¿En qué puedo poner un kilovatio? (O: ayúdame a salvar mis secadores)

TL; DR: Necesito algo para descargar aproximadamente 160 A a 14 V o 2,24 kilovatios. Cualquier comentario o respuesta, ya sea con a) algo en lo que pueda volcar un kilovatio, b) de alguna manera puedo modificar un elemento común para tomar 2kW DC a 160A, o c) otra forma de medir la corriente de descarga continua máxima de la batería sería muy grande apreciado.

Desafortunadamente, una gran cantidad de otras personas en Internet que tienen este problema están lidiando con muchos menos amplificadores (160A es bastante loco). Por lo tanto, cualquier comentario para "solo googlearlo" o que sea similar a las preguntas anteriores no es apreciado.

Recientemente compré una batería grande, una batería LiPo Hobbyking Multistar 16000mAh de 4 celdas. Desafortunadamente, HobbyKing es conocido por inflar las especificaciones de sus productos. La salida continua máxima se enumera de manera variada como 15C (que sería 15C * 16000 mAh = 15C * 16Ah = 240 amperios) y 10C (que sería 160A). El voltaje de la batería debe oscilar entre 4.0V y 3.2V por celda durante el uso, de modo que 16V a 12.8V.

Espero que la salida continua sea de al menos 10C o 160A, pero no tengo idea de qué es. Las personas informan de diversas maneras que las salidas reales de las baterías Multistar van desde 10C a 3C, y hay una falta de datos de prueba reales y demasiados datos anecdóticos. Espero probar esto yo mismo vertiendo 2kW en algo y midiendo la corriente todo el tiempo.

Básicamente, necesito algo para descargar aproximadamente 160 A a 14 V o 2,24 kilovatios. He buscado cosas que toman potencia en el rango de un kilovatio, y he encontrado microondas (~ 1kW), hornos (~ 1.5kW), herramientas eléctricas (~ 500W-2kW), proyectores (400W-4kW) y secadores de pelo. (~ 1-2kW) son mis mejores apuestas. Sin embargo, no estoy exactamente seguro de cómo enchufar mi batería en ninguno de estos. Obviamente, la batería produce ~ 2.2kW DC a 160 amperios. No tengo idea de lo que quiere mi secador de pelo, o cómo conseguir que tome DC, sin una gran cantidad de trabajo. También entiendo que esto estaría muy lejos del alcance del científico loco, y probablemente resultaría en una explosión fría.

¿Hay alguna manera más fácil de probar la capacidad de mi batería? Tengo al alcance un cargador de batería LiPo (desafortunadamente, velocidad de descarga máxima de 1 A), un Fluke decente, muchos equipos domésticos, varias fuentes de alimentación, un proyector de 400 W y un taller con una cantidad decente de herramientas eléctricas / equipos eléctricos.

Cualquier forma de probar mi batería sería muy apreciada, incluidas las formas de hacer que mis secadores de cabello tomen CC, las formas de descargar dos kilovatios en algo que no es un electrodoméstico y cualquier otra forma de probar generalmente las características de descarga de la batería.

[editar] Sé que poner un kilovatio en electrodomésticos es poco práctico y peligroso si eres estúpido. Ahora también sé que también es muy difícil. Ahora he cambiado a querer hacer, o comprar, una gran resistencia.Para la policía de seguridad, sé lo peligroso que puede ser 2kW. Siempre quise que cualquier prueba, ya sea en una resistencia probada que debería funcionar bien o en un electrodoméstico, se llevara a cabo al aire libre, en un suelo no inflamable, con extintores de incendios, donde si algo explota, puedo hacer un bonito video y compartirlo con Internet en lugar de morir por electrocución y quemar mi casa. También sé cómo 2kW pueden derretir cosas y antes he manejado la energía en esta escala. No soy electricista y conozco mis límites, pero sí sé cómo manejar 2kW hasta el punto en que lo peor que podría salir mal es unos cientos de dólares en el desagüe y un video de explosión en YouTube.Soy muy consciente de que existe una gran posibilidad de que la batería, o lo que sea que esté atascando en 2kW, explote, y compartiré el video con ustedes cuando (si) lo hace.

Para disipar a 14 V necesita una resistencia con una resistencia de R = V$1\mathrm{kW}$$14\mathrm{V}$. Puede comprar unaresistencia de0.25Ω1kWen Digikey por $ 54.95 (Parte no. FSE100022ER250KE).$R = \frac{\mathrm{V}^2}{\mathrm{W}} = \frac{\left(14\mathrm{V}\right)^2}{1000\mathrm{W}} = 0.196\mathrm{\Omega}$$0.25\mathrm{\Omega}$ $1 \mathrm{kW}$

El uso de dos o 3 de ellos en paralelo se disiparía que está dentro de 5 % de su meta de 2,24 k W . Si usa resistencias de 0.25 Ω , la corriente será de 14 $2.35 \mathrm{kW}$$5\%$$2.24\mathrm{kW}$$0.25\mathrm{\Omega}$. Por lo tanto, necesitará un cable de 8 AWG o más para cada resistencia.$\frac{ 14\mathrm{V} }{ 0.25\mathrm{\Omega} } = 56\mathrm{A}$

Alternativamente, podría enrollar un cable de Nichrome alrededor de un núcleo de alta temperatura (como un bloque de ceniza) para hacer su propia resistencia de potencia. Este PDF brinda información sobre el alambre de NiChrome. 14 AWG NiCr Un cable tiene una resistencia de por pie. El alambre de NiChrome-A tiene un punto de fusión de aproximadamente . Si pasamos aproximadamente través del cable, el cable se calentará a aproximadamente que deja de margen.$0.1587\mathrm{\Omega}$ 29 A 1400 ° F 400 °$1800\mathrm{°F}$$29\mathrm{A}$$1400\mathrm{°F}$$400\mathrm{°F}$

Si ejecuta 5 hilos en cada uno tendrá y estará en algún lugar dentro del rango . Para hacer necesitamos que la resistencia del cable sea . Para hacer necesitamos que la longitud del cable sea (2 pies 9 pulgadas). . Envuelva cada uno de los 5 hilos alrededor del bloque de cemento para que no se toquen o, alternativamente, use 5 bloques de cemento separados. 160 A 1400 ° F 32 A 14 $32\mathrm{A}$$160\mathrm{A}$$1400\mathrm{°F}$$32\mathrm{A}$0.4375Ω0.4375$\frac{14\mathrm{V}}{32\mathrm{A}} = 0.4375\mathrm{\Omega}$$0.4375\mathrm{\Omega}$2.76ft⋅5hilos paralelos=13.8f$\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 cable a la batería en paralelo utilizando al menos un cable de 12 AWG para cada conexión. No haga la conexión con algo que pueda derretirse, como cables de puente con mangos de plástico. Además, el cable de cobre debe extenderse físicamente por separado en el área cerca del NiChrome porque es probable que parte del aislamiento se derrita.

Puede comprar un carrete de 21 pies de cable NiChrome de 14 AWG de McMaster por $ 19.13. ( Parte no. 8880K11 ) Alternativamente, usted puede comprar a 20 pies de bobina de Jacobs Online por $ 15.00 .

El problema es doble: necesita un dispositivo que pueda proporcionar la carga adecuada y necesita controlar el calor.

Por mi dinero, haría lo siguiente (¡pero ver advertencia importante sobre cortocircuito de las baterías a continuación!):

Tome una longitud de cable delgado (por ejemplo, el cable de "bobinado de imán" que puede comprar en Radio Shack por unos 9 dólares - https://www.radioshack.com/products/magnet-wire-set?variant=5717684613 ). Este conjunto contiene aproximadamente 100 pies de cobre de calibre 22, 26 y 30. La resistencia de estos cables es de 53, 134 y 339 Ohm / km, respectivamente.

Para obtener una corriente de 160 A de una fuente de 14 V se requiere una resistencia de carga total de 14/160 = 88 mOhm. Eso significa que un poco más de 1 metro del más grueso de estos cables proporcionaría la carga correcta, pero no hay forma de que pueda sacar el calor. Necesita un área de superficie suficiente, por lo que le recomendaría que use el calibre más delgado, duplique los cables, de modo que termine con una cantidad de cables en paralelo que proporcionen la carga. Luego podría soldar los extremos (debe raspar un poco del esmalte para poder soldar estos cables) y colocar un trozo de termocontraíble con revestimiento adhesivo alrededor de la unión. Use un cable realmente grueso (múltiples hilos de 6 AWG) para proporcionar la conexión a su batería, o obtendrá pérdidas masivas donde no las quería.

Ahora sumerja todo en un gran baño de agua. El agua es barata y tiene una capacidad calorífica notablemente alta. El aislamiento en el cable asegurará que toda la corriente fluya a través del cobre, y ahora tiene un área suficiente para disipar el calor al agua circundante. Si tiene una batería de 16000 mAh, debería poder proporcionar 160 A durante 0.1 horas o 6 minutos. En ese tiempo, en principio, disiparía un total de 160 * 14 * 360 = 806 kJ, o aproximadamente 200 kCal. Si sumerge este artilugio en 5 litros de agua (un balde), se calentará a unos 40 ° C; Eso es manejable.

Tenga en cuenta que el cortocircuito de las baterías es extremadamente peligroso: estas cosas tienen una química frágil y pueden explotar. Asegúrese de tener un equipo contra incendios apropiado y protección personal.

Finalmente, ¿cuántos cables necesita si tiene una longitud total de 100 pies?

Si suponemos que corta N alambres de longitud tal que la resistencia final es R , entonces para una resistencia por unidad de longitud ρ escribimos$\ell$$R$$\rho$

También sabemos que la longitud total es , que se da como 100 pies ( L ). Ahora podemos resolver para ℓ :$N\ell$$L$$\ell$

Con los números anteriores, desearía cortar el cable de calibre 30 en 11 piezas con una longitud de 92 cm cada una; Estos 11 cables en paralelo le darían una resistencia de 84 mOhm, muy cerca del valor que necesita. Y estoy seguro de que tendrá algunos mOhm más de pérdidas en otros lugares.

Finalmente, cargue la batería, determine la cantidad de agua en el balde, conecte todo y manténgase alejado. Cuando la corriente deje de fluir, podrá medir el aumento de temperatura en la cubeta y sabrá cuánta energía pudo transferir de la batería al agua.

Si el peso del cubo vacío es E, y el del cubo lleno es F, entonces la masa de agua es F - E, y si el aumento de temperatura (en ° C) es , entonces la energía total es F - $\Delta T$

Donde el peso está en kg y la diferencia de temperatura en grados Celsius.

Divide la energía por el tiempo en segundos y tendrás el poder promedio.

No tengo una buena sugerencia para medir corrientes tan grandes directamente a menos que tenga la herramienta adecuada (consulte, por ejemplo, este artículo para obtener algunos consejos). Un Fluke normal no lo hará ... No desea poner nada directamente en el camino de la corriente grande.

ACTUALIZAR

La pregunta: "puede un cable tan delgado disipar este calor" puede responderse analíticamente.

De acuerdo con este documento , un alambre fino en el agua (donde se permite que el agua a ebullición) puede disipar . Si suponemos que su cable magnético tiene una capacidad de hasta 180 ° C y el agua está a 30 ° C, tiene un gradiente térmico de 150 ° C. Para disipar 2 kW, el área que necesitamos es$2\cdot 10^5~\rm{W/m^2/C}$

$8\cdot 10^{-4}~\rm{m^2}$$2.4\cdot 10^{-2}~\rm{m^2}$$8\cdot 10^3~\rm{W/m^2/C}$

Tenga en cuenta que dos cables que transportan corriente en la misma dirección atraerán: esto puede resultar en una reducción en el área disponible para la disipación de calor. Es posible que desee experimentar un poco con esto (tal vez ensartar pequeñas cuentas en los cables para separarlos).

Elijo responder a esta parte de su pregunta que ha sido descuidada por otras respuestas "¿Hay una manera más fácil de probar la capacidad de mi batería?" Sí, ya tiene los medios para probar la capacidad de su batería con la función de descarga en su cargador de batería LiPo a una velocidad de 1A (siga las instrucciones del fabricante). O simplemente descargue a una velocidad de 1A y cronometre con un cronómetro. Debe ser algo cercano a 16000 mAh a bajas tasas de descarga y significativamente menor a tasas más altas.

Primero mida la capacidad, a una velocidad baja, para asegurarse de que realmente tiene un paquete de 16000 mAh.

La tasa de descarga máxima 10C, 15C, etc. se especifica de esa manera por una razón. No es un valor de amplificador fijo, depende de la capacidad y la condición del paquete en particular en ese momento. Es una especificación 'difusa' que se elige por seguridad y confiabilidad, no se mide. Es por eso que nunca ve una tasa de descarga máxima de 11.2C.

El hecho de que pueda dar de alta a cierto ritmo no significa que deba hacerlo. Es completamente posible descargar a una velocidad muy alta una vez sin que ocurra nada aparentemente terrible. Sin embargo, el calor y el estrés podrían haber creado un punto débil que causará un incendio violento la próxima vez que intente la misma prueba.

Todas las cargas no son equivalentes. Un probador de carga de carbón real para automóviles (que recomendaría si realiza la prueba) es una carga puramente resistiva, pero los motores son cargas altamente inductivas con picos EMF posteriores y otros componentes complejos que pueden o no transportarse a la batería sobre el ESC dependiendo de qué tan bien se filtre.

En conclusión, probablemente no necesite ejecutar la prueba que estaba planeando. Calcule cuánta corriente tiene actualmente su aplicación en el peor de los casos. Si es inferior a 32A, eres bueno. Si es más, puede estar bien, pero la mejor prueba es probarlo en el hardware real y ver cuánto tiempo dura. En el vecindario de 160A, esta próxima advertencia NO es solo repetitiva. En ningún caso debe exceder la clasificación actual de cualquier cableado, conector o componente. Pruebe en una superficie no inflamable, lejos de cualquier cosa que no pueda permitirse quemar.

Si realmente desea "c) otra forma de medir la corriente de descarga continua máxima de la batería" (corriente de descarga no segura) y no está dispuesto o no puede proporcionar parámetros adicionales como la impedancia de carga, entonces en realidad solo hay una forma. Un corto muerto en cable corto grueso o barra colectora. Mida la corriente con una pinza en el medidor inductivo hasta que se derrita. Cualquier método con resistencia de carga, incluso una resistencia de derivación de corriente muy pequeña no alcanzará el máximo real.

Es casi seguro que es una prueba destructiva y el valor de cualquier resultado es dudoso. Si sabemos más sobre qué información está tratando de obtener al realizar esta prueba, podemos darle respuestas más útiles.

Google para "resistencia de frenado dinámico". No son baratos, pero están disponibles a solo uno o dos ohmios y hasta varios kilovatios. Básicamente son calentadores grandes, pero lo bueno es que puede especificar la resistencia, la corriente y la potencia que necesita.

Puede usar un probador de carga. Estos dispositivos están diseñados para probar baterías y alternadores de vehículos y están destinados a manejar cientos de amperios en su rango de voltaje. Básicamente son una gran resistencia de pila de carbono en una caja con un amperímetro y un voltímetro. Se puede obtener un 500A por alrededor de $ 50 (ejemplos 1 2 ).

El único problema es que irías mucho más tiempo que su ciclo de trabajo previsto. Están diseñados para manejar esa carga durante 30 segundos más o menos (arranque de motor de pico de corriente) en lugar de los 4-6 minutos que estaría midiendo, aunque estas unidades están diseñadas para 6KW, por lo que puede ejecutarlo por un minuto o entonces, déjelo enfriar por un tiempo y repita hasta que la batería se agote.

Sus electrodomésticos (secadores de cabello, et.al.) no son realmente cargas adecuadas para una batería de 14V. Están diseñados para una potencia de 120V (o 240V) y consumirán <10% de su potencia nominal a 14V.

Cuando revisé Ebay hace unos minutos, parece que hay muchas de esas resistencias de potencia de 100 W en bonitas cajas de aluminio que podrían atornillarse a un gran disipador de calor. Puede obtener 25 de esas cosas y conectarlas en paralelo. Elija una resistencia que sea paralela a 0.0875 ohmios. ¿No sé si esto vale la pena?

O podría intentar encontrar un lugar que venda piezas de reparación de electrodomésticos y obtener un rollo de alambre pesado de nicromo y hacer su propia resistencia de 0.0875 ohmios.

Pero, como ya han dicho otros, perder el tiempo con 160A no es lugar para aficionados. Podrías matarte Y quemar tu casa al mismo tiempo. ¡PRECAUCIÓN EXTREMA ES INSCRITA FUERTE!

¿Realmente tienes que descargar la batería a esa velocidad? Si solo desea verificar lo que Ah realmente tiene, ¿por qué no hacerlo con una corriente más baja, pero con más tiempo? Hice algo similar con algunas baterías 18650 Li que compré en eBay. Quería verificar lo que realmente tenía, así que simplemente configuré un circuito para drenarlos a alrededor de 500 mA y medí cuánto tiempo tomó eso. ¡Mucho más fácil (y más seguro) que básicamente acortarlos!

Podría usar un par (o 3) de esas resistencias de 100W para darle un drenaje de 10A-20A y ver qué sucede. Eso al menos le daría una cifra aproximada para la batería.

14vdc @ 160a está en el rango de una batería de arranque de automóvil estándar. Obtenga un inversor de corriente de 3KW 12VDC a 120VAC (google - estos existen) luego use un calentador de 2KW 120V como carga. Tendrá que usar la longitud más corta de cable de cobre calibre # 0 o # 00 para conectarlo a la batería. También necesitará un estándar de resistencia de derivación de 100 A a 1 A (es una herramienta eléctrica) para medir con precisión esta cantidad de corriente. Si conecta su medidor Fluke al shunt y lee 1.6Amp, entonces 160Amps fluyen a través del shunt. El único problema es que si la batería es demasiado incapaz, es posible que no admita el inversor de 3KW durante mucho tiempo. Con suerte, esta no es una batería de hobby, estas especificaciones son para una batería de litio de segmento de vehículo eléctrico de tamaño completo. Estos también existen. No olvides que 16,000 amperios-hora también son 1amp por 16 horas

Existen cargas electrónicas que pueden disipar ese tipo de energía indefinidamente, como la serie EL de Kepco: http://www.kepcopower.com/el.htm

No son baratos, pero son muy buenos para extraer corriente constante, voltaje, potencia, prácticamente todo lo que necesites. Estoy bastante seguro de que también son controlables a través de una conexión en serie.

Si tiene a mano una resistencia de bobina abierta, pero tiene una resistencia demasiado alta y una capacidad de corriente demasiado baja para sus necesidades, puede aprovecharla de esta manera:

Estás dividiendo la resistencia en n segmentos, lo que hará que todo sea adecuado para la misma potencia a 1 / n de voltaje.

Los detalles sangrientos: si el paquete es resistencia r , entonces la resistencia de cada segmento será, obviamente, r / n. Entonces, con todos ellos en paralelo, la resistencia es (r / n) / n. Lo sentimos, no puedo encontrar el superíndice en la aplicación.

.

A 240 V, la potencia sería cuatro veces mayor que (debido al término cuadrado) = 658 kW = 0.6 MW. No los encontrarás en tu cocina.

Como ya tienes una aplicación, te sugiero que encuentres un método para usar tu carga real como prueba.

Usaría un enfoque paso a paso. Eso significa usar cargas de forma incremental y medir la caída de voltaje y calcular la resistencia interna de la batería, luego extrapolar teóricamente para cargas más grandes. Y poco después, si los cálculos mostraran un buen margen de seguridad, probaría un enfoque de alta carga de corriente.

Pongamos un ejemplo: para calcular la resistencia interna de la batería es muy simple usar un amperímetro (no necesita precisión) y un voltímetro digital (aquí es necesario tener al menos una visualización de valor de cuatro dígitos, pero nuevamente, la precisión no es muy importante, solo el número de dígitos) y dos resistencias de bajo valor. Pueden ser dos bombillas de coche de 12V 55W. El enfoque implica usar el voltímetro en paralelo con la batería, el amperímetro en serie con las bombillas y tomar dos medidas: una con una sola bombilla y la segunda con dos bombillas en paralelo. A partir de los resultados de corriente y voltaje podemos calcular la resistencia interna de la batería: Ri = dV / dI; (dV = V1-V2; dI = I2-I1).

Ahora que ha calculado la resistencia interna de la batería, puede aproximar la disipación interna de energía (calor) de la batería a 160 A utilizando la fórmula bien conocida: P = I2R, donde: P será la disipación interna de la batería, en vatios; I al cuadrado es 160A al cuadrado que significa 25600; R es la resistencia previamente calculada, en ohmios.

Si el resultado de P es mayor que 100W para una batería pequeña (200-400 gramos), ni siquiera trataría de tomar 160A. Si se trata de una batería bastante grande (más de un kilogramo, por ejemplo) debe absorber los 100 W de forma segura durante unos minutos, eso significa que funcionará bien. Por supuesto, pueden aparecer otros efectos perjudiciales a altas corrientes, pero lo intentaré.

Busqué las especificaciones de tu batería. Hay una seria diferencia. La especificación requiere una tasa de descarga constante de 10C, no una tasa de descarga continua de 10C. Lo que esto significa es que puede descargar la batería a 160 A hasta que se descargue la batería.
También tienen una tasa de descarga máxima de 20 ° C durante 10 segundos. Usando esto para estimar el período de tiempo a 10C, supongo que 40 segundos.
Tuve una conversación con un CSR de Hobbyking y él me aseguró que era seguro usar una velocidad de descarga de 160 A , sin embargo, se mostró evasivo sobre cuánto tiempo la batería podría entregarlo (lo teórico es de 6 min como máximo) .
Me sorprendería si incluso durara un minuto. Este es un "lejano grito" de continuo. Es posible que ni siquiera tenga tiempo suficiente para medir algo.

Otro enfoque (y más seguro) es determinar la resistencia interna de la batería (Ri). Una vez hecho esto, es muy sencillo calcular la velocidad máxima de descarga (Is = Vo / Ri).
Para encontrar la resistencia interna, mida el voltaje sin carga (Vo). Use una resistencia de carga de 5 ohmios y mida el voltaje bajo carga (Vl) y la corriente (I). Ri = (Vo-Vl) / I.
Como ejemplo, Vo = 16v, Vl = 14.55v e I = 2.91A. Ri = (16 - 14.55) /2.91 = .498ohms. Usando este valor de Ri, se obtiene la tasa de descarga máxima de (16 / .498 =) 32.18A.

Un motor de arranque automotriz (especialmente para un motor grande) puede consumir fácilmente esa cantidad de corriente, y también en el rango de 14V. El único problema es que toda esa energía tiene que ir a algún lado. Si instaló un motor de arranque con el eje bloqueado para evitar la rotación, extraerá su corriente máxima (parada), pero toda esa energía se calentará en los devanados, por lo que no puede funcionar así por más de unos segundos a la vez sin cocinarse. Si pudieras manipularlo para manejar algún tipo de carga mecánica, tal vez un gran ventilador o algo así, podría funcionar más tiempo porque la mayor parte de la potencia se disipará en la carga, pero entonces necesitarías un motor realmente grande y una mecánica robusta cargar o no dibujará la corriente objetivo.

Si está trabajando en un dron y ya tiene los motores y las hélices para él, tal vez la solución sea construir una plataforma de prueba estática para bloquear el dron para que no pueda moverse, inserte su monitoreo de rendimiento eléctrico (corriente / voltaje ) equipo en el circuito y "volar" su dron en la plataforma.