Калькулятор подбора аккумуляторов для батарей
Как обычно, напоминаю, чтобы быть постоянно в курсе новых тем в блоге, рекомендую подписаться на мой инстаграмм, где я буду выкладывать уведомления о всех новых темах и возможно писать просто о чем-то интересном — ссылка на аккаунт
В последнее время очень развито направление самостоятельной сборки аккумуляторных батарей и многие начинающие самодельщики сталкиваются с вопросом, а как правильнее распределить аккумуляторы в таких батареях чтобы получить максимальную емкость.
Сегодня речь пойдет про удобный калькулятор для их расчета.
Некоторое время назад товарищ подкинул мне ссылку на удобный калькулятор, но как выяснилось, весьма малоизвестном. Подумав, было решено не только добавить его в блог, а и перевести интерфейс на русский язык, для большего удобства.
Возможно даже некоторые пользователи заметили справа в колонке ссылку на него, ну а сегодня я расскажу как им пользоваться, попутно пояснив, зачем же вообще нужно подбирать емкость аккумуляторов.
Для начала представим себе сборку из четырех аккумуляторов включенных последовательно. Здесь все предельно просто, а таком включении емкость батареи всегда будет равняться емкости самого слабого аккумулятора, в данном случае это 800мАч.
Конечно ситуацию можно немного исправить при помощи активных балансиров, я про них несколько раз подробно рассказывал, например здесь, здесь или здесь, настоятельно рекомендую ознакомиться.
Данные балансиры могут перераспределять энергию между ячейками, заряжая слабые элементы используя энергию более заряженных.
Но часто собирают батареи по схемам с параллельно-последовательным включением, и в них данную ситуацию можно частично скорректировать.
Для начала берем тот же набор аккумуляторов и соединяем их по схеме 4S2P, где S это последовательно включенные ячейки, а Р соответственно параллельные. Таким типом записи можно обозначить любые сборки, например в заголовке на фото батарея из двух модулей 15S2P, соответственно напряжение 15х3.7В, а емкость 2х2500мАч.
Если соединить аккумуляторы «от балды», то ничего хорошего конечно не получим.
И как говорится «это не наш метод», хотя нет, метод как раз наш, но зачем терять ценную емкость батареи, перекачивать заряд или ограничивать себя если можно просто установить ячейки в сборке более эффективно.
Запускаем калькулятор и для начала вбиваем в него все показанные выше значения емкости.
Кликаем «добавить аккумуляторы» и переходим на вкладку где задаем конфигурацию батареи и напряжение аккумуляторов, в данном примере это 4S2P и 3.7 вольта.
После нажатия на кнопку «сгенерировать пакеты» получаем рассчитанный вариант сборки, где аккумуляторы идут парами, каждая пара это параллельный «кусочек» сборки, далее эти пары надо будет соединить последовательно.
Также здесь отобразится общая емкость батареи в Ач и Втч, а также её напряжение.
Но в таком варианте использовать данные не очень удобно и можно переключить отображение в «компактный режим».
Здесь же отображается отклонение емкости каждого параллельного модуля от общей.
Собираем сборку согласно расчету, в каком порядке вы потом соедините полученные параллельные сборки значения не имеет, ключевое — параллельные участки.
В итоге получаем сборку емкостью 2200мАч из тех же аккумуляторов, с которыми мы выше получили всего 1600мАч, как говорится -профит!
Вообще стоит пояснить, что лучше конечно всегда стараться использовать максимально идентичные ячейки, но для малых токов разряда вполне допустимо применять даже с большим «разбегом», но конечно собрать их так, чтобы емкость каждого параллельного участка была максимально идентичной.
Но давайте возьмем пример более приближенный к реальному использованию, сборку батареи для электроинструмента.
Вот мы покупаем красивый бокс с платой защиты, я рекомендую такой под 10шт 18650, сейчас популярными становятся батареи под 10х21700, например такие, но плата защиты там сильно урезана.
Подготавливаем аккумуляторы, например купили «с запасом» 12 штук, измерили их емкость и вбили в табличку. Значения приведены для примера, реальную емкость ячеек уже не помню.
Задали конфигурацию батареи, в данном случае это 5S2P. Кстати меня часто спрашивают о максимальном токе аккумуляторов, здесь я подробно пояснял этот вопрос, если коротко, то чем больше сборка, например 5S3P, тем мягче требования к максимальному току.
Получили расчет батареи, при этом калькулятор отделил пару неиспользуемых элементов, которые в данном случае не дадут максимальную эффективность.
Емкость батареи в данном примере 5.867Ач или 108Втч.
Соединяем сваркой или пайкой элементы согласно расчету.
Здесь кстати можно выделять уже найденные и отложенные элементы, например если у вас их оооочень много.
А также можно экспортировать результаты в CSV формат (хотя это работает как-то криво) или просто скопировать в буфер обмена и распечатать в txt файл, очень удобно.
Рассчитали, собрали, наклеили наклейки и получили максимально эффективную батарею. Как хинт, таким же образом можно подобрать аккумуляторы по внутреннему сопротивлению, вбив вместо емкости значение импеданса 🙂
Особенно данный калькулятор будет полезен тем, кто собирает батарею для электространспорта, ведь там сборки куда как более объемные.
Также напомню, что при измерении емкости аккумуляторов важно соблюдать идентичность условий теста, так как на результат сильно влияет даже температура воздуха.
На этом все, надеюсь что было полезно и пускай ваши батареи служат вам максимально долго 🙂
Эту страницу нашли, когда искали:
как расчитать емкость батареи для шуруповерта , как посчитать емкость сборки 18650 , ёмкость аккумулятора в ноутбуке 4200ма 12в сколько емкость одного элемента , какподобратьаккамуляторывсборке , как рассчитать сколько ампер выдает комплект батарей 18650 , онлайн-калькулятор сборки li-ion аккумуляторов ячейка 18650 12 в 150 а , как посчитать емкость сборки аккумулятора , как высчитать амперы и вольты в сборке 18650 , как лучше собирать акб по ёмкости или сопротивлению , подобрать аккумуляторе 3s , сколько нужно акб 18650 для 22.2v , если 4 батареек по 1.5 в скаолько брать аккумулятор , калькулятор для lifero4 акумуляторов , расчитать мощность иорнолитеевого блока питания 180w , калькулятор литий ионных сборок , сколько нужно блоков для аккумулятора 48 вольт 25 ампер , рассчет аккумуляторных баарей фотоэлементов , калькулятор для литий железо батарей , какой емкостью будет обладать сборка из 6 аккумуляторов 18650 на 2800mah для 12 вольт , какой аккумулятор требуется для напряжения 42 вольта , рассчитать ток разряда аккумулятора 18650 по соотношению , визуальный конфигуратор литий ионых аккумуляторов , как в литиоионном аккумуляторе из 30 боченочков подсчитать емкость батареи , какой ток и напряжение нужно для аккумулятора на 22 вольта и емкостью 3500ма , программа подбора по внутреннему сопротивлению
Выбор аккумулятора для электровелосипеда
Аккумулятор велогибрида, как впрочем и любого другого транспорта на электрической тяге, является одним из ключевых компонентов, чьи характеристики определяют цену готового электровелосипеда или стоимость затрат по электрификации имеющегося транспортного средства, его эксплуатационные качества и потенциал. Определяясь с конкретной моделью велогибрида, набора для электрификации или создавая собственный проект, важно иметь полноценное представление о технической стороне вопроса, тем более что эти знания помогут сделать правильный выбор с учетом перспективы модернизации вашего персонального электротранспорта.
Характеристики батареи и терминология
Напряжение
Аккумуляторные батареи состоят или собираются из отдельных ячеек, соединенных между собой. Каждая ячейка имеет более или менее постоянную зависимость напряжения от его химии. Для никель-кадмиевых (никель-металлогидридных) элементов вольтаж ячейки равен примерно 1,2V, у свинцово-кислотной батареи – 2,0V, для литиевых элементов напряжение составляет порядка 3,7V. Серийные hub-моторы и электродвигатели электровелосипедов и скутеров на электротяге рассчитаны на работу от 24, 36 или 48-вольтных батарей, поэтому определенное количество элементов должно быть последовательно соединено в «батарейный пакет», который обеспечит желаемое напряжение сети. Пакет номиналом в 36V может быть собран из 10 литиевых элементов, 18 ячеек свинцово-кислотной АКБ или 30 элементов NiMH.
Ампер-часы
В процессе потребления тока от аккумулятора, номинальное напряжение будет очень медленно снижаться до тех пор, пока ячейки не отдадут весь заряд, после чего напряжение на клеммах батареи резко упадет. Теоретически, аккумулятор, который может отдавать 1 ампер в течение 1 часа, имеет емкость 1Ah. На практике же производители рассчитывают емкость АКБ, беря за основу 20-часовой цикл разряда до минимального напряжения. Большинство батарей электровелосипедов характеризуются емкостью порядка 10Ah. Предположим, что электрохозяйство вашего велогибрида потребляет в среднем 15 Ампер тока – при оснащении его батареей в 10Ah вы можете ожидать полный разряд АКБ в течение примерно 40 минут.
В общем и целом, размер и стоимость ячейки соотносится непосредственно с ее емкостью, выраженной в ампер-часах. То есть двукратное увеличение показателя ампер-часов будет означать увеличение в два раза размера, веса и стоимости. На практике это соотношение немного колеблется из-за различной плотности упаковки элементов и масштабов производства. Например, знакомый многим типоразмер «AA» NiMH ячейки имеет емкость около 2 Ah, ячейка типа «C» – 4Ah, емкость ячейки «D» составит около 8Ah, крупные элементы «F» характеризуются емкостью в 12-13 Ah.
Ватт-часы
Характеристика емкости аккумуляторной батареи, выраженная в Ватт-часах, имеет большее практическое значение, поскольку дает представление о количестве запасенной электроэнергии. Один Ватт-час составляет одну тысячную кВт/ч, привычной нам бытовой единицы измерения потребленного электричества. Для того чтобы сделать вещи более знакомыми, количество хранящихся в аккумуляторной батарее Ватт-часов принято определять произведением фактических Ампер-часов и номинального вольтажа АКБ.
Поэтому аккумулятору на номинальное напряжение, скажем, 48V необходимо меньшее количество Ампер-часов (4Ah), чтобы обеспечить запас энергии в 192Wh равноценный запасу 24-вольтного аккумулятора емкостью 8Ah. При условии, что обе батареи имеют одинаковую химию, вы вполне можете ожидать, что они будут весить примерно одинаково, стоить столько же, и обеспечивать такую же производительность на надлежащим образом спроектированных велогибридах (то есть рассчитанных на 24V и 48V соответственно).
Емкость в 192Wh – самая небольшая для АКБ, используемых на электровелосипедах . Многие модели велогибридов промышленного производства отличаются аккумулятором с подобными характеристиками, поскольку такая АКБ удешевляет стоимость электровелосипеда. Для людей, которые хотят ездить на расстояния в 40-50 километров, можно порекомендовать использование аккумулятора емкостью порядка 400Wh. В зависимости от характера эксплуатации велогибрида, среднее потребление энергии в пределах 9-10Wh на километр пути характерно для нормальных конфигураций электробайков с двигателем прямого привода.
Плотность энергии
При сравнении аккумуляторов различной химии, одним из важных показателей является плотность энергии, выражаемая в соотношении емкости в Ватт-часах на килограмм веса АКБ. Эта цифра скажет о том, насколько тяжелой будет аккумуляторная батарея для достижения определенного диапазона дистанции пробега. Для свинцово-кислотных батарей это значение составляет 20-30 Вт·ч/кг, для NiCad – 35-40 Вт·ч/кг, NiMH АКБ характеризуются значением 50-60 Вт·ч/кг. Выше чем у других это соотношение будет у современных литий-ионных (~ 110 Вт·ч /кг) и литий-полимерных аккумуляторов (до 160 Вт·ч/кг). Располагая этими значениями, вы можете легко прикинуть вес пакета ячеек без необходимости искать данные производителя.
Разрядный ток
Еще один термин, с которым вы столкнетесь, это «C rate» или кратность тока разряда к емкости аккумулятора (1С, 2С). Данный способ нормализации характеристик производительности позволяет сравнивать батареи различной емкости в равных условиях.
Предположим, вы нашли на eBay 24-вольтный NiMH аккумулятор на 4Ah, который рассчитан на кратность 1С при длительном непрерывном разряде и на 2С в течение короткого времени. Вы решили взять две банки, чтобы собрать 48-вольтную батарею в 4Ah для вашего велогибрида – по вашим расчетам производительности АКБ будет более чем достаточно для короткой поездки на работу и обратно. Проблема заключается в том, что кратность в 1С допустима для токов в 4А, в то время как ваш электробайк, вероятно, нуждается в токах 10-20А. Если эти банки будут подвергаться таким токам разряда, то напряжение будет значительно просаживаться, что приведет не только к снижению производительности, но и существенному уменьшению количества циклов разряд/заряд.
На самом деле самые дешевые NiMH ячейки не предназначены для токов разряда больше, чем 1С. Это означает, что если ваш велогибрид потребляет в среднем 15A, вам понадобится АКБ, который имеет емкость порядка 15 Ah и выше.
Пошаговый выбор АКБ
Во-первых, определитесь с вольтажом. Во многих ситуациях, особенно если вы собираетесь заменить аккумулятор на действующем электробайке, напряжение определяется контроллером электроники и не может быть изменено просто по вашему желанию. В ином случае, вольтаж определяет максимальную скорость электровелосипеда, и у вас определенная свобода при выборе напряжения для удовлетворения ваших ожиданий производительности техники. Если вам известно соотношение прилагаемого напряжения и частоты оборотов электродвигателя, то можно легко вычислить, насколько быстрым будет ваш электробайк при используемом напряжении. Для лучшей производительности, выберите такое значение вольтажа, которое дает скорость без нагрузки примерно на 20% больше, чем нужная вам крейсерская скорость.
Можно собирать пакеты с любым количеством ячеек на любое напряжение, однако большинство батарей имеют стандартный вольтаж с шагом в 12V – наиболее распространенными являются АКБ на 24V, 36V, 48V, в некоторых случаях находят применение АКБ на 72V и выше. Зарядные устройства, как правило, также рассчитаны для этих напряжений.
Во-вторых, определите минимальную емкость. Когда напряжение известно, следующим шагом необходимо выяснить, сколько ампер-часов потребуется для достижения желаемого пройденного пути на одном заряде. Это, конечно, зависит от того, насколько вы собираетесь вкладываться в педалирование, как быстро вы будете ездить, также необходимо учесть перепады высот местности, где вы собираетесь кататься. Следующая таблица основана на минимальном усилии педалирования. Список ниже примерно характеризует энергозатраты АКБ при минимальном уровне системы поддержки педалированию PAS:
- Минимальная помощь мотора (езда с помощью двигателя только на холмах, скорость – не выше 30км/ч) – 6-8 Вт·ч/км.
- Типичная нагрузка (скорость около 40 км/ч, все время используются и педали, и двигатель) – 9-12 Вт·ч/км.
- Режим «пожирания энергии» (используется только электропривод, буксируется прицеп или перевозится груз, езда на максимальной скорости) – 14-20 Вт·ч/км
Теперь берем максимальную желаемую дистанцию поездки, умножаем на соответствующий расход емкости на километр из списка выше и получаем приблизительное число минимальной емкости аккумулятора в Ватт-часах. Разделив это число на напряжение можно узнать оценку минимальной емкости АКБ в Ампер-часах.
Последнее, с чем следует определиться – это тип химии аккумуляторной батареи. У вас есть данные вольтажа и емкости, так что вопрос состоит в том, чтобы найти АКБ желаемого веса на имеющийся бюджет. Для одинаковых параметров емкости и напряжения, NiCad батарея будет примерно вдвое дороже свинцово-кислотной, но и вдвое легче, NiMH будет на 30% легче и более дорогой, а литиевая – в два раза дороже никель-металлогидридной и опять наполовину легче.
Расчет емкости батареи электровелосипеда для необходимых скорости и дальности пробега
Возможно, вы уже где-то слышали или читали, что на батарее 48В 10 Ач можно проехать 40 км, в другом месте говорят про 100 км, а в третьем что и вовсе в кругосветку можно отправиться =) Megavel честен со своими покупателями и заявляет средние показатели пробега на одной зарядке.
Ниже мы составили таблицу соотношения скорости к емкости батареи. Конечно же, скорость не единственный фактор, влияющий на пройденное расстояние. Поэтому рассмотрим вариант более-менее равнинной местности с безветренной погодой, батарея полностью заряжена, пилот весом 80 кг и ростом 175 см, вес байка порядка 35 кг, спокойный режим езды без использования педалирования. Кстати, езда накатом, использование тормозов по-минимуму, помощь мотору педалями позволяет существенно увеличить дистанцию! Так как большая часть энергии идет на преодоление сопротивления воздуха, затраты энергии растут не линейно со скоростью, поэтому поговорка «Тише едешь — дальше будешь» в случае электробайков очень кстати =)
Вольтаж и емкость батареи (В, Ач)
в скобках версия электрочоппера Megavel
Примерная дальность пробега на одной зарядке (км)
при 20 км/ч
+ педали
при 25 км/ч
при 35 км/ч
при 45 км/ч
при 60 км/ч
при 70 км/ч
Калькулятор электротранспорта
Полный вес транспортного средства — с учётом веса пассажиров и аккумулятора. Коэффициент аэродинамического сопротивления: велосипед с велосипедистом 0.7-1.15 (1.0 в среднем), легковой автомобиль 0.2-0.7 (0.35 в среднем), автобус 0.3-1.1 (0.7 в среднем). Площадь миделя — это площадь поперечного сечения транспортного средства по направлению к движению. Для горного велосипеда с велосипедистом условно принимается за 0.4м2, для дорожного велосипеда 0.65м2, для шоссейного 0.32м2. Легковой автомобиль от 1.5м2, автобус от 4м2. Коэффициент трения качения по ровному асфальту: горный велосипед (резина для бездорожья) или автомобиль — 0.015 , дорожный велосипед — 0.006 (полуслик), шоссейный велосипед — 0.003 (слик 120PSI). Коэф. трения качения для горного велика или автомобиля: грунтовая дорога или твёрдый снег — 0.03, грязь — 0.1, песок — 0.3. КПД двигателя задаётся для установленной скорости и мощности. Для электровелосипеда: режим максимального КПД (идеальный) 80-85%; поездка с частыми остановками и разгоном до максимума 40-60%; езда на постоянной скорости, близкой к максимальной 60-80%; невысокая постоянная скорость 30-50%, медленная езда с остановками 20-40%. В данном случае скорость относительна и определяется процентом потребляемой мощности от максимальной. КПД поправочный может использоваться как корректирующий коэффициент для более точного расчёта времени работы и расстояния с учётом реальных замеров. Экспонента Пекерта — показатель «несовершенства» аккумулятора на больших токах нагрузки. Качественные железофосфатные аккумуляторы имеют экспоненту Пекерта в районе 1.05, свинцово-кислотные от 1.1 до 1.3 и более. С возрастом аккумулятора значение растёт. Расчёты пробега производятся для параметра Ёмкость АКБ. Одновременно с этим можно вычислить необходимые характеристики аккумулятора, задав Желаемый запас хода. Результаты расчёта вычисляются для заданной механической мощности двигателя (первая колонка) и заданной скорости (вторая колонка). Данный калькулятор электротранспорта позволяет рассчитать:
— ёмкость аккумулятора для преодоления необходимого расстояния
— мощность, необходимую для достижения заданной скорости
— скорость, которую будет способно развить ТС при заданной мощности
— расстояние, которое проедет ТС с учётом многих значений
— ток разряда, энергопотребление и многое другое. Калькулятором можно пользоваться не только для электротранспорта, электровелосипедов, электромобилей, но и для расчёта характеристик транспортных средств на ДВС. Также калькулятор будет полезен для расчёта длительности работы аккумулятора при разных нагрузках, в том числе не связанных с транспортными средствами.
