的房子。我也知道 2kW 是如何融化东西的,并且之前已经处理过这种规模的能量。我不是电工,我知道自己的极限,但我确实知道如何处理 2kW 到最坏的可能出错的地步是几百美元的东西付诸东流和 Youtube 上的一个漂亮的爆炸视频。我敏锐地意识到电池或任何我插入 2kW 的东西很有可能会爆炸,我会在(如果)发生时与大家分享视频。

4个回答

要在 \$ 14\mathrm{V} \$ 处耗散 \$ 1\mathrm{kW} \$,您需要一个电阻为 \$ R = \frac{\mathrm{V}^2}{\mathrm{ W}} = \frac{\left(14\mathrm{V}\right)^2}{1000\mathrm{W}} = 0.196\mathrm{\Omega} \$。您可以在 Digikey 上以 54.95 美元的价格购买一个 \$ 0.25\mathrm{\Omega} \$ \$1 \mathrm{kW} \$ 电阻器(部件号 FSE100022ER250KE)。

并行使用其中的两个或三个将耗散 \$ 2.35 \mathrm{kW} \$,这在 \$ 2.24\mathrm{kW} \$ 的目标的 \$ 5\% \$ 内。如果您使用 \$ 0.25\mathrm{\Omega} \$ 电阻器,那么电流将为 \$ \frac{ 14\mathrm{V} }{ 0.25\mathrm{\Omega} } = 56\mathrm{A} \$ . 因此,每个电阻器都需要一根 8 AWG 或更大的电线。

或者,您可以将一些镍铬合金线缠绕在高温芯(例如煤渣块)上,以制作自己的功率电阻器。 此 PDF提供了有关 NiChrome 线的一些信息。14 AWG NiCr A 线的电阻为 \$ 0.1587\mathrm{\Omega} \$ 每英尺。NiChrome-A 线的熔点约为 \$ 1800\mathrm{°F} \$。如果我们通过电线运行大约 \$ 29\mathrm{A} \$,电线将加热到大约 \$ 1400\mathrm{°F} \$ 留下 \$ 400\mathrm{°F} \$ 的余量。

如果您以 \$ 32\mathrm{A} \$ 运行 5 条股线,每条股线将有 \$160\mathrm{A} \$ 并且在 \$ 1400\mathrm{°F} \$ 范围内的某个位置。为了使 \$ 32\mathrm{A} \$ 我们需要导线的电阻为 \$ \frac{14\mathrm{V}}{32\mathrm{A}} = 0.4375\mathrm{\Omega} \美元。为了使 \$ 0.4375\mathrm{\Omega} \$ 我们需要线长为 \$ \frac{0.4375\mathrm{\Omega}}{0.1587 \mathrm{\Omega}/{\mathrm{ft}}} = 2.76\mathrm{ft} \$ (2ft 9in)。\$ 2.76\mathrm{ft} \cdot 5\ \text{平行链} = 13.8\mathrm{ft} \$. 将 5 股线中的每一根缠绕在煤渣块周围,这样它们就不会接触,或者使用 5 个单独的煤渣块。

每个连接使用至少 12 AWG 电线将每根线平行连接到电池。不要与可能会熔化的东西连接,例如带有塑料手柄的跨接电缆。此外,铜线必须在镍铬合金附近的区域中物理分开,因为一些绝缘层很可能会熔化。

您可以以 19.13 美元的价格从 McMaster 购买 21 英尺长的 14 AWG NiChrome 线轴。部件号 8880K11 )或者,您可以花15.00 美元从 Jacobs Online购买 20 英尺线轴

问题有两个:您需要一个能够提供适当负载的设备,并且您需要管理热量。

为了我的钱,我会做以下事情(但请参阅下面有关短路电池的重要警告!!):

取一根细线(例如,您可以在 Radio Shack 以大约 9 美元的价格购买的“磁铁绕组”线 - https://www.radioshack.com/products/magnet-wire-set?variant=5717684613)。这套包含大约 100 英尺的 22、26 和 30 规格铜。这些电线的电阻分别为 53、134 和 339 欧姆/公里。

要从 14 V 电源获得 160 A 的电流,需要 14/160 = 88 mOhm 的总负载电阻。这意味着这些电线中最粗的 1 米多一点就可以提供正确的负载——但你无法将热量散发出去。您需要足够的表面积 - 所以我建议您使用最薄的量规,将电线加倍,这样您最终会得到许多平行的电线来提供负载。然后,您可以将两端焊接在一起(您必须刮掉一点珐琅质才能焊接到这些电线上)并在结周围放置一块衬有粘合剂的热缩管。使用非常粗的电线(多股 6 AWG)来提供与电池的连接,否则您将在您不想要的地方遭受巨大损失。

现在将整个东西浸入一大盆水中。水很便宜,并且具有非常高的热容量。电线上的绝缘层将确保所有电流流过铜,现在您有足够的面积将热量散发到周围的水中。如果您有 16000 mAh 电池,它应该能够提供 0.1 小时或 6 分钟的 160 A 电流。在那段时间里,原则上您总共会消耗 160 * 14 * 360 = 806 kJ,或大约 200 kCal。如果你将这个装置浸入 5 升水(一个桶)中,它会加热约 40 摄氏度;这是可以管理的。

请注意,使电池短路是非常危险的——这些东西的化学性质很脆弱,可能会爆炸。确保您有适当的消防设备和个人防护设备。

最后 - 如果总长度为 100 英尺,您需要多少根电线?

如果我们假设您切割 N 根长度为 \$\ell\$ 的导线,最终电阻为 \$R\$,那么对于每单位长度的电阻 \$\rho\$,我们写

$$ \frac{\ell\rho}{N} = R$$

我们还知道总长度为 \$N\ell\$,即 100 英尺 (\$L\$)。我们现在可以求解 \$\ell\$:

$$ \frac{\ell\rho}{\frac{L}{\ell}} = R\\ \ell = \sqrt{\frac{RL}{\rho}}$$

使用上面的数字,您需要将 30 规格的电线切成 11 根,每根长度为 92 厘米;这 11 根平行线将为您提供 84 mOhm 的电阻,非常接近您需要的值。而且我敢肯定,您在其他地方还会有更多 mOhm 的损失。

最后 - 你给电池充电,确定桶里的水量,把整个东西连接起来,然后站起来。当电流停止流动时,您将能够测量桶中的温度升高,并且您将知道您能够从电池转移到水的能量有多少。

如果空桶的重量是E,满桶的重量是F,那么水的质量是F-E,如果温升(℃)是\$\Delta T\$,那么总能量为 $$\frac{FE}{\Delta T} \cdot 4200~J$$

其中重量以公斤为单位,温差以摄氏度为单位。

将能量除以时间(以秒为单位),您将获得平均功率。

除非您拥有适当的工具(例如,请参阅本文以获取一些指示),否则我没有直接测量如此大电流的好建议。普通的 Fluke 不会这样做……您不想将任何东西直接放在大电流的路径中。

更新

这个问题——“这么细的电线能消散这种热量吗”可以通过分析来回答。

根据这篇论文,一根细线在水中(允许水沸腾的地方)可以耗散 \$2\cdot 10^5~\rm{W/m^2/C}\$。如果我们假设您的电磁线额定温度高达 180°C,而水的温度为 30°C,那么您的热梯度为 150°C。要耗散 2 kW ,我们需要的面积是

$$ A = \frac{P}{h\Delta T} = 7.3 \cdot 10^{-5}~\rm{ m^2}$$

30 AWG 线的直径为 0.254 毫米,因此每米长度的表面积为 \$8\cdot 10^{-4}~\rm{m^2}\$。30 m 的总长度使它的面积为 \$2.4\cdot 10^{-2}~\rm{m^2}\$; 这远远超出了我们的需要。因此,即使导热系数要低得多(例如,同一篇文章中 \$8\cdot 10^3~\rm{W/m^2/C}\$ 的“非沸腾”值),它也是仍然足以散热。

请注意,沿同一方向承载电流的两根导线会相互吸引:这可能会导致可用散热面积减少。您可能想对此进行一些试验(也许在电线上串上小珠子以将它们分开)。

我选择回答你的这部分问题,其他答案忽略了“有没有更简单的方法来测试我的电池容量?” 是的,您已经有办法使用 LiPo 电池充电器上的放电功能以 1A 的速率测试电池容量(遵循 mfr 指示)。或者只是以 1A 的速率放电并用秒表计时。在低放电率下它应该接近 16000mAh,而在更高的放电率下则明显更少。

请先以低速率测量容量,以确保您确实拥有 16000mAh 电池组。

出于某种原因,以这种方式指定了最大放电速率 10C、15C 等。这不是一个固定的安培值,它取决于当时特定包装的容量和状况。这是一个“模糊”规范,是为了安全性和可靠性而选择的,而不是测量的。这就是为什么您永远看不到 11.2C 的最大放电率。

仅仅因为你可以以一定的速度放电,并不意味着你应该这样做。完全有可能一次以非常高的速率放电,而不会发生任何明显可怕的事情。然而,热量和压力可能会造成一个薄弱点,在您下次尝试相同的测试时会引发猛烈的火灾。

所有负载都不等价。真正的汽车碳堆负载测试仪(如果您进行测试,我会推荐它)是纯电阻负载,但电机是具有反电动势尖峰和其他复杂组件的高电感负载,可能会或可能不会带回电池在 ESC 上取决于它的过滤程度。

总之,您可能不需要运行您计划的测试。弄清楚您的应用程序在最坏的情况下实际消耗了多少电流。如果它小于32A,你很好。如果它更多,你可能没问题,但最好的测试只是在实际硬件上尝试一下,看看它运行了多长时间。在 160A 附近,下一个警告不仅仅是样板。在任何情况下,您都不应超过任何接线、连接器或组件的额定电流。在非易燃表面上进行测试,远离任何您无法承受的燃烧。

如果您真的想要“c)另一种测量电池最大连续放电电流的方法”(不是安全放电电流)并且不愿意或无法提供负载阻抗等附加参数,那么实际上只有一种方法。粗短电缆或母线完全短路。用电感表上的夹子测量电流,直到它熔化。任何带有负载电阻的方法,即使是非常小的电流分流电阻也不会达到真正的最大值。

这几乎可以肯定是一次破坏性测试,任何结果的价值都是值得怀疑的。如果我们更多地了解您通过执行此测试获得的信息,我们可以为您提供更多有用的答案。

谷歌为“动态制动电阻器”。它们并不便宜,但它们的功率低至一两欧姆,最高可达数千瓦。它们基本上是大型加热器,但好处是您可以指定所需的电阻、电流和功率。

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