подбор количества и мощности, видео и фото
Статьи
Как рассчитать радиатор по площади помещения — жилого или производственного? В этой статье мы познакомим читателя с несколькими алгоритмами различной сложности и приведем для удобства расчетов некоторые справочные данные. Итак, в путь.
Наша задача — научиться рассчитывать оптимальные размеры отопительного прибора.
Этапы расчетов
Собственно, их всего два.
- Вначале оценивается потребность помещения в тепловой мощности.
- Затем в зависимости от удельного значения теплового потока (на секцию, на отопительный прибор и т.д.) рассчитывается количество соответствующих элементов контура.
Уточним: в сети можно встретить большое количество таблиц и калькуляторов, непосредственно выводящих количество секций из площади.
Однако точность таких расчетов обычно невелика, поскольку они полностью игнорируют дополнительные факторы, увеличивающие или уменьшающие теплопотери.
Расчет мощности
Схема 1
Простейшая схема присутствует в советских СНиП полувековой давности: мощность радиатора отопления на помещение подбирается из расчета 100 ватт/1м2.
Подбор биметаллических радиаторов по площади помещения можно выполнить, руководствуясь этой таблицей.
Алгоритм понятен, предельно прост и… неточен.
Почему?
- Реальные теплопотери сильно различаются для крайних и средних этажей, для угловых квартир и помещений в центре здания.
- Они зависят и от общей площади окон и дверей, а также от структуры остекления. Понятно, что деревянные рамы со стеклами в две нитки обеспечат куда большие теплопотери, чем тройной стеклопакет.
- В разных климатических зонах потери тепла тоже будут различаться. В -50 С квартире явно потребуется больше тепла, чем в +5.
- Наконец, подбор радиатора по площади помещения заставляет пренебречь высотой потолков; между тем расход тепла при потолках высотой 2,5 и 4,5 метра будет сильно различаться.
Высокий потолок создает ощущение простора, но заметно увеличивает затраты на отопление.
Схема 2
Оценка тепловой мощности и расчет количества секций радиатора по объему помещения обеспечивает заметно большую точность.
Вот инструкция по подсчету мощности:
- Базовое количество тепла оценивается как 40 ватт/м3.
- Для угловых комнат оно увеличивается в 1,2 раза, для крайних этажей — в 1,3, для частных домов — в 1,5.
- Окно добавляет к потребности комнаты в тепле 100 ватт, дверь на улицу — 200.
- Вводится региональный коэффициент. Он берется равным:
| Регион | Коэффициент |
| Чукотка, Якутия | 2 |
| Иркутская область, Хабаровский край | 1,6 |
| Подмосковье, Ленинградская область | 1,2 |
| Волгоград | 1 |
| Краснодарский край | 0,8 |
Давайте в качестве примера своими руками найдем потребность в тепле угловой комнаты размером 4х5х3 метра с одним окном, расположенной в городе Анапа.
- Объем комнаты равен 4*5*3=60 м3.
- Базовая потребность в тепле оценивается в 60*40=2400 вт.
- Поскольку комната угловая, используем коэффициент 1,2: 2400*1,2=2880 ватт.
- Окно усугубляет ситуацию: 2880+100=2980.
- Мягкий климат Анапы вносит свои коррективы: 2980*0,8=2384 ватта.
На фото — зима в окрестностях Анапы. Ее теплый климат не предполагает больших расходов на отопление.
Схема 3
Обе предыдущие схемы плохи тем, что игнорируют разницу между разными строениями в плане утепления стен. Между тем в современном энергоэффективном доме с наружным утеплением и в кирпичном цеху с остеклением в одну нитку теплопотери будут, мягко говоря, разными.
Радиаторы для производственных помещений и домов с нестандартным утеплением можно рассчитать по формуле Q=V*Dt*k/860, в которой:
- Q — мощность отопительного контура в киловаттах.
- V — отапливаемый объем.
- Dt — расчетная дельта температур с улицей.
Обратите внимание: температура в помещении берется из санитарных норм или технологических требований; уличная же оценивается по средней температуре за наиболее холодные 5 дней зимы.
- k — коэффициент утепления. Откуда брать его значения?
| k | Описание помещения |
| 0,6-0,9 | Наружное утепление, тройные стеклопакеты |
| 1-1,9 | Кладка толщиной от 50 см, двойные стеклопакеты |
| 2-2,9 | Кладка в кирпич, одинарное остекление в деревянных рамах |
| 3-3,9 | Неутепленное помещение |
Давайте и в этом случае сопроводим алгоритм расчета примером — вычислим тепловую мощность, которой должны обладать радиаторы отопления производственного помещения 400 кв м при высоте 5 метров, толщине кирпичных стен 25 см и одинарном остеклении. Такая картина довольно характерна для промзон.
Условимся, что температура наиболее холодной пятидневки равна -25 градусам по шкале Цельсия.
Для промышленных помещений характерны большие теплопотери.
- Для производственных цехов нижней границей допустимой температуры считаются +15 С. Таким образом, Dt = 15 — (-25) = 40.
- Коэффициент утепления возьмем равным 2,5.
- Объем помещения равен 400*5=2000 м3.
- Формула приобретет вид Q=2000*40*2,5/860=232 КВт (с округлением).
Таким образом, Dt = 15 — (-25) = 40.Расчет отопительных приборов
В жилых помещениях для отопления массово применяются чугунные, алюминиевые и биметаллические батареи, стальные трубчатые, панельные и пластинчатые радиаторы, а также конвекторы.
Как определить тепловую мощность каждого прибора?
Для панелей, конвекторов, неразборных трубчатых батарей и пластин можно ориентироваться только на предоставленные производителем характеристики. Они всегда присутствуют в сопроводительной документации или на сайте изготовителя.
Для секционных батарей при стандартном (500 мм) вертикальном размере можно ориентироваться на такие значение теплового потока:
- Чугунная секция — 140-160 ватт;
- Алюминиевая — 180-200;
Алюминиевые батареи лидируют по удельной теплоотдаче.
Важный момент: номинальная мощность указывается для 70-градусной разницы между радиатором и воздухом в комнате.
Если разница будет вдвое меньше, во столько же раз уменьшится и удельная теплоотдача.
Так, при потребности в тепловой мощности в 2,3 КВт алюминиевый радиатор (200 Вт/секция) должен иметь 2300/200=12 (с округлением) секций.
Особый случай
Типичные радиаторы отопления для производственных помещений — это стальные цельносварные регистры. Невысокая цена материала вкупе с высокой прочностью делает их куда привлекательнее прочих решений.
Их мощность можно рассчитать по следующему алгоритму:
- Для одинарной горизонтальной трубы она равна Q=3,14хD*L*11,63*Dt, где D — диаметр трубы в метрах, L — ее длина в метрах, Dt — дельта температур между помещением и теплоносителем.
- В многосекционном горизонтальном регистре для расчета секций начиная со второй используется коэффициент 0,9.
Так, десятиметровый односекционный регистр диаметром 250 мм при обогреве перегретым паром (200С) и при температуре в цеху в 15С отдаст 3,14*0,25*10*11,63*(200-15)=16889 ватт тепла.
Промышленное отопление. В качестве отопительных приборов используются цельносварные регистры.
Заключение
Как видите, применяемые схемы расчетов сравнительно просты и вполне понятны даже для человека, далекого от конструирования отопительных систем. Дополнительную тематическую информацию можно, как обычно, найти в видео в этой статье. Успехов!
Поделитесь:
Статьи по теме
Все материалы по теме
Как подобрать размер батареи? Калькулятор емкости аккумуляторной батареи
Определение подходящего размера емкости батарей для солнечных, домашних и общих приложений — пример и калькулятор
Прямое использование возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра и солнца, не так эффективно, если мы не сохраняем их для последующего использования.
В этом посте мы покажем, как найти подходящий размер емкости батареи в Ач (ампер-часах), а также необходимое количество батарей в соответствии с нашими потребностями. Имейте в виду, что аккумуляторы всегда рассчитаны на Ач. Если вы не согласны с ручными расчетами, вы можете использовать калькулятор размера блока батарей сразу после решенного примера для расчета размера батареи.
Похожие сообщения:
- Как определить подходящий размер инвертора для бытовой техники?
- Как рассчитать правильный размер солнечного контроллера заряда?
Чтобы рассчитать точный размер емкости аккумулятора, выполните следующие простые действия (пример решения).
Шаг 1 – Энергопотребление
Прежде всего, вам нужно будет рассчитать общую мощность нагрузки в ваттах, которая необходима для работы напрямую или позже от накопленной энергии в батареях. Если он домашний, вы можете легко получить годовые данные об энергопотреблении по счетчику энергии или счету за электроэнергию.
Если он базируется на автодоме, лодке и т. д., вам нужно будет добавить и рассчитать номинальную мощность всех необходимых приборов. (см. пример ниже).
В следующей таблице показана типичная номинальная мощность различных бытовых приборов. В нашем примере общая необходимая нагрузка составляет 900 Вт.
| Прибор | Вт | Кол-во | Общая мощность |
| Вентилятор | 80 | 4 | 320 Вт |
| Светодиодная лампа | 15 | 4 | 60 Вт |
| ЖК-телевизор | 120 | 2 | 240 Вт |
| Ноутбук | 110 | 1 | 110 Вт |
| Лазерный принтер | 60 | 2 | 120 Вт |
| Зарядное устройство для телефона | 25 | 2 | 50 Вт |
| Суммарная мощность всех приборов | 900 Вт | ||
Похожие сообщения:
- Сколько Вт солнечной панели вам нужно для бытовой техники?
- Основные компоненты, необходимые для установки системы солнечных панелей
Шаг 2.
Количество дней автономной работы:
Это количество дней, в течение которых вы можете использовать емкость аккумуляторов глубокого цикла без их зарядки. Другими словами, количество дней без подзарядки аккумуляторов (преимущественно в пасмурную погоду). Вы можете найти последние данные из ресурсов прогноза погоды или государственного метеорологического департамента для среднего количества солнечных дней и предполагаемых облачных дней в определенных областях.
Имейте в виду, что если количество дней автономной работы увеличится, вам придется добавить больше батарей, еще больше источников питания, таких как портативные генераторы и т. д. В нашем примере количество дней автономной работы составляет 2 дня.
Шаг 3 – Напряжение постоянного тока аккумуляторной системы
Это номинальное напряжение постоянного тока аккумулятора (обычно 12 В, 24 В, 36 В, 48 В, 72 В и т. д.). Хотя система 12 В более распространена, вы можете использовать систему 24 В или 48 В для систем установки солнечных панелей в зависимости от требований к конфигурации системы.
В нашем примере мы использовали батареи постоянного тока 12 В.
Шаг 4 – Глубина разряда:
Глубина разряда (Depth of Discharge) – это цикл зарядки и перезарядки (одиночный) аккумулятора, т.е. отвод энергии от аккумулятора к подключенной нагрузке. FLA (залитые свинцово-кислотные батареи), герметичные гелевые батареи и батареи AGM с глубоким циклом оцениваются по количеству циклов зарядки.
DoD представлен в процентах (%) от общей емкости аккумулятора. Чем больше разряжается батарея, тем меньше циклов будет завершено. Короче говоря, более глубокая разрядка сократит срок службы батареи. В нашем примере глубина разряда составляет 50%.
Похожие сообщения:
- Как спроектировать и установить солнечную фотоэлектрическую систему? С решенным примером
- Полное руководство по установке солнечных батарей. Пошаговая процедура с расчетами и диаграммами
Шаг 5 – Окружающая среда Температура :
В отличие от солнечных панелей, для правильной работы батарей необходима умеренная температура.
Изменения температуры влияют на эффективность и срок службы батарей. Высокая температура сокращает срок службы батареи, в то время как низкая температура снижает общую емкость батареи. В нашем примере температура окружающей среды составляет 60 °F (15,55 °C).
Шаг 6 – Количество часов автономной работы:
Это количество часов в день, в течение которых нам необходимо, чтобы устройства работали от аккумуляторных батарей. В нашем примере количество часов резервного питания равно 3.
Шаг 7. Номинальная емкость блока батарей (размер):
Наконец, мы можем рассчитать размер емкости батареи в Ач (номинал Ач), используя следующую формулу.
Емкость батареи в Ач = (Потребляемая энергия в Втч x Дни автономной работы x Часы автономной работы) / DoD в % x Напряжение постоянного тока
На основе данных нашего примера:
Емкость батареи в Ач = (900Втч x 2 дня x 3 часа) / (50% x 12 Вольт)
Это минимальная емкость аккумуляторной батареи, необходимая для ежедневной работы нагрузки мощностью 900 Втч в течение 3 часов.
Похожие сообщения:
- Как рассчитать время зарядки аккумулятора и ток зарядки аккумулятора?
- Как подключить автоматический ИБП/инвертор к системе домашнего электроснабжения?
Шаг 7 – Количество необходимых батарей (параллельных):
Количество необходимых батарей (параллельных): 999 Ач / 100 Ач = 10 Количество батарей .
Вам нужно будет подключить 10 аккумуляторов по 100 Ач каждый параллельно, чтобы обеспечить нагрузку 900 Втч (минимум на 3 часа) в день с 2 днями автономной работы.
Если вам необходимо установить аккумуляторы емкостью 120 Ач, 150 Ач, 200 Ач или 250 Ач, просто разделите размер блока аккумуляторов на требуемый номинал аккумулятора Ач. Вы получите количество батарей, которые необходимо соединить параллельно.
Калькулятор емкости и размера батареи Следующий калькулятор выполнит указанную выше задачу, просто введя необходимые значения.
Просто сделайте это и нажмите на кнопку расчета. Калькулятор размера батареи покажет необходимый размер батареи и количество батарей, которые необходимо подключить параллельно.
Похожие сообщения:
- Калькулятор срока службы батареи
- Калькулятор емкости аккумулятора Серия
- , параллельное и последовательно-параллельное соединение солнечных панелей
- ШИМ-контроллер заряда солнечной батареи — работа, размеры и выбор
- Контроллер заряда солнечной батареи MPPT – работа, размеры и выбор
- Как определить количество автоматических выключателей в щите?
- Как определить правильный размер подпанели?
- Как найти правильный размер автоматического выключателя? Калькулятор выключателя и примеры
- Как найти подходящий размер кабеля и провода? – Решенные примеры
- Как найти напряжение и силу тока выключателя, вилки, розетки и розетки
- Как найти количество розеток на одном автоматическом выключателе?
- Как определить размер центра нагрузки, щитов и распределительного щита?
- Как определить размер однофазного и трехфазного трансформатора в кВА? Калькулятор
URL-адрес скопирован
Показать полную статью
Связанные статьи
Кнопка «Вернуться к началу»
Дизайн электромобиля – расчет батареи – x-engineer.
orgВысоковольтная батарея это один из наиболее важных компонентов Аккумулятор электромобиля (BEV) . Параметры аккумулятора оказывают существенное влияние на другие компоненты и атрибуты транспортного средства, такие как:
- максимальный крутящий момент тягового двигателя
- максимальный крутящий момент регенеративного тормоза
- запас хода автомобиля
- общий вес автомобиля
- цена автомобиля
Почти все основные аспекты чисто электрического транспортного средства (EV) зависят от параметров высоковольтной батареи .
Для нашей конструкции аккумуляторной батареи электромобиля мы начнем с 4 основных входных параметров:
- химический состав
- напряжение
- среднее энергопотребление транспортного средства в ездовом цикле
- запас хода транспортного средства
больше электрохимических элементов ( аккумуляторных элементов ), которые преобразуют химическую энергию в электрическую (во время разрядки) и электрическую энергию в химическую энергию (во время зарядки).
Тип элементов, содержащихся в батарее, и химические реакции во время разрядки-зарядки определяют химия батареи .
Аккумуляторная батарея состоит из пяти основных компонентов: электродов – анода и катода, сепараторов, клемм, электролита и корпуса или кожуха. Для автомобильных приложений используются различные типы элементов [1]:
Изображение: Различные формы элементов литий-ионных аккумуляторов
Авторы и права: [1]
Отдельные элементы аккумуляторов сгруппированы в единый механический и электрический блок, называемый модуль батареи . Модули электрически соединены в аккумуляторная батарея .
Существует несколько типов батарей (химических), используемых в силовых установках гибридных и электрических транспортных средств, но мы будем рассматривать только литий-ионных элементов . Основная причина заключается в том, что литий-ионные аккумуляторы имеют более высокую удельную энергию [Втч/кг] и удельную мощность [Вт/кг] по сравнению с другими типами [2].
Изображение: уровень ячейки на диаграмме Рагона, адаптированный из Van Den Bossche 2009
Источник: [2]
Уровень напряжения батареи определяет максимальную электрическую мощность, которая может непрерывно подаваться. Сила P [Вт] является произведением напряжения U [В] на ток I [A] : \[P = U \cdot I \tag{1}\]
Чем выше ток, тем больше диаметр высоковольтных проводов и выше тепловые потери. По этой причине ток должен быть ограничен до максимума, а номинальная мощность должна быть получена за счет более высокого напряжения. Для нашего приложения мы рассмотрим номинальное напряжение 400 В .
В статье Конструкция электромобиля – энергопотребление мы рассчитали среднее энергопотребление для силовой установки E p как 137,8 Втч/км в ездовом цикле WLTC. Помимо энергии, необходимой для движения, высоковольтная батарея должна поставлять энергию для вспомогательных устройств автомобиля E aux [Втч/км] , таких как: электрическая система 12 В, отопление, охлаждение и т.
д. Кроме того, мы необходимо учитывать КПД трансмиссии η p [-] при преобразовании электрической энергии в механическую.
\[E_{avg} = \left ( E_{p} + E_{aux} \right ) \cdot \left ( 2 – \eta_{p} \right ) \tag{2}\]
Для энергопотребления вспомогательных устройств мы будем использовать данные из [3], которые содержат типичные требования к мощности некоторых общих электрических компонентов автомобиля (вспомогательных нагрузок). Продолжительные электрические нагрузки (фары, мультимедиа и т. д.) и прерывистые нагрузки (обогреватель, стоп-сигналы, дворники и т. д.) потребляют в среднем 430 Вт электроэнергии. Продолжительность цикла WLTC составляет 1800 с (0,5 ч), что дает энергию 215 Втч для вспомогательных нагрузок. Если разделить его на длину ездового цикла WLTC (23,266 км), то получим средний расход энергии на вспомогательные нагрузки E доп. из 9,241 Втч/км .
Даже если Втч/км на самом деле не энергия, а факторизованная энергия, поскольку она выражена на единицу расстояния (км), для простоты мы будем называть ее средней энергией.
Постоянный ток (DC), подаваемый аккумулятором, преобразуется инвертором в переменный ток (AC). Это преобразование происходит с сопутствующими потерями. Кроме того, электродвигатель и трансмиссия имеют некоторые потери, которые необходимо учитывать. Для этого упражнения мы будем использовать среднюю эффективность 9.0013 η р из 0,9 от аккумулятора к колесу.
Подстановка значений в (2) дает среднее энергопотребление: Аккумуляторная батарея будет рассчитана на среднее потребление энергии 161,7451 Втч/км .
Архитектуры блоков батарей
Все блоки батарей высокого напряжения состоят из элементов батареи , расположенных в виде цепочек и модулей. Аккумуляторную ячейку можно рассматривать как наименьшее деление напряжения.
Изображение: Ячейка батареи
Отдельные ячейки батареи могут быть сгруппированы параллельно и/или последовательно в виде модулей . Кроме того, аккумуляторные модули могут быть соединены параллельно и/или последовательно для создания аккумуляторной батареи .
В зависимости от параметров батареи может быть несколько уровней модульности.
Общее напряжение аккумуляторной батареи определяется количеством последовательно соединенных элементов. Например, общее (строчное) напряжение 6 последовательно соединенных ячеек будет суммой их индивидуальных напряжений.
Изображение: Цепочка элементов батареи
Чтобы увеличить токоемкость емкости батареи, необходимо параллельно соединить больше цепочек. Например, 3 цепочки, соединенные параллельно, втрое увеличат емкость и ток аккумулятора.
Изображение: Параллельные цепочки аккумуляторных батарей
Высоковольтный аккумуляторный блок Mitsubishi i-MiEV состоит из 22 модулей, состоящих из 88 последовательно соединенных элементов. Каждый модуль содержит 4 призматические ячейки. Напряжение каждой ячейки 3,7 В, общее напряжение аккумуляторной батареи 330 В.
Изображение: Аккумулятор (модули и элементы)
Авторы и права: Mitsubishi
Другим примером является высоковольтный аккумулятор Tesla Model S, который имеет:
- 74 элемента в параллельной группе
- 6 групп последовательно для модуль
- 16 модулей последовательно
- 7104 элемента всего
Изображение: блок аккумуляторов Tesla Model S
Кредит: Tesla
Расчет блока аккумуляторов
Чтобы выбрать, какие элементы аккумуляторов будут в нашем блоке, мы проанализируем несколько моделей аккумуляторных батарей, доступных на рынке.
В этом примере мы сосредоточимся только на литий-ионных элементах. Входные параметры аккумуляторных элементов приведены в таблице ниже.
Примечание : Поскольку производители аккумуляторов постоянно выпускают новые модели, возможно, данные, используемые в этом примере, устарели. Это менее важно, поскольку цель статьи состоит в том, чтобы объяснить, как выполняется расчет. Тот же метод может быть применен для любых других аккумуляторных элементов.
| Производитель | Panasonic | A123-Systems | Molicel | A123-Systems | 9004 5 ТошибаKOKAM | ||||
| Тип | Цилиндрический | Цилиндрический | Цилиндрический 12 Модель | NCR18650B | ANR26650M1-B | ICR-18650K | 20 Ач | 20 Ач | SLPB7570270 |
| Источник | [4] | [5] | 9004 5 [6][7] | [8] | [9] | ||||
| Длина [м] | 0,0653 | 0,065 | 0,0652 | 0 | 0 | 0 | |||
| Диаметр [м ] | 0,0185 | 0,026 | 0,0186 | 0 | 0 | 0 | Высота [м] | 0 | 0 | 0 | 0,227 | 0,103 | 0,272 |
| Ширина [м] | 0 | 0 | 0 | 90 045 0,160,115 | 0,082 | ||||
| Толщина [м] | 0 | 0 | 0 | 0,00725 | 0,022 | 0,0077 | |||
| Масса [кг] | 0,04 85 | 0,076 | 0,05 | 0,496 | 0,51 | 0,317 | |||
| Емкость [Ач] | 3,2 | 2,5 | 2,6 | 19. 5 | 20 | 15,6 | |||
| Напряжение [В] | 3,6 | 3,3 | 3,7 10 | 1 | 1 | 1 | 2 | ||
| С-скорость (пик) | 1 | 24 | 2 | 10 | 1 | 90 045 3
Основываясь на параметрах ячейки, предоставленных производителями, мы можем рассчитать энергию содержание, объем, гравиметрическая плотность и объемная плотность для каждой ячейки.
Объем каждой ячейки рассчитывается как:
- цилиндрические ячейки, V см3 [м 3 ] 92}{4} \cdot L_{bc} \tag{1}\]
- чехол ячеек, V pc [m 3 ]
где:
D bc [м] – диаметр элемента аккумулятора
L bc [м] – длина элемента аккумулятора
\[V_{pc} = H_{bc} \cdot W_{bc} \cdot T_{bc} \tag{2}\]
где:
H bc [м] – высота ячейки батареи
W bc [м] – ширина ячейки батареи
T bc [м] – толщина ячейки батареи
Энергия ячейки батареи E bc [Втч] рассчитывается как:
\[E_{bc} = C_{bc} \cdot U_{bc} \tag{3}\]
где:
C bc [Ah] – емкость элемента батареи
U bc [В] – напряжение элемента батареи
м 3 ]
\[u_{V} = \frac{E_{bc}}{V_{cc(pc)}} \tag{4}\]
- гравиметрическая плотность энергии , u G [Втч/кг]
\[u_{G} =\frac{E_{bc}}{m_{bc}} \tag{5}\]
где:
м до н.
э. [кг] – масса элемента батареи
Плотность энергии для каждого элемента приведена в таблице ниже.
| Производитель | Panasonic | A123-Systems | Molicel | A123-Systems | 9004 5 ToshibaKokam | ||
| Тип | цилиндрический | цилиндрический | цилиндрический | пакет | пакет | пакет | |
| Модель | 9004 9 0044Энергия [Втч] | 11,52 | 8,25 | 9,62 | 64,35 | 46 | 56,16 9 0048 |
| Объем, л 5 0,260590 | 0,171741 | ||||||
| Плотность энергии гравиметрическая [Втч/кг] | 237,53 | 108,55 | 192,40 | 129,74 | 90,20 | 177,16 | |
| Плотность энергии объемная [Втч/л] | 6 56. 31 | 239.06 | 543,01 | 244,38 | 176,52 | 327 |
Для лучшего обзора параметров ячеек и их сравнения проще, основные параметры отображаются в виде гистограмм на изображениях ниже.
Изображение: Напряжение батареи ячейки | Изображение: емкость батареи |
Изображение: объемная плотность энергии батареи | Изображение: Гравиметрическая плотность энергии ячейки батареи |
С учетом указанных выше параметров ячейки и основных требований к батарее (номинальное напряжение, среднее потребление энергии и запас хода автомобиля) мы рассчитываем основные параметры высоковольтной батареи. .
Требуемая полная энергия аккумуляторной батареи E bp [Втч] рассчитывается как произведение среднего потребления энергии E avg [Втч/км] на запас хода автомобиля D v [км].
В этом примере мы разработаем блок высоковольтных батарей для пробега автомобиля 250 км .
\[E_{bp} = E_{avg} \cdot D_{v} = 161,7451 \cdot 250 = 40436,275 \text{ Вт·ч} = 40,44 \text{ кВт·ч} \tag{6}\]
Следующие расчеты будут выполняться для каждого типа клеток. Для этого примера мы будем считать, что аккумуляторная батарея состоит только из нескольких цепочек , соединенных параллельно .
Количество элементов батареи, соединенных последовательно N cs [-] в строке рассчитывается путем деления номинального напряжения аккумуляторной батареи U bp [В] на напряжение каждой ячейки батареи U bc [В]. Количество строк должно быть целым числом. Поэтому результат вычисления округляется до большего целого числа.
\[N_{cs} = \frac{U_{bp}}{U_{bc}} \tag{7}\]
Энергетическое содержание струны E bs [Втч] равно произведение между числом последовательно соединенных элементов аккумуляторной батареи N cs [-] и энергия элемента батареи E bc [Втч].
\[E_{bs} = N_{cs} \cdot E_{bc} \tag{8}\]
Общее количество строк аккумуляторной батареи N sb [-] вычисляется путем деления общей энергии аккумуляторной батареи E bp [Втч] к энергетическому содержанию строки E bs [Втч]. Количество строк должно быть целым числом. Поэтому результат вычисления округляется до большего целого числа.
\[N_{sb} = \frac{E_{bp}}{E_{bs}} \tag{9}\]
Теперь мы можем пересчитать общую энергию аккумуляторной батареи E bp [Втч] как произведение количества строк N sb [-] и энергоемкости каждой строки E bs [Втч]. ].
\[E_{bp} = N_{sb} \cdot E_{bs} \tag{10}\]
Емкость аккумуляторной батареи C bp [Ач] рассчитывается как произведение числа строки N sb [-] и емкость элемента батареи C bc [Ач].
\[C_{bp} = N_{sb} \cdot C_{bc} \tag{11}\]
Общее количество элементов аккумуляторной батареи N cb [-] рассчитывается как произведение между количеством строк N sb [-] и количеством ячеек в строке N cs [-].
\[N_{cb} = N_{sb} \cdot N_{cs} \tag{12}\]
Размер и масса высоковольтной батареи являются очень важными параметрами, которые следует учитывать при проектировании аккумуляторного электромобиля ( БЭВ). В этом примере мы собираемся вычислить объем аккумуляторной батареи, учитывая только элементы батареи. На самом деле необходимо учитывать и другие факторы, такие как: электронные схемы, контур охлаждения, корпус батареи, проводка и т. д.
Масса аккумуляторной батареи (только элементы) m bp [кг] — это произведение общего количества элементов N cb [-] на массу каждого элемента батареи m bc [кг].
\[m_{bp} = N_{cb} \cdot m_{bc} \tag{13}\]
Объем аккумуляторной батареи (только элементы) V bp [m 3 ] является произведением общего количества элементов N cb [-] на массу каждого элемента батареи V см3 (шт) [м 3 ]. Этот объем используется только для оценки окончательного объема аккумуляторной батареи, поскольку он не учитывает вспомогательные компоненты/системы аккумуляторной батареи.
\[V_{bp} = N_{cb} \cdot V_{cc(pc)} \tag{14}\]
Объем также может быть рассчитан как функция количества строк и количества ячеек в строке. Этот метод расчета больше подходит для цилиндрической ячейки, так как объем, занимаемый цилиндрической ячейкой, должен учитывать воздушный зазор между ячейками.
Пиковый ток строки I spc [A] является произведением пиковой скорости C ячейки батареи C-rate bcp [ч -1 ] и емкости ячейки батареи C bc [Ах].
\[I_{spc} = \text{C-rate}_{bcp} \cdot C_{bc} \tag{15}\]
Пиковый ток аккумуляторной батареи I bpp [A] составляет произведение пикового тока цепочки I spc [A] на количество цепочек аккумуляторной батареи N sb [-].
\[I_{bpp} = I_{spc} \cdot N_{sb} \tag{16}\]
Пиковая мощность аккумуляторной батареи P bpp [Вт] – это произведение пикового тока аккумуляторной батареи I bpp [A] и напряжение аккумуляторной батареи U bp [В].
\[P_{bpp} = I_{bpp} \cdot U_{bp} \tag{17}\]
Непрерывный ток строки C-скорость ячейки батареи bcc [h -1 ] и емкость элемента батареи C bc [Ач].
\[I_{scc} = \text{C-rate}_{bcc} \cdot C_{bc} \tag{18}\]
Аккумулятор , постоянный ток I bpc [A] произведение между строкой непрерывного тока I scc [A] и количеством строк аккумуляторной батареи N sb [-].
\[I_{bpc} = I_{scc} \cdot N_{sb} \tag{19}\]
Аккумулятор , непрерывная мощность P bpc [Вт] — это произведение постоянного тока аккумуляторной батареи I bpc [A] на напряжение аккумуляторной батареи U bp [В].
\[P_{bpc} = I_{bpc} \cdot U_{bp} \tag{20}\]
Результаты уравнений (7)-(20) суммированы в таблице ниже.
| Производитель | Panasonic | A123-Systems | Molicel | A123-Systems | 9004 5 ТошибаКокам | |
| # ячеек в строке [-] | 112 | 122 | 109 | 122 | 174 | 9004 5 112|
| Энергия струны [Втч] | 1290 | 1007 | 1049 | 7851 | 8004 | 6290 |
| Количество строк [-] | 32 | 41 | 39 | 6 | 6 | 7 |
| Энергия BP [кВтч] | 41,29 | 41,27 | 40,89 | 47,10 | 48. 02 | 44.03 |
| Мощность [Ач] | 102,4 | 102,5 | 101,4 90 048 | 117 | 120 | 109.2 |
| # всего ячеек [-] | 3584 | 5002 | 9 0045 4251732 | 1044 | 784 | |
| Масса БП [кг]* | 173,8 | 380,2 | 212,6 | 363 .1 | 532,4 | 248,5 |
| Объем BP [л]* | 63 | 173 | 75 | 193 | 272 | 135 |
| Пиковый ток [А] | 102 .4 | 2460 | 202,8 | 1170 | 120 | 327,6 |
| Пиковая мощность ВР [кВт] | 40,96 | 984 | 81,12 | 90 045 46848 | 131.04 | |
| BP длительный ток [А] | 102,4 | 1025 | 101,4 | 117 | 120 | 218,4 |
| Длительная мощность ВР [кВт] 9004 8 | 40,96 | 410 | 40,56 | 46. 8 | 48 | 87.36 |
БП – аккумуляторный блок
* – с учетом только аккумуляторных элементов
Из данных таблицы видно, что тип подсумка ячейка имеет лучшее энергосодержание и более высокую емкость по сравнению с цилиндрические клетки.
Те же результаты можно представить в виде гистограмм для облегчения сравнения между различными типами аккумуляторных элементов.
Изображение: Энергия аккумуляторной батареи | Изображение: Емкость аккумулятора |
Изображение: Общее количество элементов аккумулятора | |
Изображение: Масса аккумулятора (только элементы) 900 05 | Изображение: Объем аккумуляторной батареи (только элементы ) |
Из-за низкой емкости цилиндрических элементов по сравнению с карманными элементами количество элементов, необходимых для аккумуляторной батареи, значительно больше.
Большое количество ячеек может вызвать дополнительные проблемы в области проводки, контроля напряжения, надежности батареи.
Масса и объем рассчитываются только на уровне ячейки с учетом размеров и массы ячейки. Аккумуляторная батарея, которая будет находиться в транспортном средстве, будет иметь дополнительные компоненты (провода, электронные компоненты, пайку, корпус и т. д.), что увеличит как конечный объем, так и массу. Тем не менее, глядя только на объем и массу клеток, мы можем оценить, какая модель будет лучше по сравнению с другой. По массе и объему нет четкого различия между цилиндрическими и мешковидными клетками. Однако кажется, что батарейный блок с ячейками-мешочками немного тяжелее и больше.
Аккумуляторные элементы производства A123-Systems имеют очень высокий максимальный ток непрерывной разрядки и максимальный ток импульсной (пиковой) разрядки. Что касается энергии и емкости, то ячейки пакетного типа имеют более высокий пиковый (непрерывный) ток и мощность, чем цилиндрические ячейки.
На основании расчетных данных и выводов мы можем выбрать, какие аккумуляторные элементы подходят для нашего аккумуляторного блока электромобиля. Из наших примеров видно, что ячейки Kokam имеют наилучший компромисс между массой, объемом и плотностью энергии/мощности.
Все параметры, уравнения, результаты и графики реализованы в файле Scilab (*.sce). Для скачивания подпишитесь на страницу Patreon.
Вы также можете проверить свои результаты, используя калькулятор ниже.
Калькулятор батареи EV (онлайн)
| Запас хода | Среднее потребление энергии | Номинальное напряжение батареи | |||
| D В 90 371 [км] | E в среднем [Втч/км] | U bp [V] | |||
| Тип ячейки | L bc [m] | D bc [m] | В до н.э. [м] | Ш до н.э. [ м] | T bc [м] |
| 48 | m bc [кг] | C bc [Ач] | U bc [ V] | C-рейтинг bcc [-] | C-rate bcp [-] |
| Производительность элемента батареи | |||||
| E bc [Втч] | В bc [л] | uV bc [Втч/л] | uG bc [Втч/кг] | 9 0061 | |
| Производительность аккумуляторной батареи | |||||
| # ячеек / строка | # строк | # ячеек | E s [Втч] | 9 0045 E bp [кВтч]C bp [Ач] | |
| mbp [кг] | Vbp [л] | Ibpp [A] | 9 0045 Pbpp [кВт]Ibpc [A] | Pbpc [кВт] | |
Ссылки:
[1] Муй, Роберт и Айдемир, Мухаммед и Селигер, Гюнтер.