Расчет количества секций батарей отопления на площадь комнаты
Главная » Батареи
Батареи
Автор admin На чтение 3 мин.
Обустраивая систему отопления или проводя его ремонт (модернизацию), часто возникает вопрос – как правильно произвести расчет батарей (числа регистров или секций) для нормального обогрева комнаты.
В случае ошибки не получится качественно отрегулировать систему, и в помещении будет либо холодно или излишне высокая температура.
Существует два варианта задания исходных данных, по которым по которым производится расчет – по площади и по объему. Они различаются нормами на единицу, но фактически аналогичны, ведь площадь комнаты легко перевести в объем. Более правильный способ – определять количество секций по объему, поэтому рассмотрим далее как это делается.
Первый шаг – ориентировочно (грубо) рассчитать количество секций, для чего надо знать мощность теплоотдачи одного регистра.
Например, для наиболее распространенных чугунные батарей теплоотдача составляет порядка 140 Вт, для других типов (алюминиевые, стальные, биметаллические) она значительно отличается, так что лучше определить этот параметр с помощью паспорта или каталога на изделие.
Для вычисления нужно объем комнаты (V) умножить на норму для одного кубического метра помещения заданную СНиП (в РФ это около 100 Вт, обозначим ее F), и разделить на мощность теплоотдачи одного регистра (М). В итоге получаем приблизительное количество секций необходимое для комнаты (Q) по формуле:
Q=V*F/M.
Шаг второй – вносим увеличивающие коэффициенты, то есть добавляем их в формулу, если какая либо проблема или проблемы присутствуют:
- Запас на непредвиденные ситуации – 1,2;
- Угловая позиция комнаты и большое количество оконных проемов – 1,8;
- Плохая теплоизоляция стен – 1,27;
- Нижняя разводка коллекторов отопления – 1,2;
- Низкая температура теплоносителя – плюс от 0,17 до 1,17 на каждые 10 градусов;
- Обычное остекление – 1,27.
Шаг третий – учитываем коэффициенты, уменьшающие количество батарей:
- Применение стеклопакетов с тройным стеклом, уменьшаем количество секций батареи на 0,85;
- Улучшенная изоляция стен комнаты – 0,85;
- Повышенная температура системы отопления – 0,85 на каждые 10 градусов.
В расчет можно вносить еще множество поправок, которые например, зависят от того как соотносится общая площадь к площади окон, какие батареи применяются алюминиевые или стальные, но чрезмерная точность нам не нужна (какая разница — рассчитать до десятых или тысячных если нужно целое число).
Полученное число округляем (в большую сторону, так как уменьшить теплоотдачу проще, чем добавить мощность отопления) и получаем окончательное количество регистров, достаточное для обогрева комнаты.
Расчет основывается на теплоотдаче одного регистра, которая является его паспортным данным, а значит не важно, какие вы собираетесь использовать батареи – биметаллические, алюминиевые чугунные.
Главное чтобы вы достоверно знали отдаваемую ими энергию, правильно определили площадь или объем, и ввели поправки на особенности конструкции данного помещения.
Как рассчитать нужное количество радиаторов отопления на комнату?
Дома должно быть тепло – это утверждение ни у кого не вызывает сомнений, однако на практике добиться комфортной температуры удается далеко не всегда. И основная причина – вовсе не низкая температура теплоносителя, как думают многие, а недостаток радиаторов отопления: иногда существующего количества недостаточно, чтобы прогреть комнату. Поговорим о том, каким образом можно рассчитать, сколько радиаторов необходимо в комнате.
Вид радиаторов
Для расчета количества батарей необходимо знать, какие именно модели радиаторов вы собираетесь приобрести. От того, из какого материала они сделаны и какую форму имеют, зависит, насколько эффективно они будут отдавать тепло.
Чугунные
Современные модели совсем не похожи на старые советские: они выглядят гораздо эстетичнее, имеют более надежное и долговечное покрытие белого или другого цвета: это не просто краска, а прочный полимерный материал.
Однако одно в них осталось неизменным: они так же хорошо отдают тепло.
Стальные
Они недорогие, однако имеют самую низкую теплоемкость, и в большинстве случаев их установка в квартире нецелесообразна – если возможности регулировать температуру вручную нет, нужного уровня тепла они, скорее всего, не дадут. Это подходящий вариант для дома с индивидуальным отоплением.
Алюминиевые
Имеют высокую теплоотдачу, по которой практически не уступают чугунным моделям. При этом их стоимость вполне доступна, однако долговечность при отсутствии антикоррозийной защиты не всегда радует.
Биметаллические
По теплоотдаче они практически идентичны алюминиевым, при этом более устойчивы к коррозии, и стоят они чуть дороже.
Принципы расчета
Простой
В данном случае, для того чтобы рассчитать необходимый объем и количество радиаторов, необходимо воспользоваться СНиП 41-01-2003, предназначенными для квартир с высотой потолков не более 3 м. Например, документ определяет, что одна секция разных батарей способна прогреть следующую площадь:
- биметалл – 1,8 кв. м;
- алюминий – 2,0 кв. м;
- чугун – 1,5 кв. м.
м;По объему
Это вариант расчета для квартир, где высота потолка превышает 3 метра. Используется следующая формула:
- площадь комнаты × высоту стен × нормативную мощность.
Нормативная мощность разная для кирпичных и панельных домов, поскольку тепло они сохраняют по-разному. Для кирпичных построек это 34 Вт, а для домов из панельных блоков – 41 Вт. Получившееся в результате расчета число – это и есть та теплоотдача, которая требуется для обогрева помещения. Чтобы с ее помощью рассчитать сколько секций батареи понадобится, необходимо разделить данное число на нормативную отдачу секции, установленную производителем батарей.
Детальный
Это более сложный, но более точный способ расчета, где для определения количества секций батареи применяются коэффициенты. Для этого принимается нормативная мощность – на 1 кв. м 100 Вт – и умножается на все коэффициенты:
- Теплоотдача = площадь × 100 × К1 × К2 × К3 × К4 × К5 × К6 × К7 × К8 × К9 × К10.
Их множество, и они определяют теплопотери самого помещения, атмосферу в нем: это, например, количество и площадь окон, площадь внешних стен и другие.
При помощи калькулятора
Для тех, кто не хочет рассчитывать количество секций вручную, существуют специальные онлайн-калькуляторы, куда можно внести все требуемые данные и получить результат. Часто ими предлагают воспользоваться производители радиаторов, и это очень удобно: вы сможете рассчитать количество секций уже выбранной модели радиатора.
Неважно, каким именно способом вы захотите воспользоваться, – важно лишь подойти к этому вопросу со всей ответственностью, и тогда в доме будет тепло.
Расчет необходимой емкости аккумулятора
Как долго будет работать аккумулятор моего RV?
Если у вас есть трейлер Camper, караван или другой дом на колесах, и вы любите проводить время вдали от источника питания 240 вольт, эта статья даст вам некоторые ответы, которых избегают продавцы. Это позволит вам оценить размер и количество батарей, которые подойдут для вашего кемпинга.
Как всегда требуется небольшое пояснение, чтобы убедиться, что мы находимся в одной отправной точке. Цель состоит не в том, чтобы сделать это сложным, а в том, чтобы объяснить это так, чтобы оно имело смысл.
Чистый расчетный лист можно загрузить в конце этой статьи, однако мы рекомендуем вам потратить несколько минут на чтение того, почему и как это работает.
См. также статью по теме: «Все, что вам нужно знать об установке солнечных батарей».
Как мы будем измерять мощность?
Количество электроэнергии, используемой для работы устройства или прибора, может быть определено как ватты или ампер. Если вы знаете одно, вы можете рассчитать другое, при условии, что вы знаете напряжение.
Мы хотим торговать в амперах, поскольку именно так оцениваются аккумуляторы Deep Cycle. На данном этапе широко признано, что батареи глубокого цикла являются лучшим вариантом для использования в жилых автофургонах. В прошлом мы рекомендовали стиль AGM (мат из впитывающего стекла) как лучший для любого автомобиля для отдыха, но в последнее время, когда литиевые батареи стали более доступными, мы считаем, что это преимущество стоит первоначальных затрат на установку.
Аккумулятор емкостью 100 Ач должен обеспечивать 1 ампер в течение 100 часов, 2 ампер в течение 50 часов, 3 ампер в течение 33 часов и т. д. Было бы неплохо, если бы это уравнение выполнялось вплоть до 100 ампер в течение 1 часа, но есть некоторые ограничивает максимальную скорость потребления тока и сколько из этих 100 ампер вы можете использовать, не разрушая свою батарею. Мы вернемся к ним после того, как вы поймете еще кое-что, но сейчас мы хотим знать, сколько ампер потребляет материал.
Внизу: Простой пример, но интенсивный потребитель энергии — фен на 12 вольт, рассчитанный на 10 ампер. Аккумулятор емкостью 100 Ач должен обеспечить (100/10=10) 10 часов работы .
Если вы используете его по 5 минут в день, он может длиться 120 дней. Счастливая жена – счастливая жизнь.
Если в спецификации устройства не указаны амперы, но указаны ватты, необходима следующая формула:
Ватт/Вольт = Ампер в час
Ниже: пример, где нам нужно рассчитать амперы.
Очень маленький потребитель энергии – это светодиодный светильник мощностью 1,2 Вт, работающий от источника питания 12 В.
1,2 Вт / 12 В = 0,1 ампер. Таким образом, батарея емкостью 100 Ач (ампер-час) прослужит 1000 часов.
Немного другой пример: 60-ваттный холодильник, работающий от 12-вольтового источника питания, потребляет 60/12 = 5 ампер, но только при работающем двигателе.
Холодильник 60 ватт …. разделенный на…. аккумулятор 12 вольт …. потребляет 5 ампер электричества (во время работы)
Но… двигатель холодильника не должен работать все время, на самом деле эта модель указывает, что он должен работать только около 15% времени. 5 ампер на 15% = 0,75 ач/ч. Этот холодильник может работать в течение 133 часов или 5,5 дней при соблюдении рекомендаций**.
**Рекомендации могут быть превышены или не достигнуты. Например, этот ларь-холодильник, используемый зимой в Тредбо, может проработать 300 часов, а летом в Дарвине — только 72 часа, если постоянно менять пиво!
Сколько ампер-часов вы действительно получаете от аккумулятора емкостью 100 Ач?
Ампер-часы (ah) — это рейтинг, используемый производителями аккумуляторов Deep Cycle для сравнения аккумуляторов, но мы не можем просто измерить, сколько ампер-часов осталось в аккумуляторе.
1) Отключение при низком напряжении
Во-первых, вы не можете использовать 100% батареи ни для чего полезного. Чтобы понять это, посмотрите на следующую диаграмму, сравнивающую обычную батарею Wet Cell и батарею AGM, где показания напряжения показывают приблизительный оставшийся заряд.
Рис. 1: Напряжение, указывающее на оставшийся заряд.
Если у вас есть аккумуляторная система на 12 В, то одним из самых полезных предметов, которые вы можете иметь, является вольтметр. Эффективный, который мы продаем, показан ниже. Он подключается к гнезду прикуривателя и показывает напряжение ваших батарей. Если у вас уже есть мультиметр, он тоже подойдет.
Когда вы закончите зарядку аккумулятора, вы можете получить показания значительно выше 13 вольт, однако это будет поверхностный заряд и установится на уровне около 13 вольт в AGM-аккумуляторе или 12,6 вольт в жидкостном аккумуляторе.
Глядя на рисунок 1 выше, вы заметите, что 12,1 вольт AGM или 12,1 вольт для Wet Cell указывает на то, что вы использовали 50% емкости батареи, у вас должно быть , осталось 50%.
Однако, как только вы доберетесь до 30% оставшегося напряжения, напряжения будет недостаточно для большинства приборов, вы можете включить свет, но ваш водяной насос не будет работать очень хорошо. Использование батареи ниже этих уровней также значительно сократит количество циклов перезарядки, которые вы получаете от своей батареи.
Зарядные устройства, такие как SETEC (есть и другие), контролируют потребление тока от аккумулятора, а также зарядку аккумуляторов.
Это предотвратит потребление тока от батарей, когда напряжение упадет ниже идеального минимального уровня.
Большинство производителей аккумуляторов указывают, что максимальный срок службы аккумулятора достигается при разрядке только до 50 %. Это может быть идеальный случай, но в RV, когда вам нужно купить дополнительную батарею, найти место для хранения и заплатить за автомобильное топливо, чтобы возить дополнительные батареи, каждая из которых весит около 30 кг, я считаю вполне реальным допустить разрядку до 40%. или даже 30% при более длительном проживании или когда другие варианты оплаты не работают. Да, вам может понадобиться заменить батарею на год раньше, но вы сэкономили на этом пути. Всего одна ночь вдали от стоянки автоприцепов сэкономит 30 долларов плюс лишний вес за каждый пройденный километр.
Опять же, важно отметить, что отображаемое напряжение будет точным только при наличии хотя бы некоторой нагрузки, но определенно не нагрузки, превышающей 5% емкости батарей.
Если батарея только что была заряжена или сильно разряжена, перед снятием показаний необходимо дать ей время для выравнивания.
На примере воды представьте 6 резервуаров с водой (как 6 элементов в батарее), каждый из которых соединен соломинкой. Если вы наполните один конец резервуара с помощью садового шланга или слейте воду с другого конца с помощью садового шланга, потребуется некоторое время, чтобы все резервуары (или ячейки) оказались на одном уровне.
Время, необходимое для выравнивания, это то, к чему вы привыкнете, вы, конечно, не паникуете, если ваше напряжение падает, пока вы используете микроволновую печь в течение нескольких минут (инверторы могут потреблять довольно много энергии в то время как в) использовать). Низкая нагрузка, которая потребляет энергию не быстрее, чем батарея может выровнять, даст разумное значение для Оставшегося заряда , считывая напряжение.
Имейте также в виду, что аккумулятор без нагрузки может по-прежнему показывать 12 В, но оставшихся ампер-часов практически нет.
Есть несколько продвинутых датчиков, которые рассчитывают вашу емкость на основе фактического недавнего использования, но стоимость по-прежнему выше, чем у большинства рекреационных пользователей. Они больше похожи на мини-компьютер, который берет и записывает выборочные данные и делает прогнозы оставшейся емкости и того, как долго она продлится, если вы продолжите использовать ее с текущей скоростью. Смотри ниже:
Здесь показаны другие более экономичные вольтметры:
2) Тип батареи
Как видно на рис. 1, тип батареи, например. Wet Cell, Gel или AGM могут давать разные показания напряжения в зависимости от процента оставшегося заряда. Хотя вольты показывают, сколько энергии осталось, они не похожи на указатель уровня топлива. Бензин, оставшийся в топливном баке, будет отображаться как прямая линия от 13 до нуля на приведенной выше диаграмме.
Графики аккумуляторов AGM Deep Cycle ближе к прямым, чем у аккумуляторов Wet Cell. Они принимают заряд легче и быстрее, чем аккумуляторы с жидкостными элементами.
Они способны лучше восстанавливаться при более низком разряде. Да, они стоят дороже, чем батареи Wet Cell, но при правильном использовании могут прослужить в два раза дольше.
Не всем будет полезно использовать аккумуляторы глубокого разряда. Если прогнозируемое использование намного ниже, чем при использовании этих более крупных аккумуляторов AGM Deep Cycle, более дешевым вариантом может быть использование аккумулятора с жидким электролитом. Если вы оставляете 240 В только на один или два дня и используете только светодиодные фонари и, скажем, водяной насос, вы должны неплохо справиться с более дешевой батареей Wet Cell.
Caravans Plus не продает аккумуляторы Wet Cell, так как их сложнее доставить и они легко доступны в большинстве мест. Аккумуляторы Wet Cell должны стоять вертикально и располагаться в вентилируемом помещении, а не в жилом помещении. Аккумуляторы AGM полностью герметичны и могут использоваться под любым углом. Их можно без риска разместить под кроватью.
3) Чрезмерная скорость вытягивания
Емкость аккумулятора уменьшается по мере увеличения скорости разряда. Аккумуляторы (скажем, аккумулятор емкостью 100 Ач) были протестированы при заданной скорости разряда в течение 20 часов.
Это означает постоянное использование 5 ампер в час в течение 20 часов (5 x 20 = 100). В характеристиках это должно быть указано.
Плохая новость заключается в том, что если вы превысите указанную скорость разряда, вы увидите значительное снижение емкости. Если вам нужно более 5 ампер в час, вам следует подумать о двух или даже более батареях.
Хорошей новостью является то, что если вы используете менее 5 ампер в час, вы можете получить больше, чем указанные 100 Ач.
Рис. 2. Емкость аккумулятора уменьшается по мере увеличения скорости разряда.
4) Получение менее чем полной зарядки
При зарядке аккумуляторов от хорошего зарядного устройства в течение нескольких дней вы можете достичь 100% заряда.
Однако автомобильный генератор сможет набрать около 70%. Кроме того, если вы заряжаете аккумулятор от своих солнечных панелей, вам необходимо убедиться, что ваш солнечный регулятор подходит для работы.
Падение напряжения является одной из самых больших проблем при полной зарядке аккумуляторной батареи вашего прицепа Caravan или Camper от генератора переменного тока автомобиля. Вы никогда не сможете заряжать аккумулятор больше, чем напряжение, которое достигает его через медные кабели. Чем длиннее кабель, тем больше падает напряжение. Это можно в некоторой степени компенсировать увеличением поперечного сечения кабеля, но даже это имеет пределы.
С помощью вашего надежного вольтметра вы можете проверить, какое напряжение выдает ваш генератор, заведя автомобиль и подключив вольтметр к клеммам аккумуляторной батареи. Убедитесь, что электрические аксессуары НЕ включены. Это должно быть от 13,8 В до 14,8 В.
Рис. 3. Меньше заряда из-за падения напряжения
Затем проверьте напряжение в задней части автомобиля при работающем двигателе.
Это может быть штекер Anderson или вспомогательный провод в разъеме прицепа. Запишите это напряжение и обратите внимание на любое падение напряжения. В моем автомобиле есть сверхмощные кабели, и падение напряжения составляет всего 0,1 вольта.
Затем измерьте, где вспомогательный кабель идет к аккумулятору RV (или зарядному устройству). У моего каравана более светлая проводка и потеря напряжения составила еще 0,4 вольта. Общее падение напряжения составило 0,5 вольта. Когда вы снова посмотрите на рисунок 1, вы увидите, что снижение на 0,5 вольта, подталкивающее зарядку к аккумулятору вашего дома на колесах, может значительно уменьшить общий полезный ток, пока вы снова не зарядите его.
У этой проблемы есть два решения. Сначала вы можете увеличить размер медных проводов, чтобы падение напряжения было меньше. Во-вторых, вы можете добавить усилитель напряжения, который повысит напряжение, чтобы компенсировать потери. Это должно быть помещено между генератором переменного тока или автомобильным аккумулятором и аккумулятором вашего RV, чтобы входящий ток достигал аккумулятора при более высоком напряжении и, таким образом, увеличивал скорость зарядки и получал больше ампер-часов в этот аккумулятор.
Рис. 4. Увеличение запаса ампер-часов с помощью бустера
Принимая во внимание все вышеперечисленное, вы по-прежнему будете получать только около 70% емкости аккумулятора в качестве полезной энергии при зарядке от генератора переменного тока.
В сочетании с рекомендациями производителей по продлению срока службы батареи путем регулярной разрядки примерно до 50 %, как правило, вам потребуется в два раза больше ампер-часов, чем вы рассчитаете далее. это эмпирическое правило допускает больший разряд в некоторых случаях, например. более низкое потребление солнечной энергии или более длительное пребывание, чем обычно, или более широкое использование приборов на 12 В. Если вам не нужен этот буфер, то 70% использования будут максимальным значением, которое вы можете использовать, и любой избыток значительно сократит срок службы батареи и не будет работать со всеми типами устройств.
Расчет ампер-часов
Изучите следующую таблицу, чтобы рассчитать количество и размер батарей, которые вам понадобятся.
Вы можете загрузить пустую форму расчета и ввести размер батареи, чтобы определить, как долго она будет работать.
Пояснения к примечаниям:
1) Водяной насос имеет мощность 5,2 ампер, по моим оценкам, он работает около 12 полных минут в день. 12 минут — это 1/5 или 0,2 часа.
Предлагаются три варианта холодильника, выберите один.
2) В газовом холодильнике есть вентилятор на 12 В, который включается при необходимости, примерно 6 часов в день, выбранный здесь.
3) Холодильник с вертикальным компрессором имеет количество 0 (ноль), поэтому он не используется в этом расчете. Он потребляет слишком много энергии.
4) Холодильник-лавка был бы подходящим холодильником для трейлера, но не выбран для этих расчетов.
5 и 6) Будет необязательным при снижении мощности.
7) Мы не используем телевизор в кемпинге, но некоторые люди могут. Они используют больше, чем вы думаете.
8, 9 и 10) Все светодиоды и очень экономичны.
Спецификации для светодиодов были указаны в ваттах, поэтому они делятся на 12 В, чтобы получить ампер/ч.
21) При включении инвертора потребляется мощность. Выключать, когда не требуется.
с 22 по 25) Все необходимые электроприборы на 240 В для некоторых мягких игрушек. Ватты нужно разделить на 240 В, чтобы получить амперы в час, необходимые для наших расчетов.
Если сложить количество ампер/ч для всех устройств, мы обнаружим, что потребляем около 13,5 ампер-часов в день.
Все, что в столбце ампер превышает 5 ампер, приведет к очень быстрому износу вашей батареи, поэтому я решил использовать две батареи.
Это дает мне достаточную емкость. Только экстравагантность инвертора вывела меня за пределы предела, поэтому для многих людей будет достаточно одной батареи AGM от 100 до 120 Ач, если у вас нет вертикального 12-вольтового холодильника или вам не нужен телевизор, когда он отключен.
Вы можете загрузить лист Excel или электронную таблицу OpenOffice, чтобы ввести свои значения.
См. также статью по теме: «Все, что вам нужно знать об установке солнечных батарей».
Было ли это полезно?
Расчет запаса хода батареи
Я планирую этой зимой начать переоборудование моей машины на электротягу. Моя выбранная машина – это мой Autobianchi Giardiniera, Данте. Я рассчитываю на 3-4 месяца, чтобы завершить конверсию. Помимо поиска времени для проекта, потребуются недели на проектирование и изготовление компонентов, таких как переходная плита трансмиссии и аккумуляторные ящики. Однако для начала мне нужно было разобраться с моей системой электропривода. И для этого мне нужно было начать с оценки запаса хода батареи моего электромобиля.
Честно говоря, расчет запаса хода батареи не является совершенной наукой, и любые цифры и расчеты будут неправильными (но, надеюсь, близкими). Даже если бы я точно знал аэродинамику своего автомобиля, коэффициент трения его шин и т. д., мне было бы трудно точно учесть стиль вождения, трафик, холмы, погоду и т.
д., и т. д., и т. д. мировой диапазон для их Теслы, и вы понимаете, как он варьируется. Я не хочу сводить себя с ума анализом, поэтому на самом деле я могу только получить обоснованное предположение и исходить из него.
Вопросы проектирования
Я обнаружил, что проектирование системы электромобиля — это повторяющийся процесс. Скорее всего, вам придется прогонять варианты (и расчеты) много раз, как это делал я, пока вы не сбалансируете свои потребности (и желания). Идеального ответа не существует — вам просто нужно понять, что подходит для вашего приложения. Поговорите с как можно большим количеством людей и поставщиков, так как вам предстоит многому научиться, и это только улучшит вашу конверсию. После того, как я сделаю этот бумажный дизайн, я уверен, что буду учиться в реальном мире, когда все будет сделано в любом случае.
У меня есть свои руководящие принципы и цели высокого уровня, и я остановился на цели в 100 км (это около 62 миль для моих имперских друзей).
Это было выбрано, потому что мне нужен только местный ежедневный водитель, но я не хотел иметь дело с беспокойством по поводу дальности полета при столкновении с холмами, использовании обогревателя и т. Д. Теперь мне нужно было попробовать спроектировать систему привода и потребности в батареях.
Соображения по системе переоборудования электромобилей
Я уже знал, что хочу переоборудовать свой Autobianchi Giardiniera, поэтому мне не нужно было делать фактический первый шаг по выбору «донорского» автомобиля для проекта. Многие скажут вам, что автомобиль-донор должен быть относительно небольшим (легким) и иметь место для аккумуляторов (например, небольшой грузовик). Тем не менее, беглый взгляд покажет вам, что люди переоборудовали множество различных типов транспортных средств. Если вы конвертируете автомобили, похожие на другие (например, классические VW Beetles или Porsche), то вы почувствуете, с чем вы сталкиваетесь, так как есть много информации о проектах такого типа.
Варианты оборудования для переоборудования в электромобиль практически безграничны. Если вы не будете осторожны, вы можете быть парализованы своим выбором. Вам нужно немного сузить варианты, чтобы вы могли приступить к реальной работе. Вот как я проработал свой выбор.
Двигатели переменного тока против двигателей постоянного тока
Люди начали переделывать электромобили с двигателями постоянного тока, поскольку они были доступны в транспортных средствах, таких как старые электрические вилочные погрузчики. Большинство людей теперь используют асинхронные двигатели переменного тока из соображений безопасности и регенерации энергии при замедлении. Поскольку я хотел регенеративную систему, мне подошел именно переменный ток. Это, и я хотел придерживаться толпы, так как было бы больше эталонных преобразований, которые я мог бы использовать для руководства. Есть веские причины перейти на DC, например, более высокая производительность, поэтому те, кто заинтересован, должны копаться в информации о системе DC.
Поскольку я собираюсь использовать двигатель переменного тока, я сосредоточусь на них. Для двигателей переменного тока требуется контроллер двигателя для определенного двигателя и комбинации номинального напряжения аккумуляторной батареи постоянного тока. Двигатели переменного тока часто сочетаются с контроллером двигателя (например, контроллером Curtis), поэтому это решение, скорее всего, будет принято за вас, когда вы сузите выбор двигателя и номинальное напряжение аккумуляторной батареи.
Лошадиная сила
Я начал с приблизительной потребности в лошадиных силах (л.с.). Обратите внимание, что лошадиные силы на самом деле не важная спецификация, но ее легко использовать для отправной точки высокого уровня от яблок к яблокам. Моя машина имеет номинальную мощность 17 л.с. Я посмотрел на кривую мощности Fiat 500 лошадиных сил в моем удобном руководстве по ремонту Floyd Clymer, и он достигает максимума около 4000 об / мин. Это дает представление о том, для чего предназначена трансмиссия автомобиля.
Распространенным двигателем переменного тока, используемым в переоборудовании небольших автомобилей, является HPEVS AC-34, но другие использовали двигатели AC-20 на классических Fiat 500. Это помогло мне немного сузить круг моторов, но мне пришлось пробежаться по размеру аккумуляторной батареи, чтобы убедиться. Если вы не знаете, с чего начать, вы можете посмотреть на эти и другие кривые производительности двигателя для различных напряжений аккумуляторной батареи и силы тока, например, для двигателя HPEVS AC-34.
Аккумуляторная батарея
В большинстве самодельных электромобилей используется более низкое напряжение аккумуляторной батареи, то есть от 96 В до 144 В (в любом случае более низкое напряжение, чем у серийных электромобилей). Батареи обычно соединяют последовательно, чтобы получить эти напряжения. Например, вы можете соединить последовательно 30 аккумуляторов по 3,2 В, чтобы получить блок аккумуляторов на 96 В.
Производители автомобилей используют более высокие напряжения, поскольку они могут обеспечить лучшую производительность (как с точки зрения диапазона аккумуляторов, так и с точки зрения инженерного дизайна).
Но у них есть роскошь построить автомобиль с нуля (например, интегрировать аккумуляторы в подрамник автомобиля). Для нас, которые хотят переоборудовать автомобиль без серьезной переделки автомобиля, мы ограничены местами размещения батареи, такими как моторный отсек и багажник.
Варианты аккумуляторов
Существует множество вариантов аккумуляторов, и по мере появления новых электромобилей их становится больше. Многие из них новые, а некоторые бывшие в употреблении, извлеченные из таких транспортных средств, как разбитые Tesla, Nissan Leaf, VW и т. д. Аккумуляторы Tesla хорошо спроектированы и обеспечивают лучший в своем классе накопитель энергии для своего размера. Они также более премиальные по цене и довольно большие. У людей были проблемы с пожарами, так что это тоже стоит учитывать.
«Франк» Данте Мне не понравились размеры аккумуляторов Tesla для моего проекта, так как я думал, что мне придется отказаться от пассажирского пространства, чтобы они поместились.
Аккумуляторы CALB LiFePO4 часто являются первым вариантом, поскольку в настоящее время они являются современными аккумуляторами, уравновешивающими характеристики батареи и цену. Доступно множество вариантов и размеров CALB LiFePO4. Я смотрел на аккумуляторы 3,2 В 100 Ач и 200 Ач, так как моя машина очень ограничена в пространстве. (Скоро мы перейдем к Ah, или ампер-часам.)
Я начал с рассмотрения системы на 96 В, так как большинство людей использовали ее для небольших автомобилей. Как и выше, быстрая математика говорит вам, что вам нужно 30 батарей 3,2 В для «напряжения батареи» 96 В. Почесав затылок, заглянув в моторный отсек (под задним багажником в Giardiniera) и передний капот (бензобак и «багажник»), я решил, что мне повезет втиснуть 30 аккумуляторов по 100 Ач, так что это будет моя отправная точка. (Осторожно, спойлер: с тех пор я перешел на систему на 72 В, но потребовалось бы много вздохов и повторение этих шагов, чтобы прийти к такому решению.)
Ач (ампер-часы) и кВтч (киловатт-часы)
После напряжения я посмотрел на ампер-часы (Ач).
Иногда указывается кВтч (киловатт-часы), но мощность = ток x напряжение (P = IV), поэтому вы можете преобразовать его в соответствии с вашими предпочтениями. Они говорят нам, сколько энергии хранится в батареях. Например, блок 96 В с батареями емкостью 100 Ач дает:
96 В x 100 Ач / 1000 Вт/кВт = 9,6 кВтч
Как уже говорилось выше, любой расчет запаса хода батареи сомнителен, но с чего-то нужно начинать. Я начал с грубой математики, которую нашел в Интернете, для преобразования Mazda Miata , которое соответствовало эмпирическим правилам диапазона других. Это дало мне отправную точку, и я скорректировал математику для веса моей машины по сравнению с 1990 Миата. Я сравнил свою математику с другими источниками, такими как классические преобразования Fiat 500, и они были довольно близкими, поэтому я придерживался их. Опять же, доказательство будет в пудинге.
Примечание. Не верьте мне на слово (или чьим-либо еще) — делайте свои собственные расчеты и оценки, так как вы застрянете, если в вашей машине разрядится аккумулятор до определенного теоретического пробега!
Требуемая мощность
Все свои мысли и расчеты я делаю в метрической системе, но в конце переведу ее для наших имперских друзей.
Чтобы сохранить поиск в Интернете: 1 км = 0,625 мили, а 1 кг = 2,2 фунта. Я также иногда либерален со значительными цифрами ниже, так как я думаю, что это облегчает следование математике. (Довольно забавно, если учесть, что оценка в любом случае сомнительна!)
Во-первых, мне нужно было преобразовать показатель запаса хода Miata для моей машины. Спецификации говорят, что снаряженная масса Giardiniera составляет 560 кг (1230 фунтов). Я использовал 995 кг для своей загадочной Miata (я использовал спецификацию 1990 года). Пример Miata показал 162 км/кВтч. Итак, я преобразовал это число для своей машины:
162 Втч/км x 560 кг / 995 кг = 91,2 Втч/км
Втч — это просто ватты, необходимые в час. Вы будете использовать меньше при медленной езде и больше при нажатии на педаль акселератора, но я использовал это как среднее значение, так как предполагал, что езда по городу будет «средней». Я также предположил, что, хотя Ванкувер довольно холмистый, это не окажет большого влияния (и я получу некоторую отдачу от регенерации).
Расчет запаса хода батареи
Итак, для моего идеализированного использования автомобиля мне нужен аккумулятор 100 км x 91,2 Втч/км. Эта математика выходит 9,12 кВтч на 100 км. 9,12 кВтч, разделенные на 96 В (аккумуляторная батарея), дали мне 95 Ач. Эй, это действительно близко к тому, на что рассчитаны батареи. Ура, небольшой шаг вперед: казалось, что я могу достичь цели в 100 км от этого 96-вольтового аккумулятора, состоящего из 32 элементов 3,2 В, 100 Ач.
Другой способ сделать математику состоит в том, что эти 100-амперные батареи вместе дадут мне запас хода около 105 км. Из-за грубой оценки, с которой я начал, ее можно округлить до 100 км, но ради интереса давайте остановимся на точности. Я также должен учитывать, что моя конверсия добавит около 40 кг нетто, но на данный момент более чем достаточно.
Хорошо, для людей с имперским мышлением я сделаю пример для моей машины, используя диапазон 60 миль (обратите внимание, 60 миль = 96 км):
91,2 Втч/км x 1,6 мили/км = 145,9 Втч/миля 60 миль x 145,9 Втч/миля = 8754 Втч 8754 Втч / 96 В = 91,2 Ач
Пример с аккумуляторной батареей 96 В 100 Ач:
96 В x 100 Ач / 145,9 Втч/миль = 65,8 миль
Поскольку 65,8 миль — это примерно 105 км, это соответствует моим метрическим расчетам, как и ожидалось. .
Примечание о параллельных струнах. У меня довольно скудный запас хода батарей, поэтому мне подходит одна цепочка батарей с относительно низким киловатт-часом. Я думал об использовании некоторых из последних аккумуляторов LG Chem, но один серийный ряд этих батарей для 72 В или 9Пакет 6 В привел к слишком низким значениям кВтч даже для моего приложения. Некоторые разработчики обходятся этим, используя две параллельные цепочки батарей, чтобы удвоить мощность в Ач. Хотя это верная идея, ее нельзя делать легкомысленно. Аккумуляторы электромобилей имеют большой доступный ток, и такие вещи, как вихревые токи, вступают в игру, и их необходимо решать. Прочтите эту статью Orion BMS для получения дополнительной информации.
Снижение номинальных характеристик батареи
О, но нам нужно снизить номинальные характеристики батарей для реального мира, разве это не весело! 🤮 Первое важное соображение заключается в том, что для здоровых батарей на основе лития мы не можем использовать всю батарею. Да, это то, что есть. Если мы полностью разрядим литиевые батареи, мы повредим их. Это называется буфером состояния заряда. Эмпирическое правило состоит в том, чтобы использовать для этого 80%. Так что либо мне нужно уменьшить запас аккумуляторов на 20%, либо мне нужен аккумулятор емкостью 1,25 Ач. 80% из 105 км составляют 84 км, думаю, все еще нормально, поэтому я останусь с этим 32-элементным аккумулятором.
А как насчет температуры окружающей среды? Ну, батареи не любят ни жару, ни холод. К счастью, я живу в довольно умеренном месте. Холодный день в Ванкувере составляет около 0°C (32F), а жаркий день – 30°C (86F) или около того (но иногда бывает -10°C и 35°C+, так что я должен помнить об этом). Используя информацию из Geotab, я использовал снижение температуры на 80%, так как это в основном касалось холодных дней и очень жарких дней для Ванкувера.
Дополнительным бонусом является то, что большую часть года температура в Ванкувере будет выше 100% для аккумуляторов электромобилей. Хотя я надеюсь, что это так, я буду проектировать крайности, чтобы быть в безопасности. Опять же, предполагая, что я использую 9Аккумулятор 6 В 100 Ач, теперь у меня есть 80% от 84 км или 67,2 км пробега батареи, учитывая экстремальные погодные условия. Однако я должен быть счастлив, так как у кого-то в Виннипеге может быть около 40% заряда батареи в день -30C!
Срок службы батареи
Ничто не вечно, поэтому мы должны учитывать, что по мере старения батареи теряют способность удерживать энергию. Это связано с общим использованием (разрядка и зарядка) и температурой окружающей среды при их использовании. Большой пробег и жаркий климат вредны для аккумуляторов. Я просто использовал приблизительное число, учитывая, что я живу в умеренном месте и не планирую использовать большой пробег или сверхбыструю зарядку с высоким током.
Опять же, основываясь на данных Geotab, я решил, что деградация на 10% в течение 10 лет, вероятно, покроет это. Так что теперь мой аккумулятор 96 В 100 Ач будет 67,2 км x 90%, или 60,5 км. Не очень хорошо, но это, вероятно (хорошо, надеюсь) покроет мои потребности в диапазоне. (Если вы покупаете бывшие в употреблении аккумуляторы, постарайтесь найти аккуратно бывшие в употреблении, чтобы они не слишком сильно изнашивались). %), чтобы учесть некоторые проблемы с батарейным блоком в реальном мире. Некоторые люди просто используют 80% буфер состояния заряда и 10% для резерва, что в сумме снижает номинальные характеристики на 72%, так что я тоже буду помнить об этом. Тем не менее, я бы предпочел пессимистично относиться к оценкам дальности действия батареи, чтобы помочь достичь фактической цели дальности.
Максимальный ток
Все, что мне нужно было сделать, это купить оборудование и приступить к работе, а? Ну нет. Я взглянул на номинальный ток моих целевых ячеек 3,2 В 100 Ач, и они подходят для всплесков 300 А. Это отличается от ампер-часов, поскольку характеристика усилителя — это максимальный ток, доступный в определенные периоды времени. Это важно, когда вы ускоряетесь; вам нужно получить более высокий ток от батарей, чтобы ускориться, по сравнению с тем, когда вы едете по инерции. Как правило, для литиевых аккумуляторов не рекомендуется тянуть более чем в 3 раза больше, чем рейтинг C (100 Ач для моих целевых элементов 3,2 В) в течение более 10 секунд. Google Peukerts, если вы хотите получить более подробную информацию о скорости разряда.
Если посмотреть на кривые производительности для 96 В переменного тока-34, 300 А постоянного тока, это повлияет на производительность. Например, постоянный ток 300 А, скорее всего, ограничит мощность двигателя примерно до 45 л.с. против 65 л.с. на кривой 650 А. Я возился с ограничением тока и моей целевой производительностью, когда понял, что мечтаю, если я думаю, что смогу вписать 30 3,2-вольтовых ячеек в Dante, не затрагивая внутреннее пространство в любом случае. Вернемся к чертежной доске…
Хорошо, а как насчет системы на 72 В?
При дальнейшем копании я увидел, что система на 72 В соответствует моим требованиям по производительности. Я видел, что другие делали аналогичные системы для классических преобразований Fiat 500. Итак, давайте посмотрим на аккумуляторную батарею 72 В, сделанную из тех же элементов 3,2 В 100 Ач.
Я бы использовал 24 элемента, поэтому у меня была бы батарея 76,8 В на 100 Ач или 7,68 кВтч. Я по-прежнему использую оценку 91,2 Втч/км, поэтому я бы начал с пробега батареи примерно с 84 км. После моего общего снижения номинальных характеристик в 58% моя реальная оценка составляет 49 км. В худший день это может вызвать беспокойство. Я думаю, что проезжаю максимум 30 км в день, но дальность 49 км становится слишком близкой для моего комфорта. Мне приходилось заряжать часто — по крайней мере, каждую ночь.
Во время внутренних дискуссий по поводу беспокойства о запасе хода батареи я решил, что двигатель HPEVS AC-20 обеспечит достаточно бодрости для моих нужд. При 72 В это лучшая производительность для моего проекта. В качестве бонуса он физически меньше, чем AC-34, и мне нужно все пространство, которое я могу получить, чтобы разместить все детали электромобиля в моей машине. Опять же, эти 300 А максимум от ячеек 3,2 В преследовали меня. Глядя на кривую производительности 72V AC-20 300A, я бы посмотрел на мощность около 30 лошадиных сил. Это может быть в два раза больше, чем сейчас в моей машине, но я начал искать разные варианты аккумуляторов.
Крутящий момент
Самое время обсудить крутящий момент. Крутящий момент обычно обсуждают только энтузиасты автомобильных характеристик. До сих пор я использовал HP в качестве цели производительности двигателя. Хотя использовать HP для сравнения автомобильных двигателей легко, это лишь малая часть истории мощности двигателя. В начале я упомянул, что мощность моей машины составляет 17 л.с. Это было взято из графика, показывающего 17 л.с. при 4000 об/мин (оборотов в минуту). У двигателей с ДВС есть своя «золотая середина» для мощности в диапазоне оборотов и шестерни, помогающие использовать эту «золотую середину». Крутящий момент — это крутящая сила двигателя. Электродвигатели имеют гораздо более высокий крутящий момент на низких оборотах, чем двигатели с ДВС. Кроме того, мощность электродвигателя гораздо более впечатляющая в большом диапазоне оборотов, а не только потное пятно. Например, посмотрите на оранжевую линию на кривой производительности двигателя HPEVS AC-34 выше. Он имеет большой крутящий момент, как только двигатель начинает вращаться.
Часто, когда люди переоборудуют такие машины, как моя, они просто едут вперед на третьей передаче. Крутящий момент электродвигателя настолько высок, что нам не нужно переключать передачи, чтобы набрать скорость. При езде по городу вряд ли мне даже придется переключаться на четвертую, так как двигатель может работать и на более высоких оборотах. Если вы хотите покрасоваться в автомобиле, подобном моему, после преобразования в электромобиль, просто начните на второй передаче и съезжайте с трассы. Это предполагает, что вы не разнесете бедную старую трансмиссию, предназначенную для маломощных двигателей!
Хорошо, вернемся к кривым производительности HPEVS, чтобы посмотреть на крутящий момент. Двигатель HPEVS 72V AC-20 мощностью 300 А показывает крутящий момент примерно 54 Нм (40 футо-фунтов) при трогании с места. Кривая 550A показывает 94 Нм (69 футо-фунтов) при старте. Крутящий момент является важной частью производительности электромобиля, поэтому я, возможно, ограничиваю себя пиковым постоянным током в 300 А.
Варианты аккумуляторов
Я остановился на системе на 72 В, и мне нравятся характеристики двигателей AC-20 (и небольшой физический размер). Тем не менее, что-то должно дать для достижения моих целей проектирования системы. Я присматривался к ячейкам на 200 Ач 3,2 В, чтобы определить свои цели по запасу хода, но они действительно повлияли бы на внутреннее пространство моего автомобиля. Это привело меня обратно к батареям Tesla. На первый взгляд, я не думал, что смогу поместить в свой автомобиль достаточное количество аккумуляторных модулей Tesla Model S из-за габаритов (высота: 302,3 мм, ширина: 302,3 мм, длина: 665,5 мм).
Моторный отсек Данте Другие модификации Fiat 500 позволяли разместить один пакет Tesla спереди (где находится запасное колесо) и два вертикально сзади. Поскольку у Gairdiniera моторный отсек находится под задним отсеком, я не думал, что это сработает, так как я не хотел, чтобы аккумуляторы выступали в задний отсек. Но что-то должно отдавать, так что это может быть какое-то внутреннее пространство. Первоначальные измерения показывают, что я могу установить один или два блока Tesla спереди и по крайней мере один над двигателем. В идеале я поместил бы двоих сзади, но я не могу быть уверен, пока мотор не будет установлен. Также сообщается, что они обеспечивают 500 ампер и 750 ампер в пике, что позволяет мне получить максимальную отдачу от двигателя AC-20.
Аккумуляторный блок
Отлично, я уверен, что каким-то образом смогу установить три аккумуляторных модуля Tesla S в свою машину. Это дает мне напряжение батареи 68,4 В, что близко к 72 В. Основываясь на аккумуляторной батарее мощностью 5,3 кВт, я могу рассчитать запас хода батареи, включая снижение номинальных характеристик:
3 блока x 5,3 кВтч x 1000 Втч/кВтч / 91,2 Втч/км x снижение номинальных характеристик на 58% = запас хода 101 км
Идеально (надеюсь). Я провел дополнительные исследования в Интернете, и это число совпадает с оценками других аккумуляторов для классических преобразований Fiat 500. Классический Fiat 500 примерно на 60 кг легче, но это довольно хорошее сравнение. По крайней мере, я смягчил свой первый уровень беспокойства по поводу диапазона. Опять же, нет никаких гарантий с запасом хода батареи, но я чувствую себя довольно уверенно при выборе системы.
Я связался с HPEVS и Кертисом, и они подтвердили, что я могу работать с аккумулятором менее 72 В. У меня будет номинальное напряжение 68,4В. Этим параметрам соответствует двигатель HPEVS AC-20 с контроллером Curtis 58-80 В.
Охлаждение компонентов
Двигатель внутреннего сгорания производит много тепла, но мы также должны знать о требованиях к охлаждению электромобиля. Электродвигатели нуждаются в охлаждении. В моем случае нагрузка относительно невелика, поэтому для двигателя переменного тока должно подойти воздушное охлаждение.
Поскольку все эти электроны выходят из батарейных блоков, они тоже выделяют тепло. Помните, что течет большой ток, поэтому малые сопротивления имеют значение. Мое приложение должно быть довольно простым для аккумуляторной батареи, поэтому они, вероятно, также могут иметь воздушное охлаждение. Обратите внимание, что многие производители, в том числе Tesla, имеют встроенные каналы жидкостного охлаждения. Эти каналы могут потребоваться, если вашему двигателю требуется большой ток, или, может быть, вы хотите нагреть свои элементы в более холодном климате.
Контроллер двигателя переменного тока будет нагреваться, и для него потребуется алюминиевая охлаждающая пластина. Я также добавлю вентилятор для охлаждения нагревательной пластины контроллера мотора.
Система привода моего электромобиля
Наконец-то я разобрался со своей системой привода. Я заказал контроллер HPEVS AC-20 & 58-80 V Curtis пару месяцев назад, и он должен скоро появиться. В то время как система привода имеет решающее значение, другие части также важны. Я не касался обсуждения других компонентов, таких как зарядное устройство, преобразователь постоянного тока в постоянный, нагреватель и т.