Stapeln von Batterien, um 200 Volt und 21 Ampere zu erhalten

TLDR: Nein, Sie können diese Batterien nicht verwenden, um diesen Motor anzutreiben. Es wird nichts Schlimmes passieren, wenn Sie es versuchen, aber die Sicherheitsabschaltungen greifen, wenn Sie das erste Mal versuchen, es einzuschalten, und es funktioniert einfach nicht.

Wenn Ihre Anforderung mehr Energiedichte und Energie pro Kilogramm erfordert, als Blei-Säure liefern kann, besteht Ihre einzige Option darin, LiPo-Zellen mit hoher Entladerate zu verwenden.

Ich nehme an, Sie beziehen sich mit „Volllast“ auf eine Art Informationsschild am Motor selbst, das diese Informationen bereitstellt, und vielleicht handelt es sich um einen Motor, der für eine Art mehr oder weniger fester mechanischer Last spezifisch ist?

Gleichstrommotoren ziehen keinen festen Strom, sondern ziehen Strom umgekehrt proportional zu ihrer Drehzahl. Die Rotorspulen des Motors drehen sich relativ zu den Statormagneten, was aus Sicht der Spulen bedeutet, dass es ein sich ständig änderndes Magnetfeld gibt. Dies induziert natürlich eine Spannung in der Spule – eine, die der Spannung entgegengesetzt ist, die von einer externen Stromquelle an sie angelegt wird. Der Motor dreht sich immer schneller, bis die induzierte EMF die Spannung von beispielsweise einer Batterie fast aufhebt. An die Rotorspulen in einem unbelasteten Motor werden möglicherweise 200 V extern angelegt, sie ziehen jedoch weitaus weniger Strom, als die Spulenimpedanz bei dieser Spannung allein ausmachen könnte. Dies liegt daran, dass die Rotorspulen keine 200 V haben. Sie haben möglicherweise nur 1 V oder weniger oder mehr (hängt vollständig vom Motor ab, um nur meinen Standpunkt zu veranschaulichen).

Dies bedeutet auch, dass das Drehmoment ebenfalls sehr gering ist, da es vollständig aus Magnetfeldern erzeugt wird, die wiederum durch die magnetomotorische Kraft (MMF), den Strom, erzeugt werden. Wenn Sie den Schaft jedoch laden, passieren mehrere Dinge. Die Welle hat nicht das Drehmoment, um dem Drehwiderstand der Welle entgegenzuwirken, sodass die Welle langsamer wird. Es wird langsamer, die induzierte EMF wird fallen und die wahre Spannung über den Rotorspulen wird zunehmen, ebenso wie der von den Spulen gezogene Strom. Der zusätzlich gezogene Strom führt zu stärkeren Magnetfeldern, die das Drehmoment erhöhen, mit dem der Motor zurückdrücken kann. Tatsächlich wird es langsamer, bis der Strom erzeugt wird, der notwendig ist, um dem Wellenwiderstand perfekt entgegenzuwirken. Oder, wenn die Last einfach zu groß ist, um den Motor zu überlasten, stoppt die Welle vollständig und es wird überhaupt keine Gegen-EMK in den Spulen induziert.Der Motor zieht sehr viel Strom. Dies wird fortgesetzt, bis etwas nachgibt. Entweder beginnt sich die Welle zu drehen, die Wicklungen des Motors schmelzen oder die Stromversorgung wird unterbrochen (viele größere Motoren haben einen thermischen Trennschalter, der dies durch Unterbrechen der Stromversorgung tut, wenn der Motor zu heiß wird).

Das Fazit hier ist, dass Motoren weder einfache noch gut erzogene Lasten sind. Der einzige Mechanismus, der die Stromaufnahme steuert, ist die Gegen-EMK. Wenn sich ein Motor zum ersten Mal einschaltet, gibt es keinen, da er sich nicht dreht. Der Motor zieht seinen Stillstandsstrom, der typischerweise ein Vielfaches seines Leerlaufstroms und immer noch ein Vielfaches seines "belasteten" Stroms ist.

Sie müssen also herausfinden, was Sie wirklich mit „Volllast“ meinen. Wenn der Motor für einen bestimmten Zweck bestimmt ist oder im Dauerbetrieb ist, bedeutet „Volllast“ oft die maximale Dauerstromaufnahme, die für diesen Motor zulässig ist, damit er nicht überhitzt. Motoren spezifizieren im Allgemeinen andere Ströme, insbesondere Blockierstrom, der Strom, der gezogen wird, wenn sich die Welle nicht bewegt („blockiert“), und kein Laststrom, der Strom gezogen wird, wenn nichts als Reibung / Luftwiderstand / usw. geladen und entkoppelt wird blanker Schaft. Kein Motor ist dafür ausgelegt (oder wahrscheinlich in der Lage), blockiert verwendet zu werden, daher ist es ziemlich sicher, dass sich „Volllast“ nicht auf den Blockierstrom bezieht, sondern auf den Strom, der an einem Punkt der Wellenbelastung gezogen wird, den der Motor auf unbestimmte Zeit bewältigen kann.

Also nein, Sie können Ihren Motor nicht mit diesen Batterien betreiben, unabhängig von der Konfiguration.

Der Motor zieht maximal 21 A. Es zieht 21A an der maximalen Last, die es kontinuierlich betreiben kann. Beim ersten Start wird dieser Strom um ein Vielfaches erhöht, da sich die Welle anfangs nicht bewegt und der Motor blockiert ist. Dieser Strom wird kurz sein, aber nicht annähernd kurz genug. Die Schutzschaltungen des LiIon unterbrechen den Strom, und es ist nur eine Batterie erforderlich, um eine Überlastungskaskade zu verursachen, die sie alle dazu bringt, den Strom zu unterbrechen. Und das sollten sie - diese Schutzschaltungen sind vorhanden und arbeiten so schnell wie sie, da das Ziehen einer solchen Last zu einer lokalen punktuellen Erwärmung der Batterieanode führen kann, die möglicherweise einen Hotspot über 80 ° C in der angrenzenden Festelektrolyt-Grenzfläche (SEI) verursachen könnte. Schicht. Sobald das passiert, geht eine LiIon-Zelle im Allgemeinen in thermisches Durchgehen und die Batterie wandelt sich selbst in Feuer um.

Keine Sorge, die Schutzschaltkreise sind sehr gut darin, dies zu verhindern, bis zu dem Punkt, an dem die LiIon-Zellen die niedrigste Vorfallsrate aller Chemikalien haben (da die anderen Chemikalien im Allgemeinen keine Schutzschaltkreise haben).

Aber sie werden sicherlich zumindest beim Start von diesem Motor überlastet, und jedes Mal, wenn der Motor eine vorübergehende Last hat, die dazu führt, dass er etwas zu viel Strom zieht.

Wenn Sie ein solches Biest mit Batterien versorgen müssen und Bleisäure für Ihre Anwendung nicht energiedicht genug ist, sind Ihre Optionen ziemlich auf LiPo-Zellen mit hoher Entladungsrate beschränkt. Dank der Popularität von RC/Quadrotoren, die sehr hohe Entladeraten erfordern (denn, nun, das ist es, was Motoren tun), gibt es eine Fülle solcher Batterien, die leicht verfügbar sind und zu sehr günstigen Kosten. Stellen Sie einfach sicher, dass Sie einen seriösen Anbieter verwenden, viele der RC-Batterien geben ... optimistische ... Zahlen für ihre maximale Dauerentladungsrate an.

Diese Akkus haben immer noch Schutzschaltungen, aber solche, die mit den Zellen gekoppelt sind, und werden nur abgeschaltet, wenn der maximale Entladestrom überschritten wird, genau wie Ihre Kamera-Akkus. Dieses Maximum kann jedoch je nach Zellengröße Hunderte von Ampere betragen.

Unabhängig davon handelt es sich bei Ihrer Anwendung um eine Motoranwendung mit hohem Stromverbrauch, und Sie müssen Batterien verwenden, die für eine solche Belastung ausgelegt sind, was Kamerabatterien per Definition nicht sind. Vor allem, weil Kameras keine 4200-W-Motoren sind.

Außerdem ist es nicht akzeptabel, nicht angepasste Zellen so in Reihe zu schalten. Die Zellen haben ein unterschiedliches Leben geführt, befinden sich in unterschiedlichen Stadien des Verschleißes und der Kapazität, und bei so vielen Zellen in Reihe gibt es alle möglichen anderen Mechanismen, die dazu führen, dass die Schutzschaltungen eingreifen, wenn sich die schwächste Zelle im schwächsten Paket entladen hat zu viel, auch wenn im Rest der Packung noch genügend Kapazität vorhanden ist.

Sie müssen neue, angepasste Zellen kaufen, wenn Sie sie in Reihe schalten. Achten Sie darauf, für jeden eine geeignete Schutzschaltung zu verwenden. Im Allgemeinen ist es gut, auch das Parallelisieren von Zellen zu vermeiden, obwohl dies bei Bedarf möglich ist. In Ihrem Fall ist dies nicht der Fall, es gibt eine Vielzahl von LiPo-Zellen, die den Strombedarf dieses Motors auch im Stillstand bewältigen können, aber sie müssen dennoch angepasst werden. Und Sie werden ungefähr 48 davon in Reihe benötigen, was sicherlich kein unpraktischer Stapel ist. Sie benötigen außerdem einen Zellenausgleicher und ein ziemlich fortschrittliches Ladegerät, um diese Zellen zu warten.

Wenn Sie das Pack erstellen, indem Sie viele kleinere Packs in Reihe kombinieren, was wahrscheinlich die billigste Option ist (unter Verwendung von Hobby-Lipos mit ausreichend hohen Entladewerten), müssen Sie trotzdem das gesamte Pack auf einmal aktiv ausbalancieren, also nicht separat aufladen. Sie benötigen ein 200-V-Ladegerät/Balancer. Auch diese sind als EV-Ladegeräte leicht verfügbar. Dieser zum Beispiel.

Nichts davon ist billig, aber Ihre Optionen geben weniger Geld aus, indem Sie neue Zellen mit den richtigen Nennwerten und die richtige Lade-/Ausgleichsausrüstung für einen 48S-Stack kaufen, oder Sie können ein bisschen mehr Geld ausgeben, wenn Sie es falsch machen und wann das funktioniert nicht, auch das Geld ausgeben, um es richtig zu machen. Verstehen Sie also nicht falsch, die Option, bei der Sie einen Balancer für 250 $ kaufen und wer weiß, wie viele Dollar an neuen erstklassigen Lipozellen mit hoher C-Rate, ist die billige Option. Die auf den ersten Blick billigere Option ist die deutlich teurere Variante.

Gehen Sie mit der billigen Option.

Sie haben eine lange Antwort, die davon auszugehen scheint, dass Sie den Motor einfach einschalten, um ihn zu starten. Damit lassen sich nur recht kleine Gleichstrommotoren betreiben. Ihr Motor benötigt unabhängig von der Stromquelle wahrscheinlich eine elektronische Steuerung (ESC) oder zumindest ein Widerstandsstartsystem. Ein richtig ausgelegter ESC wäre in der Lage, den Betriebsstrom jederzeit auf oder unter dem Nennvolllaststrom des Motors zu halten. Ein ESC könnte auch so eingestellt werden, dass er einen kurzzeitigen Überlastbetrieb von 150 % des Nennstroms für bis zu 60 Sekunden zulässt.

Sie müssen ein Batteriesystem entwerfen, das dem Motorsteuerungsschema und den Grenzen entspricht, die Sie dem Motorbetrieb auferlegen.

Re-Kommentar hinzugefügt:

Der Begriff ESC wird häufiger für Hobbyprodukte verwendet. Bei 4200 Watt würden sie häufiger als DC-Motorsteuerungen oder DC-Antriebe bezeichnet. Für den DC-Eingang wäre ein PWM-Controller erforderlich. Allzweck-Standardprodukte sind weit verbreitet, aber sie sind im Allgemeinen für AC-Eingang ausgelegt, einige AC-Eingangsmodelle sind jedoch PWM und können auch DC-Eingang akzeptieren. Sie sind ausreichend kompliziert, um das Entwerfen und Bauen einer PWM-DC-Motorsteuerung für einen 200-V-, 21-A-Motor zu einem herausfordernden Do-it-yourself-Projekt zu machen. Es lohnt sich auf jeden Fall, nach passenden neuen oder gebrauchten Produkten zu suchen.

Nein. Diese Batterien sind nicht dafür ausgelegt, eine schwere Last wie ein großer Motor zu bewältigen. Und es ist ziemlich problematisch, zusätzlichen Strom bereitzustellen, indem Batterien parallel geschaltet werden.

Es mag bequem erscheinen, handelsübliche vorverpackte Akkupacks wie diese zu verwenden, aber Sie haben eine so große (und nicht angepasste) Last, dass Ihre Lösung am Ende sehr teuer sein wird. Diese Batterien haben (aufgrund ihres beabsichtigten Marktes) einen hohen Preis, und die Schaltung, die zur Bewältigung der hohen Leistung (und insbesondere des Lastausgleichs für erhöhten Strom) erforderlich ist, wird anspruchsvoll und teuer sein.

Ich würde die Verwendung dieser Batterien nicht empfehlen, da dies nicht der beabsichtigte Zweck war. Sie alle sind wahrscheinlich aus 4-V-Li-Ionen in der 4er-Reihe aufgebaut. Jeder von ihnen enthält ein BMS. Sie brauchen nicht so viele BMS, nur eine für eine Batterie von ~50S. Sie haben nicht angegeben, was der Motor antreiben wird, aber Sie könnten eine Methode in Betracht ziehen, die der von Tesla ähnelt (außer sie verwenden Wechselstrommotoren). Verwenden Sie einen Lithium-Ionen-Akku mit hohem C-Rating, wie den 18650 oder einen ähnlichen. Es gibt auch einige Lifepo4-Versionen mit hoher C-Bewertung, jedoch mit etwas geringerer Dichte. Finden Sie ein BMS, das 50er-Serien mit Ausgleich unterstützt. Klingt nach einem lustigen Projekt.