Электрические самолеты

[maket]

Если свинец держал бы до -30С ёмкость ,меня бы устроило !

фосфатные литий-ионные батареи теряют при - 30 град 60 % емкости, манганатные - 50% 
и - самое важное - их нельзя заряжать при минусовой температуре, если хотим сохранить ресурс. да они и не особо  сильно заряжаются 🙂
так называемые титанатные  теряют при - 30 град тоже около 50 % емкости, но их можно заряжать минусе - до - 10 град боле-менее нормально, дальше -хуже.   

 

[Lapshin]

Температуре ЧЕГО, интересно? Очевидно, имеется в виду температура собственно, аккумуляторов - но, приняв во внимание, что во время как интенсивного заряда, так и интенсивного разряда аккумуляторам свойственно нагреваться, а скорости охлаждения десятков килограмм батарей (а здесь не моделки обсуждают) с лихвой хватило бы, чтобы к началу зарядки аккумулятор не успел бы приобрести низкую температуру.

 

[maket]

во время как интенсивного заряда, так и интенсивного разряда аккумуляторам свойственно нагреваться,

да, это свойственно аккумуляторам, где на электродах протекают окислительно-восстановительные реакции. имеено поэтому рекомендуют в мороз - прежде чем заводить мотор - включить дольний свет на секунд 30 - чтобы прогрелась область электрохимической реакции.

в литий-ионных батареях же окислительно-восстановительных реакции нет - там просто диффузия ионов лития с одного электрода на другой. Поэтому они слабо греются и разогреть их номинальным зарядным током зимой практически невозможно!  а гонять токи в 10С и разогревать их за счёт внутреннего сопротивления - сокращать ресурс. более эффективно - просто нагревать от внешнего нагревателя.
в общем, принимать меры для  обычного термостатирования - а это вес и дополнительные потери накопленной энергии.

но если батареи хранить в отапливаемом ангаре - то, конечно, остынут они не быстро.

причём в этом случае забавный эффект наблюдается: поскольку аккумуляторы собраны в пакеты, то в середине пакета температура падает заметно медленне - и по батарее получается примерно параболическое распределение температуры.

 

[Lapshin]

в литий-ионных батареях же окислительно-восстановительных реакции нет - там просто диффузия ионов лития с одного электрода на другой.

Если бы все было в точности так - к.п.д. литий-ионных аккумуляторов был бы равен ровно 100%, а внутреннее сопротивление было бы равно ровно нулю. Поскольку, все это не совсем так - тепловыделение легко посчитать, умножив токи разрядки, или зарядки на квадрат внутреннего сопротивления: это, по-любому, окажется вполне заметная величина. Закона Ома пока никто не отменил и не опроверг - поэтому на природу тепловыделения при работе аккумулятора мне попросту наплевать.

в общем, принимать меры для  обычного термостатирования - а это вес и дополнительные потери накопленной энергии.

Этот тезис также не выдерживает никакой критики: легко посчитать толщину стенки простейшей пенопластовой коробки для стабилизации температуры внутри ее при тех же -30 градусов, или любой другой температуры за бортом - уверяю, эта толщина окажется равной единицам сантиметров: вес такой коробки несоизмеримо мал сравнительно с весом аккумуляторов.
То же самое можно сказать и относительно процесса подзарядки. Естественно - хранить батарейки на морозе нет никакого смысла: речь идет о том, что в течение летной смены легко обеспечить комфортные условия для работы аккумуляторов.

 

[Uptosun]

Выход один летать летом на батарейках, зимой на бензине  ;D.  Или зимой вообще не летать, на тренажёре тренироваться. Норильск, август, -1, мокрый снег, экипаж Ан-225 несёт батарейки от самолёта в КДП, шоб не замёрзли 

 

[maket]

Поскольку, все это не совсем так - тепловыделение легко посчитать, умножив...... это, по-любому, окажется вполне заметная величина.

давайте посчитаем:
берём аккумулятор  55 А.ч, вес 1,5 кг,  внутреннее сопротивление 0,5 мОм
разряжаем его на морозе током 1С = 55 А, получаем, что выделяется тепловая  мощность 1,5 Вт. т.е. за час выделится 1,5 Вт.ч и батарека разрядится!
оно конечно, если сто таких аккумуляторов - то это уже 150 Вт, но и весить такая батарея будет 150 кг.  ну и представьте - что там нагреется на морозе?   Хотя, конечно, при должном термостатировании как-то замедлится остывание.
кстати - и потребление тока нагрузкой не обязательно будет постоянным.
сравним  с  тепловыделением на резисторе:
нагружаем аккумулятор ( 3В ) резистором 55 мОм, получаем  тот же ток 55 А,  но тепловыделение  165 Вт.
поэтому в батареях для минусовых температур делают одну дополнительную группу, которая работает на нагревание внутреннего объема батареи.  В известных мне проектах - это 8 % от веса батареи.

но для литий-титанатных это не актуально  - они при минусах как-то работают.

 

[slav]

Выход один летать летом на батарейках, зимой на бензине

Однозначно !!!  :~)       ;D

 

[МаГент]

внутреннее сопротивление 0,5 мОм
разряжаем его на морозе током 1С = 55 А, получаем, что выделяется тепловая  мощность 1,5 Вт. т.е. за час выделится 1,5 Вт.ч 

Ну вообще-то по лит. данным обычно сопротивление такого аккумулятора раз в 20 больше. Значит тепла будет 30Вт*ч. Теплоемкость свинца составляет 0.033 кал/г/град. При таких условиях батарея будет греться очень прилично.

 

[Lapshin]

давайте посчитаем:
берём аккумулятор  55 А.ч, вес 1,5 кг,  внутреннее сопротивление 0,5 мОм
разряжаем его на морозе током 1С = 55 А, получаем, что выделяется тепловая  мощность 1,5 Вт

Давайте.
- 0.5 мОм, это 0.0005 Ом: тогда ток КЗ должен бы быть равным 24000 ампер, в то время, как исправный аккумулятор имеет ток КЗ всего около 500 А.

 

[maket]

на самом деле - всё сложнее.

внутреннее сопротивление 0,5 мОм - это реальное внутренне сопротивление при токе 1С . это легко проверить, измеряя напряжение на аккумуляторе при коммутации  такой нагрузки.  Сам это проделывал неоднократно для измерения внутреннего сопротивления аккумуляторов в батарее и отбраковке тех, где уже началась деградация.  т.е. тупо задаётся  пульсирующий ток в виде меандра с периодом в пару минуту и собираются данные по напряжению на всех аккумуляторах батареи. 
 Изменения напряжения на исправном аккумуляторе -  20 - 30 мВ . отсюда однозначно считается внутреннее сопротивление. Изменение напряжения  и внутренне сопротивление всей батарее - умножить на количество  аккумуляторов.
 
в случае же короткого замыкания внутренне сопротивление первую - условно говоря - милисекунду - тоже 0,5 мОм и ток, соответсвенно - несколько тысяч ампер. однако дальше ток начинает уменьшаться и внутреннее сопротивление возрастать   потому что анод имеет ограничения по плотности тока. причина - механизм работы литий-ионного аккумулятора -ионы лития должны внедряться (интеркалироваться) в кристаллическую решетку анода и если все вакантные места на поверхности электрода уже заняты, то внедрятся им некуда, пока ионы лития не продиффундируют в более глубокие слои кристаллической  решётки активной массы анода. Кроме того, начинают сказывать диффузные ограничения по  перемещению ионов лития по электролиту.  Таким образом происходит ограничение тока КЗ и возрастание внутреннего сопротивления.
На 55 А.ч аккумуляторе измеренный мною ток КЗ на  первой секунде - около 650 А - вместо некольких тысяч.

так что в этом смысле прогресс литий-ионных аккумуляторов сейчас развивается в направлении увеличения емкости анода и для этого вроде как лучше всего подходит аморфный кремний.

из имеющихся в наличии наибольшую емкость анода - и, соответсвенно - наибольшие токи КЗ имеют  так называемые литий-титанатные аккумуляторы. Соответсвенно - они же и имеют наибольший ресурс вообще, в том числе и при заряде/разряде токами 10С   

поэтому номинальными токами литий-ионные аккумуляторы очень сложно  заметно разогреть.

 

[Lapshin]

...В итоге - из-за чего и возникла полемика,- ситуация выглядит следующим образом.
Мгновенные параметры, включая первоначальный момент разряда (где, фактически, аккумулятор является эквивалентом конденсатора) никого не интересует; в продолжительное время внутреннее сопротивление оказывается бОльшим и тепловыделение - вполне ощутимым. Даже в приведенных Вами цифрах, если увеличить ток разряда до 200А, тепловыделение емкостью 55 Ач окажется равным 20Вт, а если эти зависимости экстраполировать до запаса энергии, скажем, в 50 кВт*ч, т.е. в 75 раз - получим уже 100 вТ. При том, что в пенопластовом контейнере емкостью в 100 л и стенках толщиной 40 мм лампочки в 60 Вт вполне хватало для поддержания плюсовой температуры для хранения овощей на балконе в течение зимы - причем, даже не в постоянном режиме, а с отключением лампочки при превышении температуры +5 градусов. Поэтому, меньший объем позволит удерживать температуру аккумулятора в эксплуатационном диапазоне при номинальном режиме без заметных затрат.

 

[maket]

не-не-не!!!!  проектировать такую батарею  и нагружать аккумулятор 55 А.ч током 200 А в штатном режиме  мне совесть не позволяет!!!  🙂
Потому как для нетитанатных аккумуляторов такой режим приведёт к накоплению металлического лития на аноде с соответсвующим сокращением ресурса  и , в случае разгерметизации - отоплению всего помещения! 🙂
кстати, знаю такой случай - знакомый  часто возил ребёнка с его моделькой вертолёта полетать на природу. вертолётик перевозился в багажнике... пока не загорелся.
машину потушить успели.

а для титанатных, с  большой емкость анода - внутренне сопротивление всё равно остаётся маленьким и поэтому они всё равно слабо греются. 

 

[МаГент]

Обсуждая количество тепла, выделяющегося в батарее при разряде, следует принять обсуждаемое выходное напряжение батареи. Обычно у силовых батарей (например автомобильных) напряжение в диапазоне 400-700 В. Следовательно ячейки соединяются последовательно. Значит сопротивление (и выделяемое тепло) при том же токе разряда увеличивается пропорционально напряжению батареи.

 

[Lapshin]

не-не-не!!!!  проектировать такую батарею  и нагружать аккумулятор 55 А.ч током 200 А в штатном режиме  мне совесть не позволяет!!!  

Один про Фому; другой - про Ерему. Ваши проблемы с запасом энергии менее киловатт-часа меня не волнуют в принципе: такого запаса энергии хватило бы разве что для поднятия человека на лифте на 10-й этаж. Для пилотируемых ЛА, обсуждаемых на данном форуме потребности на порядки выше - речь веду именно о них и спор не имеет смысла.
Если хотите продолжать - говорите о величинах, приемлемых хотя бы для ультралегких мотопланеров.

 

[maket]

Следовательно ячейки соединяются последовательно. Значит сопротивление (и выделяемое тепло) при том же токе разряда увеличивается пропорционально напряжению батареи

я везде имел ввиду один аккумулятор 55 А.ч и тепловыделение на нём. естественно, в батарее тепловыделение будет прорционально больше.

Если хотите продолжать - говорите о величинах, приемлемых хотя бы для ультралегких мотопланеров.

ну.... в вес 115 кг точно не вписаться!
 
-  10 кВт.ч (50 В 200 А.ч)
вес 112 кг, электрохимическая система - С/LiFePo4
максимальный ток не рекомендуется выше 200А, т.е. мощность 10 кВт.
расчётный ресурс  не менее :300 циклов при глубине разряда 80 % и 800 циклов при глубине разряда 30%

- 7 кВт.ч (65 В 110 А.ч) вес 72 кг,   электрохимическая система - титанат/мультиоксид
максимальный ток - до 300 А, мощность, соответсвенно , 20 кВт
расчётный ресурс не менее: 500 циклов при глубине разряда 80 % и 1000 циклов при глубине разряда 30%

только не надо сравнивать плотность накопленной энергии с рекламными данными для отдельных аккумуляторов!

над корпусами, конечно, можно поработать, но вес уменьшиться не сильно! всё-таки литий-ионная батарея - это просто кусок люминия подходящего размера!  🙂

это реально работающие батареи с ресурсом, подтверждённым в работе.

 

[Lapshin]

в принципе: такого запаса энергии хватило бы разве что для поднятия человека на лифте на 10-й этаж

Владимир Павлович , но для мотопланера типа ,,Коршун,, это подойдет ?? 🙂 Взлетел ,коробочка ,сел !  🙂 :IMHO

Мотопланеров на электротяге сейчас уже - как грязи: в Пренае (Литва) такие выпускают серийно.
Но это вне круга моих интересов.
@maket:

- 7 кВт.ч (65 В 110 А.ч) вес 72 кг,   электрохимическая система - титанат/мультиоксид ...только не надо сравнивать плотность накопленной энергии с рекламными данными для отдельных аккумуляторов!

Не уверен, что названные Вами системы и являются примерами именно передовых на нынешний день решений - а ширпотреб мне также не особо нужен. На прототипе автомобиля Тесла стояли ( уже упоминал, по-моему) 1688 батареек от ноутбуков и 60 кВтч весили 450 кГ; на серийной Тесле аккумуляторная батарея специально спроектированная для него,при 87 кВтч, вероятно, более эффективна - хотя данных по весу не приводится.

 

[maket]

Не уверен, что названные Вами системы и являются примерами именно передовых 

во именно система титанат/мультиоксид является самой передовой из выпускаемых серийно изделий для промышленного применения!
я уже упоминал о батарее 97 кВт.ч и всем 850 кг. 7 кВт.ч батарейка - подобна одному из её модулей, но с активной балансировкой.
можно, конечно сделать корпус полегче  и шины алюминиевые, а не медные - но это все резервы уменьшения веса

передовее только аморфный кремний на аноде, но его не выпускают серийно. И я тут уже неоднократно в разных ветках упоминал - что только после  появления серийных аккумуляторов с анодом из аморфного кремния появится как-то что-то пригодное для СЛА по удельной запасённой энергии и мощности.

 

[Anatoliy.]

я уже упоминал о батарее 97 кВт.ч и всем 850 кг. 7 кВт.ч

Считаем.
Если поставить двигатель в 130 л.с. (97 кВт) на автомобиль и целый час ехать со скоростью 100 км/час, то средняя потребляемая мощность будет где то 20кВт.
При этом тот автодвигатель сожрёт порядка 10 литров бензина при удельном весе примерно 0,7
Итого плюс - минус 7кг топлива.
Кто хочет пусть посчитает точнее.
Так вот ПЯТЬ таких двигателей в сумме будут развивать примерно те 97 кВт. и "кушать" каждый час в сумме 35 кг бензина.
А теперь посмотрим на вес чудо аккумулятора самого передового на просторах электростроителей.
850 кг и 35 кг.
Даже если сам электродвигатель с управлением и проводами будет невесомыми, то разница в весе потянет на еще один двухместный самолет с баком горючего на часа три полета.

 

[slav]

Вот интересные поставщики сырья ,но аккумы вроде как не производят! :-?

http://akb-energy.ru/rus/projects/avtomobilestroenie/

 

[slav]

с удельной энергоемкостью не ниже 450 Вт*час/кг http://akb-energy.ru/rus/produkti/litii-ionnie-akkumulyatori-drugikh-sistem/

Кричат уря , а где аккумуляторы ??  :🙂