Это следует воспринимать как игрушку для гиков, которые любят электронику, а не спорт.
P.S. Кстати, интересно посчитать, сколько необходимо сухпая по весу, чтобы его энергетическая ценность была эквивалентна выработке моего комплекта солнечных панелей за обычный световой день. Если взять за основу тот опыт, когда за день было накоплено около 1650Вт-ч энергии, то это эквивалентно 1200 ккал механической энергии на колесе (КПД мотора учтен), но при КПД мышц 25%, потребуется съесть 4800 ккал еды.
Среднестатистический сухой паек имеет энергетическую ценность 4474 ккал на массу 2100 г. 4800 ккал будут весить 2.25 кг.
Вес аккумулятора электровелосипеда: около 8 кг Вес мотора: 5.5 кг Вес панелей и преобразователя: около 5.1 кг Прочее электронное оборудование и ЗИП: 1.5 кг Итого: 20.1 кг
20.1/2.25 = 9 дней. Период, за который все электрооборудование окупится :)
Рад, что понравилось :) Я отвечу вопросом на вопрос: "Неужели интересно ехать, не используя электричество, тем более от Солнца?" Слово "электровелосипед" у определеной группы людей распахивается в сознании как "велосипед", а у меня как "электрическая езда". Получается такой оксюморон, имеющий в своей основе сугубо терминологическую природу.
Мне никогда не нравился спорт, но всегда нравилась электроника, солнечные батареи и аккумуляторы.
В нашем ограниченном физическом мире, с финансовой точки зрения, самый демократичный и доступный вариант получить электрическую каталку-ездилку, работающую от солнечных лучей - это взять за основу велосипед. Поэтому и велосипед оказался "в заложниках" :)
Да, на трайк можно поставить существенно бОльшую батарею. 1 час полета - не предел. Соосная схема интересно выглядит по ссылке. Приятно, что кто-то что-то делает созидательное.
Можно продолжить обсуждение через WhatsApp +79101032593
У Вас серьезное отношение к проекту. Мне очень приятно видеть людей увлеченных электрической авиацией.
а). Авито я недавнее время не мониторил, но полагаю, что да.
280 р - это среднерыночная цена для ячейки 21700 с такими характеристиками (4500 мАч, 12-14 мОм по AC, 20-21 мОм по DC)
б). Внесу поправку с итоговой массой АКБ из 300 ячеек. 0.07 х 300 = 21 кг Следует добавить вес соединений, изоляции, проводов, коннекторов, корпуса АКБ: +2-3 кг Система охлаждения - ? Если батарея имеет массу 24 кг, мотор+контроллер+винт 9 кг, рама-подвеска 6 кг, то суммарный вес установки 39 кг. Это очень много для ранцевого парамотора. Потребуется устанавливать все на трайк.
в). Следует внести поправку по пиковой мощности. При 25А и DCIR = 20 мОм просадка на ячейке составит 0.5В. Если взять начальный уровень напряжения на ячейке 3.9В (4.2В брать нельзя, там DCIR будет в два раза выше), то под такой нагрузкой рабочее напряжение просядет до уровня 3.4 В/яч. 300 ячеек Х 3.4В Х 25А = 25.5 кВт. Механическую мощность на винте посчитаем через сквозное КПД "АКБ - винт" = 0.87, получается около 22.1 кВт. Это около 82 кг на винте 130 см. Или около 90 кг на винте 150 см (трайк) - в принципе, хватит для взлета, если пассажир и пилот будут весить не более 70 кг.
90/(70+70+39+7+10) - TWR будет около 0.46 (для уверенного взлета желательно отношение тяги к весу более 0.4-0.5) (7 кг - параплан, 10 кг - прирост веса за счет перехода на раму трайка с колесами)
г). Расчет показывает, что для батареи из 300 ячеек с DCIR=20 мОм и снимаемой с нее электрической мощности 10 кВт темп прироста температуры будет около 1.9 С/мин (пока считаем без СО). Если стартовая температура 25 градусов, а предельную возьмем 60 градусов, то время работы до перегрева в таком режиме - 18 минут. С точки зрения энергозапаса время работы составит - (300 х 3.5 х 4.5)/10000 = 28 минут. Система охлаждения явно напрашивается.
Полагаю, что можно сделать и внешнюю BMS, интегрированную в контроллер. Или найти контроллер, у которого есть такая функция. С бюджетными китайскими BMS я бы так не стал делать - они чувствительны к малейшему "искрению" контактов и сразу уходят в защиту, после чего требуется их перезагрузка. Надежно работают только, если запаяны намертво к батарее, без всяких дополнительных промежуточных разьемов. И то, бывают фокусы...
------------
Нужно покупать и тестить. С этой моделью мотор/контроллер я не работал. В первую очередь надо убеждаться в надежности контроллера. После "Flier" доверия китайцам теперь нет.
В горизонте трайк с взлетным весом 196 кг с крылом с аэродинамическим качеством около 7 на скорости 40 км/ч будет потреблять около 8.5 кВт от батареи. Двухтактный ДВС в таких условиях будет потреблять около 6-7 л/ч. (Предположим, удельный расход топлива 0.6 кг/кВт-ч - средненький показатель для двухтактников, тогда выходит 6.8 л/ч)
Проводился расчет для сборки из 120 ячеек 21700, каждая из которых выделяет 25 Вт тепла в программном пакете Cosmos Flow Works. Даже при условии ограничения времени в 7 мин, общей охлаждаемой площади поверхности ячеек 0.5 кв.м и расходе воздуха 600 кг/ч температура некоторых ячеек достигала более 100С. (У нас не 25Вт/ячейка, а около 1.8Вт/ячейка, но я не знаю как это проэкстраполировать)
Еще данные: группа из последовательно соединенных 6 ячеек 21700 находилась в экспериментальном термоизолированном боксе с каналом для принудительной продувки воздухом с вентилятором мощностью 2Вт. Был предварительно произведен нагрев ячеек до температуры +60...+70 С. Было измерено время, за которое ячейки остынут до +30С - оно составило 30 минут.
Если линейно экстраполировать, то чтобы охлаждать сборку из 300 ячеек нужна активная воздушная СО мощностью около 100 Вт и площадь охлаждаемой поверхности около 1.25 м (суммарная площадь поверхности всех ячеек или радиаторов).
Лучше, конечно, если проектированием СО займутся соответствующие специалисты - теплотехники.
--------------
Стоимость ячеек для одной АКБ: 300 х 280 = 84 круб. Стоимость работ по сборке - ? Стоимость разработки, теоретического моделирования и изготовления системы охлаждения АКБ - ? Так как я не имею квалификации теплотехника, я бы взял ячейки с меньшим DCIR, такие как Samsung-40T и ушел от необходимости их охлаждать вообще. Думаю это будет и финансово выгоднее, и технологичнее/надежнее само изделие. У Samsung-40T DCIR = 11-12 мОм. (ACIR = 8 мОм, но оно нам не нужно). Это снизит скорость нагрева батареи почти в два раза. ДО 1 С/мин. За 30 мин теплоизолированная батарея из 300 ячеек при мощности 10 кВт наберет всего 30С температуры. Это около +55С в конце режима разряда при температуре уличного воздуха +25С.
"на каждый взлёт и 15 минутный полёт в тандеме, у вас будет уходить под 2.5-3 литра топлива"
Я летал маршрутные полеты на крыле с качеством 7 на скорости 37 км/ч. Мой вес - был около 87-90 кг. Расход 3.3 л/ч - это было нормально. С тандемом, на трайке, с суммарным весом 186 кг, полагаю, расход будет около 6-7 л/ч (Хотя, возможно, при таких нагрузках потребуется забогатить смесь на карбюраторе, чтобы снизить температуру цилиндра). Допустим, будет 8 л/ч. 15 мин - это 2 литра.
С выкладками по ресурсу - согласен.
Резюме: экономику проекта надо просчитывать более глубоко, учитывая стоимость труда соответствующих специалистов. Пока прошу ознакомиться с имеющимися моими соображениями.
Ячейки 18650 Tesla являются среднетоковыми. Долговременно, в большой сборке, с них можно снимать ток не более 1С (в отличии от высокотоковых, где 2С. Всё без системы охлаждения АКБ, разумеется).
Это проверенные теорией и практикой данные. Если АКБ 3.2 кВт-ч, то это означает, что к мотору мы не сможем долговременно подавать более 3.2 кВт. А этого едва хватит на полет одного легкого пилота на очень летучем крыле в горизонте. Да, можно на данных ячейках делать кратковременные boost'ы до 2-3С (Как это, собственно, делает автомобиль Tesla на разгоне), но, во-первых, без мощной системы охлаждения АКБ, такой режим должен будет ограничен временем максимум 1 минутой. Во-вторых, мощность 3 Х 3.2 = 9.6 кВт - это уверенный взлет только для одного пилота весом до 70 кг. Ни о каком пассажире в тандеме и речи быть не может. (Есть личная практика взлета при такой мощности при моем весе в ~90кг - это очень трудно и требуется особое искусство).
К стоимости ячеек из которых состоит АКБ следует добавить стоимость BMS и стоимость работ по сборке. Это +50 т.р. минимум. Чтобы сэкономить, конечно, можно обратиться к мастерам, которые чинят бюджетные электросамокаты - но я не уверен, что они правильно рассчитают и соберут АКБ, с которой можно будет снимать 200-300А тока без риска локальных перегревов/отгораний соединений и ячеек.
Насчет китайских контроллеров вынужден сообщить, что пока не удалось найти надежные модели мощностью 12-25 кВт. Популярный на Aliexpress "Flier" - редкостная дрянь, прошу прощения за мой французский. Сгорел один такой у меня, сгорело уйма контроллеров всего модельного ряда этой фирмы у моих коллег. Выходят из строя самопроизвольно и непредсказуемо. (Как потом выяснилось, изучение схемотехники в присутствии специалиста, показало отсутствие у этих контроллеров схем аппаратной защиты по току). На электропарамоторе SkyMax стоит чешский контроллер MGM. Он работает надежно, но цена у него более 200 круб.
По поводу китайских двигателей - цена на них привлекательная, согласен. Но опять же, лично у меня нет данных по их поведению на долгосрочном интервале эксплуатации. Слышал мнение, что у них небрежное качество исполнения. Хотя на кратковременных тестах на стенде они работают вполне уверенно. (Напомню, у нас чешский мотор фирмы Rotexelectric. И стоит тоже 200+ круб).
Ситуацию для электрички в контексте коммерческого использование усугубляет тот факт, что большинство полетов с пассажирами выполняются в довольно агрессивном стиле в целях дать максимум эмоций клиентам. Длительные наборы высоты, маневрирование - это все дополнительные затраты энергии, на которые АКБ отвечает ускоренным нагревом, повышенным разрядом и износом.
(Краткое теоретическое пояснение: темп разогрева АКБ растет пропорционально квадрату снимаемой с него мощности. А тяга винта растет пропорционально всего степени 2/3 от подаваемой на винт мощности. В итоге, быстрый набор высоты 200-300 метров с точки зрения нагрузки на АКБ никак не может быть компенсирован последующим "отдыхом", когда идет спуск с этой же самой высоты. Тем более, если слив высоты ускоряется за счет виражей и спиралей для тех самых эмоций. Это известная тема, благо имеется опыт работы в парапланерном клубе)
Просьба не предлагать к обсуждению варианты системы охлаждения АКБ. К данной работе привлекались теплотехники, проводилось моделирование и результаты однозначно показывают: система охлаждения, позволяющая снять киловатты избыточного тепла при градиенте температур в пару десятков градусов будет громоздкой и тяжелой. Проще добавить высокотоковых элементов на этот вес и получить дополнительную мощность. (А пример с жидкостной системой охлаждения автомобиля Tesla - не совсем про это. Там цель создания СО - это стабилизация температуры АКБ на уровне +15С на протяжении всего срока службы АКБ для минимизации температурных деформаций электродов и уменьшения ее скорости старения. Вдобавок, автомобиль, в отличии от летательного аппарата не так критичен к дополнительному весу)
Мои расчеты будут приблизительно таковы. Электропарамотор для тандемных полетов нам нужен мощный, чтобы долговременно мог держать 10 кВт (около 45 кг тяги) и кратковременно 20-25 кВт (75-90 кг тяги). Для этого нам потребуется:
https://www.nkon.nl/ru/rechargeable/li-ion/21700-20700-size/samsung-inr21700-40t-4000mah-30a.html - я бы выбрал такую модель аккумуляторов. Это очень мощные ячейки, которые подойдут даже для агрессивных полетов. Около 220 таких ячеек - 3.1 кВт-ч. Стоимость ~88 круб. Со сборкой и BMS - 138 круб. Такая АКБ сможет кратковременно выдавать 27 кВт мощности, а это 90 кг тяги, что уверенно хватит на тандемный взлет (при не очень жирном пассажире). И минут 10-15 довольно хорошего пилотирования в тандеме - при средней мощности 10 кВт.
Контроллер - 200 круб (правда стандартный MGM потребует дополнительного охлаждения, в стоке он при долговременном съеме с него 8+ кВт начинает сильно греться. Плюс надо решать вопрос с согласованием с бездатчиковыми китайскими BLDC-моторами).
Сборка и настройка электропарамотора - допустим, не учитываем, так как осуществляется заказчиком.
Итого 488 круб.
К тому же, нам нужны еще дополнительные батареи для бесперебойных покатушек. 4 доп. АКБ - 552 круб.
Итого 1.04 Мруб.
Дороже, чем новенький Мостер-185 на 760 круб. Это перекрывает выигрыш на стоимости в эксплуатации в 0.5М, указанный Вами.
Резюме:
Прирост цены электропарамотора скорее всего не сможет скомпенсировать удешевление его эксплуатации, по сравнению с его бензиновым собратом, в контексте его коммерческого использования для покатушек.
P.S. Требуется скорректировать еще один момент:
"Итого, ₽70 тыс. хватит этого АКБ примерно на 400 взлетов" "Суммируем расходы и получаем ₽172 тыс расходов при использовании парамотора и ₽40 тыс при использовании АКБ."
Допустим, один взлет - это около 15 мин полета на электричке. 172 тыс. расходов на ДВС-парамотор - это 400 часов или 1600 взлетов. За это время будет изношено 4-5 АКБ и, соответственно, потрачено на АКБ уже 160-200 тыс.руб (а по факту больше, так как мы выбрали другие ячейки).
Про сумку.
Специально сделал полет без сумки в мороз -10 градусов.
Никакой разницы по сравнению с «лето+батарея в сумке».
В это трудно поверить, но это так. Одна из наглядных аналогий — алюминиевый блок цилиндров ДВС. Если пробит радиатор и вытекла охлаждающая жидкость — то темп нагрева блока будет практически одинаковый — независимо от того, укутан он чем-то или нет, зима на улице или лето.
Аккумулятор имеет очень большое соотношение теплоемкость/площадь поверхности охлаждения.
В предыдущей статье было описано, как я заранее на это настраивался.
Чтобы был толк от системы охлаждения — она должна прогнать массу теплоносителя в разы больше, чем вес самого аккумулятора. Естественной конвекции, даже с учетом того, что там что-то поддувает от воздушного винта — недостаточно.
Про провода. На контроллере есть 5 болтов с гайками, крепящие фазные и питающие силовые провода. Но это болты на контроллере, а не на аккумуляторе. Не пойму, какое отношение они имеют к вероятности возгорания аккумулятора при потере контакта внутри него.
1. Изоляция между ячейками обеспечивается не только «родной» термоусадкой, которая сползает и плавится, а еще несколькими слоями малярного скотча, который не сползает и не плавится. (Малярки на фото не видно — но она там есть)
2. Каждое паяное электрическое соединение продублировано и проверено перед окончательной сборкой на механический отрыв несколько раз. Никаких болтов, разьемов (кроме одного — питание контроллера), пружин — тут нет и не будет.
3. Нет металлического ящика. Есть текстолитовые крышки, сумка и рама, куда это все вставляется. Рама имеет некоторую гибкость плюс-минус несколько миллиметров.
4. Штатная зарядка 9.5А. Это ток заряда не более 0.2С. Нагрев при заряде составляет несколько градусов. Для сравнения — штатные ЗУ в мобильные телефоны и ноутбуки вливают от 0.3 до 0.8С.
P.S. На электровелосипеде преодолено более 68000 км. Проэксплуатировано около десяти комплектов батарей у себя, а также собрано клиентам более сотни электровелосипедных батарей.
Занятный вопрос про этанол. Теоретически, должно работать. На практике — может встать проблема дороговизны и труднодоступности горючего. Все-таки, в России, в свободной продаже чистого этанола нету.
Удвоить время можно собрав второй блок лишь 50% размера от первого.
Снизится удельная нагрузка на ячейку — уменьшится просадка напряжения, а также можно будет «выжимать» батарею «досуха» без раннего выключения по термальной защите.
1.5 кратная батарея будет иметь 3.9 кВт-ч энергии, 3.9/4.7х60 = 50 мин горизонтального полета. Что практически вдвое больше, чем нынешние 27 минут.
На мой взгляд, это наиболее рациональная следующая доработка. Никаких систем охлаждения, минимальная электротехническая сложность, единственное, что требуется — это переработать конструкцию металлической рамы, чтобы снизить вес и установить более легкую подвеску.
Вес установки следует удержать в пределах 29-30 кг. На более тяжелых парамоторах взлет сильно затрудняется.
С корпусами 18650 непонятная история. Они вроде как не должны ржаветь. Но иногда, при ремонте электровелосипедных батарей, мне попадались случаи, как ржавели плюсовые площадки, при том, что сборка осуществлялась точечной сваркой и остатков флюса там не должно было быть.
Поэтому немного паранойи во мне поселилось.
Плохо, что летают. Проказники. Есть в среде парамотористов правило, что над домами летать нельзя. А те, кто стремятся быть совсем уважительными — те ближе 300 метров не приближаются к частному сектору, чтобы не раздражать жителей противным рокочущим звуком.
Есть в Испании мастер, который изготавливает электропарамоторы под брендом Paracell. Его зовут Хавьер. У нас с ним шло общение на этапе разработки нашего электропарамотора SkyMax (https://habr.com/ru/post/475180/#comment_20872644), в том числе по поводу режима хранения Li-NMC аккумуляторов. Он высказал свою точку зрения, что да, пока еще старые правила актуальны.
Диаметр винта ограничен диаметром кольцевого ограждения. Ограждение предназначено в первую очередь для того, чтобы стропы параплана «обтекали» его, не цепляясь за винт, при прямом старте.
Да, первое, что нужно электропарамотору — это винт с бОльшим диаметром, чем у бензиновых собратьев.
Конкретно в данном проекте были выбраны стандартные узлы, которые давно производятся серийно из-за стремления сократить время на разработку, изготовление и приблизить первый вылет.
Конкретно эта установка — двоих поднимет, только если оба человека будут не более 60-65 кг. При этом резко поднимется потребляемый ток в горизонте, что сильно сократит время автономности.
Также, следует добавить, что пассажир должен обладать навыками взлета на ранцевом парамоторе, в противном случае, эта человеческая «многоножка» будет путаться в своих ногах и взлета не выйдет.
Думал много насчет гибридной схемы. В первом приближении, энергетические расчеты показывают, что это сделать реально. Но для реализации «в железе» нужна мощная команда из большого количества узкоспециализированных специалистов.
Винт использовался фабричный, парамоторный от бензиновых собратьев. Весь шум от него. Я не специалист по аэродинамическим профилям, допускаю, что есть винты, более оптимизированные для электродвигателя, как с точки зрения шума, так и с точки зрения КПД.
Предложение контроллеров на рынке после 8 кВт начинает резко падать практически до единичных фирм. По крайней мере, несколько лет назад, когда все компоненты закупались — было так.
Это следует воспринимать как игрушку для гиков, которые любят электронику, а не спорт.
P.S. Кстати, интересно посчитать, сколько необходимо сухпая по весу, чтобы его энергетическая ценность была эквивалентна выработке моего комплекта солнечных панелей за обычный световой день.
Если взять за основу тот опыт, когда за день было накоплено около 1650Вт-ч энергии, то это эквивалентно 1200 ккал механической энергии на колесе (КПД мотора учтен), но при КПД мышц 25%, потребуется съесть 4800 ккал еды.
Среднестатистический сухой паек имеет энергетическую ценность 4474 ккал на массу 2100 г.
4800 ккал будут весить 2.25 кг.
Вес аккумулятора электровелосипеда: около 8 кг
Вес мотора: 5.5 кг
Вес панелей и преобразователя: около 5.1 кг
Прочее электронное оборудование и ЗИП: 1.5 кг
Итого: 20.1 кг
20.1/2.25 = 9 дней. Период, за который все электрооборудование окупится :)
Рад, что понравилось :)
Я отвечу вопросом на вопрос: "Неужели интересно ехать, не используя электричество, тем более от Солнца?"
Слово "электровелосипед" у определеной группы людей распахивается в сознании как "велосипед", а у меня как "электрическая езда". Получается такой оксюморон, имеющий в своей основе сугубо терминологическую природу.
Мне никогда не нравился спорт, но всегда нравилась электроника, солнечные батареи и аккумуляторы.
В нашем ограниченном физическом мире, с финансовой точки зрения, самый демократичный и доступный вариант получить электрическую каталку-ездилку, работающую от солнечных лучей - это взять за основу велосипед. Поэтому и велосипед оказался "в заложниках" :)
P.S. Маршруты я пока еще не выкладывал.
Да, на трайк можно поставить существенно бОльшую батарею. 1 час полета - не предел.
Соосная схема интересно выглядит по ссылке. Приятно, что кто-то что-то делает созидательное.
Можно продолжить обсуждение через WhatsApp +79101032593
У Вас серьезное отношение к проекту. Мне очень приятно видеть людей увлеченных электрической авиацией.
а). Авито я недавнее время не мониторил, но полагаю, что да.
280 р - это среднерыночная цена для ячейки 21700 с такими характеристиками (4500 мАч, 12-14 мОм по AC, 20-21 мОм по DC)
б). Внесу поправку с итоговой массой АКБ из 300 ячеек.
0.07 х 300 = 21 кг
Следует добавить вес соединений, изоляции, проводов, коннекторов, корпуса АКБ: +2-3 кг
Система охлаждения - ?
Если батарея имеет массу 24 кг, мотор+контроллер+винт 9 кг, рама-подвеска 6 кг, то суммарный вес установки 39 кг. Это очень много для ранцевого парамотора. Потребуется устанавливать все на трайк.
в). Следует внести поправку по пиковой мощности. При 25А и DCIR = 20 мОм просадка на ячейке составит 0.5В. Если взять начальный уровень напряжения на ячейке 3.9В (4.2В брать нельзя, там DCIR будет в два раза выше), то под такой нагрузкой рабочее напряжение просядет до уровня 3.4 В/яч.
300 ячеек Х 3.4В Х 25А = 25.5 кВт.
Механическую мощность на винте посчитаем через сквозное КПД "АКБ - винт" = 0.87, получается около 22.1 кВт.
Это около 82 кг на винте 130 см.
Или около 90 кг на винте 150 см (трайк) - в принципе, хватит для взлета, если пассажир и пилот будут весить не более 70 кг.
90/(70+70+39+7+10) - TWR будет около 0.46 (для уверенного взлета желательно отношение тяги к весу более 0.4-0.5)
(7 кг - параплан, 10 кг - прирост веса за счет перехода на раму трайка с колесами)
г). Расчет показывает, что для батареи из 300 ячеек с DCIR=20 мОм и снимаемой с нее электрической мощности 10 кВт темп прироста температуры будет около 1.9 С/мин (пока считаем без СО).
Если стартовая температура 25 градусов, а предельную возьмем 60 градусов, то время работы до перегрева в таком режиме - 18 минут.
С точки зрения энергозапаса время работы составит - (300 х 3.5 х 4.5)/10000 = 28 минут.
Система охлаждения явно напрашивается.
Полагаю, что можно сделать и внешнюю BMS, интегрированную в контроллер. Или найти контроллер, у которого есть такая функция. С бюджетными китайскими BMS я бы так не стал делать - они чувствительны к малейшему "искрению" контактов и сразу уходят в защиту, после чего требуется их перезагрузка. Надежно работают только, если запаяны намертво к батарее, без всяких дополнительных промежуточных разьемов. И то, бывают фокусы...
------------
Нужно покупать и тестить. С этой моделью мотор/контроллер я не работал.
В первую очередь надо убеждаться в надежности контроллера. После "Flier" доверия китайцам теперь нет.
В горизонте трайк с взлетным весом 196 кг с крылом с аэродинамическим качеством около 7 на скорости 40 км/ч будет потреблять около 8.5 кВт от батареи.
Двухтактный ДВС в таких условиях будет потреблять около 6-7 л/ч.
(Предположим, удельный расход топлива 0.6 кг/кВт-ч - средненький показатель для двухтактников, тогда выходит 6.8 л/ч)
Проводился расчет для сборки из 120 ячеек 21700, каждая из которых выделяет 25 Вт тепла в программном пакете Cosmos Flow Works.
Даже при условии ограничения времени в 7 мин, общей охлаждаемой площади поверхности ячеек 0.5 кв.м и расходе воздуха 600 кг/ч температура некоторых ячеек достигала более 100С.
(У нас не 25Вт/ячейка, а около 1.8Вт/ячейка, но я не знаю как это проэкстраполировать)
Еще данные: группа из последовательно соединенных 6 ячеек 21700 находилась в экспериментальном термоизолированном боксе с каналом для принудительной продувки воздухом с вентилятором мощностью 2Вт.
Был предварительно произведен нагрев ячеек до температуры +60...+70 С.
Было измерено время, за которое ячейки остынут до +30С - оно составило 30 минут.
Если линейно экстраполировать, то чтобы охлаждать сборку из 300 ячеек нужна активная воздушная СО мощностью около 100 Вт и площадь охлаждаемой поверхности около 1.25 м (суммарная площадь поверхности всех ячеек или радиаторов).
Лучше, конечно, если проектированием СО займутся соответствующие специалисты - теплотехники.
--------------
Стоимость ячеек для одной АКБ: 300 х 280 = 84 круб.
Стоимость работ по сборке - ?
Стоимость разработки, теоретического моделирования и изготовления системы охлаждения АКБ - ?
Так как я не имею квалификации теплотехника, я бы взял ячейки с меньшим DCIR, такие как Samsung-40T и ушел от необходимости их охлаждать вообще. Думаю это будет и финансово выгоднее, и технологичнее/надежнее само изделие.
У Samsung-40T DCIR = 11-12 мОм. (ACIR = 8 мОм, но оно нам не нужно).
Это снизит скорость нагрева батареи почти в два раза. ДО 1 С/мин. За 30 мин теплоизолированная батарея из 300 ячеек при мощности 10 кВт наберет всего 30С температуры. Это около +55С в конце режима разряда при температуре уличного воздуха +25С.
"на каждый взлёт и 15 минутный полёт в тандеме, у вас будет уходить под 2.5-3 литра топлива"
Я летал маршрутные полеты на крыле с качеством 7 на скорости 37 км/ч. Мой вес - был около 87-90 кг. Расход 3.3 л/ч - это было нормально.
С тандемом, на трайке, с суммарным весом 186 кг, полагаю, расход будет около 6-7 л/ч (Хотя, возможно, при таких нагрузках потребуется забогатить смесь на карбюраторе, чтобы снизить температуру цилиндра). Допустим, будет 8 л/ч.
15 мин - это 2 литра.
С выкладками по ресурсу - согласен.
Резюме: экономику проекта надо просчитывать более глубоко, учитывая стоимость труда соответствующих специалистов. Пока прошу ознакомиться с имеющимися моими соображениями.
Большое спасибо за внимание к моей статье.
Ячейки 18650 Tesla являются среднетоковыми. Долговременно, в большой сборке, с них можно снимать ток не более 1С (в отличии от высокотоковых, где 2С. Всё без системы охлаждения АКБ, разумеется).
Это проверенные теорией и практикой данные.
Если АКБ 3.2 кВт-ч, то это означает, что к мотору мы не сможем долговременно подавать более 3.2 кВт. А этого едва хватит на полет одного легкого пилота на очень летучем крыле в горизонте.
Да, можно на данных ячейках делать кратковременные boost'ы до 2-3С (Как это, собственно, делает автомобиль Tesla на разгоне), но, во-первых, без мощной системы охлаждения АКБ, такой режим должен будет ограничен временем максимум 1 минутой.
Во-вторых, мощность 3 Х 3.2 = 9.6 кВт - это уверенный взлет только для одного пилота весом до 70 кг. Ни о каком пассажире в тандеме и речи быть не может. (Есть личная практика взлета при такой мощности при моем весе в ~90кг - это очень трудно и требуется особое искусство).
К стоимости ячеек из которых состоит АКБ следует добавить стоимость BMS и стоимость работ по сборке. Это +50 т.р. минимум.
Чтобы сэкономить, конечно, можно обратиться к мастерам, которые чинят бюджетные электросамокаты - но я не уверен, что они правильно рассчитают и соберут АКБ, с которой можно будет снимать 200-300А тока без риска локальных перегревов/отгораний соединений и ячеек.
Насчет китайских контроллеров вынужден сообщить, что пока не удалось найти надежные модели мощностью 12-25 кВт. Популярный на Aliexpress "Flier" - редкостная дрянь, прошу прощения за мой французский. Сгорел один такой у меня, сгорело уйма контроллеров всего модельного ряда этой фирмы у моих коллег. Выходят из строя самопроизвольно и непредсказуемо. (Как потом выяснилось, изучение схемотехники в присутствии специалиста, показало отсутствие у этих контроллеров схем аппаратной защиты по току).
На электропарамоторе SkyMax стоит чешский контроллер MGM. Он работает надежно, но цена у него более 200 круб.
По поводу китайских двигателей - цена на них привлекательная, согласен. Но опять же, лично у меня нет данных по их поведению на долгосрочном интервале эксплуатации. Слышал мнение, что у них небрежное качество исполнения. Хотя на кратковременных тестах на стенде они работают вполне уверенно. (Напомню, у нас чешский мотор фирмы Rotexelectric. И стоит тоже 200+ круб).
Ситуацию для электрички в контексте коммерческого использование усугубляет тот факт, что большинство полетов с пассажирами выполняются в довольно агрессивном стиле в целях дать максимум эмоций клиентам. Длительные наборы высоты, маневрирование - это все дополнительные затраты энергии, на которые АКБ отвечает ускоренным нагревом, повышенным разрядом и износом.
(Краткое теоретическое пояснение: темп разогрева АКБ растет пропорционально квадрату снимаемой с него мощности. А тяга винта растет пропорционально всего степени 2/3 от подаваемой на винт мощности. В итоге, быстрый набор высоты 200-300 метров с точки зрения нагрузки на АКБ никак не может быть компенсирован последующим "отдыхом", когда идет спуск с этой же самой высоты. Тем более, если слив высоты ускоряется за счет виражей и спиралей для тех самых эмоций. Это известная тема, благо имеется опыт работы в парапланерном клубе)
Просьба не предлагать к обсуждению варианты системы охлаждения АКБ. К данной работе привлекались теплотехники, проводилось моделирование и результаты однозначно показывают: система охлаждения, позволяющая снять киловатты избыточного тепла при градиенте температур в пару десятков градусов будет громоздкой и тяжелой. Проще добавить высокотоковых элементов на этот вес и получить дополнительную мощность. (А пример с жидкостной системой охлаждения автомобиля Tesla - не совсем про это. Там цель создания СО - это стабилизация температуры АКБ на уровне +15С на протяжении всего срока службы АКБ для минимизации температурных деформаций электродов и уменьшения ее скорости старения. Вдобавок, автомобиль, в отличии от летательного аппарата не так критичен к дополнительному весу)
Мои расчеты будут приблизительно таковы.
Электропарамотор для тандемных полетов нам нужен мощный, чтобы долговременно мог держать 10 кВт (около 45 кг тяги) и кратковременно 20-25 кВт (75-90 кг тяги). Для этого нам потребуется:
https://www.nkon.nl/ru/rechargeable/li-ion/21700-20700-size/samsung-inr21700-40t-4000mah-30a.html - я бы выбрал такую модель аккумуляторов. Это очень мощные ячейки, которые подойдут даже для агрессивных полетов.
Около 220 таких ячеек - 3.1 кВт-ч. Стоимость ~88 круб.
Со сборкой и BMS - 138 круб. Такая АКБ сможет кратковременно выдавать 27 кВт мощности, а это 90 кг тяги, что уверенно хватит на тандемный взлет (при не очень жирном пассажире). И минут 10-15 довольно хорошего пилотирования в тандеме - при средней мощности 10 кВт.
Контроллер - 200 круб (правда стандартный MGM потребует дополнительного охлаждения, в стоке он при долговременном съеме с него 8+ кВт начинает сильно греться. Плюс надо решать вопрос с согласованием с бездатчиковыми китайскими BLDC-моторами).
Двигатель - пусть будет китайский, типа такого:
https://russian.alibaba.com/product-detail/light-weight-60kg-thrust-15470-30kw-bldc-motor-for-e-mega-drone-60766610527.html?spm=a2700.wholesale.0.0.a9b62539Bbe59O - 50 круб.
Рама, подвеска, винт - около 90 круб.
Зарядное устройство - 10 круб.
Сборка и настройка электропарамотора - допустим, не учитываем, так как осуществляется заказчиком.
Итого 488 круб.
К тому же, нам нужны еще дополнительные батареи для бесперебойных покатушек.
4 доп. АКБ - 552 круб.
Итого 1.04 Мруб.
Дороже, чем новенький Мостер-185 на 760 круб. Это перекрывает выигрыш на стоимости в эксплуатации в 0.5М, указанный Вами.
Резюме:
Прирост цены электропарамотора скорее всего не сможет скомпенсировать удешевление его эксплуатации, по сравнению с его бензиновым собратом, в контексте его коммерческого использования для покатушек.
P.S. Требуется скорректировать еще один момент:
"Итого, ₽70 тыс. хватит этого АКБ примерно на 400 взлетов"
"Суммируем расходы и получаем ₽172 тыс расходов при использовании парамотора и ₽40 тыс при использовании АКБ."
Допустим, один взлет - это около 15 мин полета на электричке.
172 тыс. расходов на ДВС-парамотор - это 400 часов или 1600 взлетов.
За это время будет изношено 4-5 АКБ и, соответственно, потрачено на АКБ уже 160-200 тыс.руб (а по факту больше, так как мы выбрали другие ячейки).
Специально сделал полет без сумки в мороз -10 градусов.
Никакой разницы по сравнению с «лето+батарея в сумке».
В это трудно поверить, но это так. Одна из наглядных аналогий — алюминиевый блок цилиндров ДВС. Если пробит радиатор и вытекла охлаждающая жидкость — то темп нагрева блока будет практически одинаковый — независимо от того, укутан он чем-то или нет, зима на улице или лето.
Аккумулятор имеет очень большое соотношение теплоемкость/площадь поверхности охлаждения.
В предыдущей статье было описано, как я заранее на это настраивался.
Чтобы был толк от системы охлаждения — она должна прогнать массу теплоносителя в разы больше, чем вес самого аккумулятора. Естественной конвекции, даже с учетом того, что там что-то поддувает от воздушного винта — недостаточно.
Про провода. На контроллере есть 5 болтов с гайками, крепящие фазные и питающие силовые провода. Но это болты на контроллере, а не на аккумуляторе. Не пойму, какое отношение они имеют к вероятности возгорания аккумулятора при потере контакта внутри него.
2. Каждое паяное электрическое соединение продублировано и проверено перед окончательной сборкой на механический отрыв несколько раз. Никаких болтов, разьемов (кроме одного — питание контроллера), пружин — тут нет и не будет.
3. Нет металлического ящика. Есть текстолитовые крышки, сумка и рама, куда это все вставляется. Рама имеет некоторую гибкость плюс-минус несколько миллиметров.
4. Штатная зарядка 9.5А. Это ток заряда не более 0.2С. Нагрев при заряде составляет несколько градусов. Для сравнения — штатные ЗУ в мобильные телефоны и ноутбуки вливают от 0.3 до 0.8С.
P.S. На электровелосипеде преодолено более 68000 км. Проэксплуатировано около десяти комплектов батарей у себя, а также собрано клиентам более сотни электровелосипедных батарей.
Снизится удельная нагрузка на ячейку — уменьшится просадка напряжения, а также можно будет «выжимать» батарею «досуха» без раннего выключения по термальной защите.
1.5 кратная батарея будет иметь 3.9 кВт-ч энергии, 3.9/4.7х60 = 50 мин горизонтального полета. Что практически вдвое больше, чем нынешние 27 минут.
На мой взгляд, это наиболее рациональная следующая доработка. Никаких систем охлаждения, минимальная электротехническая сложность, единственное, что требуется — это переработать конструкцию металлической рамы, чтобы снизить вес и установить более легкую подвеску.
Вес установки следует удержать в пределах 29-30 кг. На более тяжелых парамоторах взлет сильно затрудняется.
Поэтому немного паранойи во мне поселилось.
Да, первое, что нужно электропарамотору — это винт с бОльшим диаметром, чем у бензиновых собратьев.
Конкретно в данном проекте были выбраны стандартные узлы, которые давно производятся серийно из-за стремления сократить время на разработку, изготовление и приблизить первый вылет.
Также, следует добавить, что пассажир должен обладать навыками взлета на ранцевом парамоторе, в противном случае, эта человеческая «многоножка» будет путаться в своих ногах и взлета не выйдет.