Wie plausibel ist die Behauptung über eine 200 kW Batterielösung?

Nach dieser Frage auf Aviation: SE:

• Verstößt das ARCA-Hoverboard gegen bekannte Grenzwerte für elektrische Lüfter mit kleinem Durchmesser?

Dies bezieht sich auf ein Schwebebrett, das auf der Website des Anbieters beschrieben ist :

^{( Quelle )}

Ich möchte die Behauptung bewerten, dass dieses Gerät wirklich existiert. Insbesondere frage ich mich, ob es möglich ist, mit den Batterien wie behauptet 200 kW zu liefern. Ich versuche nicht, die aerodynamischen Aspekte zu bewerten.

Ich sehe nicht, welche Technologie außer Li-Ionen-Zellen verwendet werden könnte. Unter der Annahme, dass dies zutrifft, wäre diese Lösung mit den beanspruchten Merkmalen kompatibel:

• Leistungsabgabe: 200 kW,
• Laufzeit: 3 Minuten für einen 110 kg Benutzer, bis 6 Minuten für einen 82 kg Benutzer,
• Ladezeit: 6 Stunden, mit einer Dockingstation auf 35 Minuten reduziert.

Gibt es unter Berücksichtigung der Li-Ionen-Eigenschaften mit dem Wissen eines Elektrotechnikers einen Aspekt, der verhindern würde, dass diese Lösung funktioniert, z.

• Gewicht, Volumen der Batterien (die Platine misst 145 × 76 × 15 cm),
• Kabelgröße (in der Box ist wenig Platz vorhanden),
• Strom zum Laden (ist dies in 35 Minuten möglich),
• Entladezeit (würden Zellen in 3 bis 6 Minuten entladen werden können),
• Kosten (Ersatz von Batterien wird für 6.840 USD angeboten).

Bitte keine Spekulationen, aber bekannte Tatsachen, die der Möglichkeit der Lösung definitiv widersprechen oder sie unterstützen würden. Zum Beispiel denke ich, dass diese Abzüge richtig sind:

• Für ein 3-minütiges Schweben mit 200 kW werden ca. 10 kWh verwendet.
• Aufgrund der spezifischen Energie und Dichte für Li-Ionen bedeutet dies 40 kg und 14 dm3 für die Batterien.
• Preis der Batterien: Bei optimistischen 0,40 $ / Wh wären dies 4.000 $.
• Das Laden von 10 kWh in einer halben Stunde erfordert ein 20 kW-Ladegerät.
• Unter der Annahme von cos φ = 1 würde dies 91 A für 220 V (weit über das hinaus, was normalerweise zu Hause zu finden ist) und 5.000 A für die Li-Ionenzellenspannung bedeuten (dies würde große Drähte erfordern, die auf dem Bild nicht sichtbar sind).

203 kW / 36 Lüfter = 5,6 kW pro Lüfter.

Eine Arbeitsspannung von 38 V impliziert 10 S Lipo (3,8 V pro Zelle).

5,6 kW / 38 V = 150 A. Wir wollen 3 Minuten bei voller Leistung. Bei halber Leistung zieht es 6 Minuten lang 75 A (maximale Dauer). Eine Batteriekapazität von mehr als 150 * (3/60) oder 75 * (6/60) = 7,5 Ah pro Lüfter ist erforderlich.

Kann es gemacht werden?

Es sieht so aus, als würden Lüfter mit 120 mm Durchmesser in den dafür vorgesehenen Raum passen. Hier ist ein 120-mm-Lüfter, der 1 kg wiegt und bei 12S einen Schub von 7,5 kg erzeugt: -

120 mm 11-Blatt-Legierung EDF 700 kV - 7000 Watt

Bei 10S würde dies etwa 30% weniger Leistung verbrauchen und etwa 15% weniger Schub erzeugen. Nehmen wir also 5 kW und 6,5 kg an (die von ihnen verwendeten Lüfter haben möglicherweise unterschiedliche Motoren, aber wir können eine ähnliche Leistung bei gleicher Leistung erwarten).

Und hier ist eine 10S 4Ah Batterie mit einem Gewicht von 905 g: -

ZIPPY Compact 4000mAh 10S 25C Lipo Pack

Die Platine scheint insgesamt 72 Batterien zu verwenden - zwei Batterien pro Lüfter. 2 x 4Ah = 8Ah, nahe unserer erforderlichen Kapazität. Die maximale Entladerate beträgt 4 x 25 ° C = 100 A pro Batterie oder 200 A pro Parallelpaar (und wir benötigen "nur" 150 A!). Die maximale Laderate beträgt 5 ° C und liegt damit deutlich über der für eine 35-minütige Ladung erforderlichen 2C-Rate. Bei 67 USD pro Packung betragen die Gesamtkosten für den Akku 4824 USD.

Unsere 72 Batterien wiegen 905 g x 72 = 65 kg. Die 36 Lüfter wiegen 36 kg. Fügen Sie weitere 10% für ESCs, Verkabelung und Stützstruktur hinzu, und wir erhalten ein Gesamtplatinengewicht von ~ 110 kg. Dieses Board sollte 6,5 kg x 36 = 234 kg Schub in freier Luft erzeugen. Bei halber Kraft würde der Schub auf etwa 75% reduziert, könnte aber durch Bodeneffekt verstärkt werden - also vielleicht 210 kg Schwebedruck von "Dauer". Nehmen Sie das Gewicht des Boards weg und Sie haben eine Nutzlast von 100 kg.

Sieht möglich aus!

Ich möchte die Behauptung bewerten, dass dieses Gerät wirklich existiert. Insbesondere frage ich mich, ob es möglich ist, mit den Batterien wie behauptet 200 kW zu liefern.

1) Das Gewicht des Akkus, der erforderlich ist, um ArcaBoard 2,4 Minuten lang mit Strom zu versorgen, ist realistisch. Wenn wir beispielsweise Batterien vom Typ Tattu 22,2 V, 22 Ah, 488,4 Wh, 25 ° C, Gewicht = 5,8 lbs verwenden, erhalten wir 43,7 kg für die Gesamtmasse der Packung, die erforderlich ist, um 272 PS für 60 min / 25 = 2,4 min zu erzeugen ( in der Nähe der von ARCA beanspruchten 3 Minuten):

2 x 5,8 lbs x 272 PS / (22 A x 44,4 V x 25) = 43,7 kg

Selbst wenn 38 V anstelle von 44,4 V berücksichtigt werden, steigt die Gesamtmasse der Packung von 43,7 kg auf 51 kg, wodurch weitere 31 kg für das Gewicht der Platine, der Kanalventilatoren und anderen Zubehörs übrig bleiben (ArcaBoard wiegt 82 kg). Das Hauptproblem ist nicht das Gewicht der Batterien, sondern die enorme Ineffizienz der von ARCA verwendeten Kanalventilatoren. Sie sind für das Arca-Board völlig ungeeignet, wie unter Punkt (2) erläutert.

2) Der maximale theoretische statische Schub, der mit einem elektrischen Abluftventilator erzielt werden kann, gekennzeichnet durch: Durchmesser = 120 mm und Leistung = 272 PS / 36 = 5,63 kW beträgt:

(1,2 kg / m 3 x (5,63 kW) 2 x pi x (120 mm) 2/2) (1/3) = 9,7 kgf

(Ich habe die Formel verwendet, die den maximal möglichen statischen Schub als Funktion der Leistung und des Durchmessers des Propellers angibt. Der Gesamtwirkungsgrad wird als 100% angesehen. Für realistische Wirkungsgrade, die kleiner als 1 sind, beträgt die Leistung nicht 5,63 kW, sondern 5,63 x Wirkungsgrad )

Wie Sie sehen, können 36 Lüfter mit insgesamt 272 PS theoretisch 9,7 kg x 36 = 349 kg deutlich über den 192 kg ArcaBoard (einschließlich des Gewichts des Piloten) heben. Es wird kein Limit verletzt.

Die Konfiguration mit Rotoren mit 36, 120 mm Durchmesser ist jedoch schlecht, da dieselbe Formel, die ich oben verwendet habe, besagt, dass ein einzelner 26-Zoll-Propeller, der von einem 5,63-kW-Motor angetrieben wird, Folgendes erzeugt:

(1,2 kg / m 3 x (5,63 kW) 2 x pi x (26 Zoll) 2/2) (1/3) = 30 kgf

Infolgedessen ziehen acht 5,63-kW-Motoren, die 26-Zoll-Propeller drehen, nur 45 kW (60,4 PS) und heben 240 kg, mehr als die maximale Masse von ArcaBoard im Flug.

Propeller mit kleinem Durchmesser sind einfach ineffizient, um statischen Schub zu erzeugen. Dies ist der Grund, warum Hubschrauber große Rotoren haben. Schwebende Boards wie ArcaBoard, die ebenfalls perfekt realisierbar sind, haben keine Zukunft, da sie eine enorme Menge an Energie verschwenden .

3) Ein gut entworfenes und gebautes elektrisches Hoverboard wurde von CA Duru hergestellt. Es benötigt deutlich weniger Strom als ArcaBoard und fliegt viel besser.

Ein Vergleich zwischen dem Hoverboard von Catalin Alexandru Duru (siehe: das Video) und dem von Dumitru Popescu von ARCA.

Video: https://www.youtube.com/watch?v=Bfa9HrieUyQ

Das Hoverboard von Catalin Alexandru Duru

• 8 Rotoren à 4,5 kW
• Gesamtleistung: 36 kW = 48,3 PS
• Nutzlast: 1 Person

Dumitru Popescus Hoverboard

• 36 Rotoren zu je 5,63 kW
• Gesamtleistung: 203 kW = 272 PS
• Nutzlast: 1 Person

Zusammenfassend ist ArcaBoard nichts anderes als ein schlecht designtes Hoverboard, das eine enorme Leistung von 272 PS benötigt, um einen Mann zu tragen, während 48,3 PS für einen solchen Job ausreichen, wie CA Duru demonstriert.

Quelle: Ein Multikopter mit 36 ​​Propellern, der einen Mann trägt