AGV батерияРъководство за избор: Изисквания за напрежение, капацитет и зареждане
През последните три години видяхме повече проекти на AGV да избират батерии грешно, отколкото правилно. Не защото клиентите нямат технически познания, а защото спецификациите, които доставчиците предоставят, са основно безполезни за вземане на реални решения. Две батерии с надпис 48V 100Ah, едната струва три пъти повече от другата. каква е разликата За това е това ръководство.
Избор на напрежение
Вашият доставчик на AGV казва, че превозното средство се нуждае от 48 V, така че отивате да пазарувате за 48 V батерии. Изглежда просто. не е.
Първо основната физика.
Мощността е равна на напрежението по тока. За да изведете 5000 W, 48V система дърпа 104A, 36V система дърпа 139A, 24V система дърпа 208A. По-високият ток означава по-дебели кабели, по-бързо износване на контактора, повече топлина в съединителите. Използването на 24V там, където бихте могли да използвате 48V, изисква проблеми по пътя.
Но реалните проекти не са толкова прости. Направихме проект за хладилно съхранение миналата година, първоначално със спецификация 48V LFP. По време на тестването вътрешното съпротивление скочи при ниски температури, защитата от зареждане продължи да се задейства. Превключен на 36V. По-малко ефективен на хартия, но надежден. Във фризерни среди надеждността побеждава ефективността всеки път.
Моите правила за избор на напрежение:
24V
24V работи за товари под 500 kg, под 2kW потребление на енергия, ограничени бюджети. Честно казано, вече рядко препоръчваме 24V, освен ако клиентите изрично не го поискат.
48V
48V покрива повечето складови AGV. Обслужва товари от 1 до 2,5 тона, развита инфраструктура за зареждане, най-широк избор на доставчици. Избор по подразбиране, ако не се случва нищо специално.
72V+
72V и 80V за тежки мотокари, пристанищно оборудване, транспортни средства на открито. Samsung SDI създаде 94V система за 10-тонни електрически мотокари, която се предполага, че отговаря на дизеловите характеристики (това е от уебсайта им, не съм го тествал лично, но резултатите на Samsung в това пространство са солидни).
Капацитет: Всеки знае формулата, никой не знае откъде да вземе входните данни
Формулата
Капацитет (Ah)=Мощност (W) × Време на работа (часове) ÷ Напрежение (V) ÷ Ефективност
Ефективност: 0,95 за литий, 0,85 за оловна киселина.
Проблемът е числото "мощност". Доставчиците на AGV ви дават „типични условия“, което означава плоски подове, стандартни товари, без чести стартирания и спирания. Реалните складове имат рампи, претоварване, пикови часове с непрекъсната работа. Действителната консумирана мощност може да бъде с 50% по-висока от номерата в спецификациите.
Какво правим: поискайте от доставчика на AGV три номера. Крейсерска мощност без товар, мощност при изкачване при натоварване, пикова мощност. След това изчислете претеглената средна стойност въз основа на действителните маршрути на клиента. Ако продавачът може да даде само едно неясно число за „средна мощност“, аз умножавам по 1,3 преди да изчисля.
За справка JD Logistics публикува данни за своите интелигентни складове No.1 в Азия. Техните Dilang AGV носят 500 кг, работят 6 до 9 часа, заредени на внесени клетки, поддържат 50 A бързо зареждане, което завършва за 30 минути (източник: техническа документация на JD Logistics). При 48V, 50A зареждане означава капацитет на батерията някъде между 40Ah и 60Ah. Това е разумно за 500 кг носач. Ако вашето превозно средство носи повече или се движи по по-дълги маршрути, съответно увеличете капацитета.
Химия: LFP, NMC, LTO всеки има своето място
Три литиеви химикали доминират пазара на AGV. Ето моето мнение:
LFP (литиево-железен фосфат)
Правилният избор за 90% от проектите. Дълъг цикъл на живот, добър профил на безопасност, разходите са намалели значително. CATL и BYD правят надеждни LFP клетки със зрели вериги за доставки. Освен ако нямате конкретна причина да изберете нещо друго, по подразбиране LFP.
NMC (никел манган кобалт)
По-висока енергийна плътност от LFP, но по-кратък живот на цикъла и по-висок риск от термично изпускане. Помислете за NMC само ако отделението за батерията на AGV е твърде малко, за да побере LFP обема, от който се нуждаете. Лично аз не харесвам NMC в складови среди. Ако се случи топлинно бягство, губите инвентара на цялата стойност на склада, а не само AGV.
LTO (литиев титанат)
Специален случай. Енергийната плътност е половината от LFP (наистина ниска), но скоростта на зареждане е екстремна (5C не е проблем, пълно зареждане за 12 минути), животът на цикъла е екстремен (15000+ цикъла), производителността при студено време е екстремна (работи при минус 30 градуса). Цената също е екстремна. Два сценария, при които LTO има смисъл: непрекъсната работа 24 часа в денонощието, 7 дни в седмицата със само 10 до 15 минути прозорци за зареждане, или среди със студена верига със сериозни минусови-температури. Ако вашият проект отговаря на двата сценария, премиум цената на LTO е оправдана.
| Тип | Енергийна плътност | Цикли | спецификации |
|---|---|---|---|
| LFP | 90 до 160 Wh/kg | 2000 до 5000 | Справя се добре с 1C зареждане, работи до минус 20 градуса, умерена цена. |
| NMC | 150 до 220 Wh/kg | 1000 до 2000 | Внимавайте при зареждане над 1C, средна производителност при студено, по-висока цена. |
| LTO | 50 до 80 Wh/kg | 15000 до 20000 | Поддържа 5C зареждане, работи при минус 30 градуса, значително по-висока цена. |
Една и съща LFP химия, различен капацитет: Как да изберем
Хората много питат това. Повечето доставчици не го обясняват добре, защото искат да купувате по-големи (по-висок марж).
По-голямото винаги ли е по-добро? не
Проблеми с голям капацитет
Първо, тегло.100Ah LFP пакет тежи около 45 kg, 200Ah тежи 85 kg. Тези допълнителни 40 кг или намаляват капацитета на полезен товар, или увеличават консумацията на енергия за пътуване.
Второ, време за зареждане.При 0,5C, 100Ah отнема 2 часа, 200Ah отнема 4 часа.
Трето,ако всяка смяна използва само 30% от капацитета на батерията, 70% от тези клетки остават на високо ниво на зареждане всеки ден, ускорявайки стареенето на календара.
Проблеми с малък капацитет
Проблемите с малкия капацитет са очевидни: кратко време на работа, риск превозни средства да умрат по време на-смяна, ако графикът за зареждане се пропусне.
Моят принцип на оразмеряване
Разберете колко енергия действително консумира превозното средство между възможностите за зареждане, след което изберете капацитет, така че да използвате 60% до 70% от пакета за всеки цикъл. Не е достатъчно дълбоко, за да стресира клетките, не е достатъчно плитко, за да губи пари за неизползван капацитет.
Пример: AGV може да зарежда на всеки 4 часа, средна консумация на енергия 800 W. Четири часа при 800W са 3200Wh. При 48V това е 67Ah. Пакет от 100 Ah означава 67% използване на цикъл. Това е сладкото място. Пакет от 150 Ah би използвал само 45% на цикъл, губейки капитал за клетки, които не печелят своята поддръжка.
DOD и Cycle Life: Това знание ще ви спести пари
DOD означава дълбочина на разреждане. Влиянието му върху живота на батерията е по-голямо, отколкото повечето хора осъзнават.
Battery University (batteryuniversity.com) публикува данни от тестове, които ще цитирам директно:
LFP клетките, циклирани при 100% DOD, достигат 80% капацитет около 600 цикъла. Същите клетки, циклирани при 40% DOD, издържат над 3000 цикъла. Същата батерия, плиткото циклиране осигурява няколко пъти повече обща пропускателна способност на енергията през целия й живот, отколкото дълбокото циклиране.
Какво на практика означава това? По-добре да купите малко по-голям капацитет и да използвате само половината от него, отколкото да купувате точно това, което ви трябва, и да го източвате на всеки цикъл. Вторият подход изглежда по-евтин предварително, но ще сменяте батериите по-често.
Нашата стандартна конфигурация сега: SOC под от 20% до 25%, таван от 80% до 85%, превозните средства работят в рамките на този прозорец. В комбинация с възможност за зареждане, животът на батерията се удължава два до три пъти в сравнение с пълно зареждане/разреждане.
Едно често срещано погрешно схващане
Много хора смятат, че литиевите батерии се нуждаят от периодично пълно разреждане, за да се „калибрират“. Това е мислене за никел-кадмий, напълно погрешно за литий. Дълбокият разряд уврежда структурата на електрода. Модерният BMS използва кулоново броене за оценка на SOC, не се нуждае от празни цикли за калибриране.
Стратегия за зареждане: възможност за зареждане или смяна на батерията
И двата подхода имат своето място. Нито един от тях по своята същност не е „по-напреднал“.
Възможност за зареждане
Работи, когато използването на AGV остава под 75%. Таксува превозно средство, докато чака задачи, опашка, товарене/разтоварване. Всяка сесия продължава от 15 до 30 минути. Добавя достатъчно време за работа през деня. Не е необходима човешка намеса. С LFP, поддържащ 1C зареждане, 15 минути добавят приблизително 25% капацитет, достатъчно за още час или два работа.
Смяна на батерията
Работи, когато използването надвишава 95% и превозните средства не могат да спрат. Превозното средство влиза в станция за смяна, батерията е сменена за 2 до 5 минути, веднага се връща на работа. Компромис-: всяко превозно средство се нуждае от 2 до 3 батерии, специално оборудване за смяна, оператори за извършване на смяна.
Случаят на DHL заслужава внимание. Техните глобални дистрибуторски центрове използват съвместни роботи на Locus Robotics с възможност за таксуване. Ефективността на подбиране се подобри с 50% до 70%, нараняванията на работното място намаляха с 15% (източник: уебсайт на DHL и покритие на Logistics Viewpoints). Тези печалби в ефективността не са само от самите роботи. Възможността за зареждане позволява истинска 24-часова безпилотна работа. Спестяванията на разходите за труд са значителни.
Клопки в студената среда
Ако вашият склад има хладилни или фризерни зони, изборът на батерии изисква особено внимание.
Литиевите батерии имат два проблема при студено. Първо, капацитетът пада: при минус 10 градуса, LFP запазва може би 85% капацитет; при минус 20 градуса може би 70%. Второ, ограничения за зареждане: зареждането на литий под точката на замръзване причинява литиево покритие върху анода. Това е постоянна повреда плюс опасност за безопасността. Повечето BMS отказват заряден ток, когато температурата на клетката падне под 0 градуса.
Практически решения: или създайте зони за зареждане извън студената зона (превозните средства излизат за зареждане, връщат се, когато са готови), или използвайте акумулаторни системи с предварително загряване (затоплете клетките над точката на замръзване, преди да приемете заряден ток).
Ако вашите AGV работят продължителни периоди под минус 25 градуса, стандартният LFP вероятно няма да го намали. Помислете за LTO или специализирани батерии за студена верига. LMFP клетките на SVOLT твърдят, че работят при минус 30 градуса. Те са изградили прилична позиция в логистиката на студената верига. Струва си да се проучи за приложения във фризер.
Провеждане на числата
Фигури от бетон. Един 48V AGV, работа на две-смени (16 часа дневно), пет-годишен хоризонт.
Подход с оловна киселина
Батерии (2 за ротация): $4,000
Зарядно устройство: $1500
Годишна електроенергия (5 години): $9,000
Годишна поддръжка (5 години): $3,000
Замяна (година 3): $4,000
Загуби при престой (5 години): $12 000
Пет-години: общо $33 500
LFP подход
Батерия (само една): $12 000
Бързо зарядно: $3500
Годишна електроенергия (5 години): $5,750
Поддръжка: $0
Замяна: $0
Загуби при престой (5 години): $2,000
Пет-години: общо $23 250
Спестявания: $10 250, приблизително 31%
Това дори не включва разходите за изхвърляне на оловна киселина или остатъчната стойност на лития след пет години.
Кога литият няма смисъл? Работа на една смяна (под 8 часа на ден), ниска степен на използване. Преодоляването на по-ниските първоначални разходи на оловната киселина отнема 7 до 8 години. Ако вашият хоризонт на проекта е само от 3 до 5 години и наистина работите само на една смяна, оловната киселина може да ви даде по-добър молив.
BMS: Повече от защитни вериги
Много хора третират BMS просто като вериги за защита. Изключете батерията по време на презареждане, пре-разреждане, пре-ток, пре-температура. Свършена работа. Модерният BMS прави много повече.
Оценка на SOC
Добрата BMS постига точност в рамките на плюс или минус 1% до 3% (техническата документация на Infineon твърди плюс или минус 1% за техните решения). Защо точността има значение? Вашата диспечерска система може да възлага задачи въз основа на действителния оставащ заряд на всяко превозно средство. Високо{5}}зарядните превозни средства получават задачи на дълги-разстояния, ниско-зарядните превозни средства имат кратки пробеги или се насочват към зареждане. Ако грешката в оценката на SOC е 10%, тази оптимизация става невъзможна.
SOH мониторинг
Проследяване на здравословното състояние. Добрият BMS проследява кривите на влошаване на капацитета за всяка батерия, предупреждава месеци напред, когато пакетът се повреди. По-добре, отколкото да чакате мъртво превозно средство и да се справяте с аварийни престои.
Управление на температурата
Мониторинг-в реално време в множество точки в пакета. Открива горещите зони рано, намалява мощността преди проблемите да ескалират.
Комуникационен интерфейс
CAN шина или RS485 свързване към вашата система за управление на склад. Позволява на WMS да вижда състоянието на батерията за всяко превозно средство.
Не спестявайте пари от BMS. Виждали сме клиенти да спестяват няколкостотин долара от бюджетни BMS единици, след което откриват грешки в оценката на SOC, толкова големи, че системата за изпращане изобщо не може да използва данните. Може и да няма функцията.
Сертификати: Не само документи
Два сертификата са най-важни: UN38.3 и IEC 62619.
UN38.3
Обхваща безопасността при транспортиране. Тества симулация на надморска височина, температурни цикли, вибрации, удар, късо съединение, презареждане, принудително разреждане. Изисква се за всяка литиева батерия, пресичаща границите. Не UN38.3, логистичните компании няма да го пипат.
IEC 62619
Обхваща безопасността при използване на индустриална литиева батерия. Тестовите елементи се припокриват с UN38.3, но се фокусират повече върху оперативните сценарии: проникване на пирон, тестване на падане, проверка на функцията на BMS. IEC 62619 формира техническата основа за маркировка CE в Европа, AS/NZS сертификация в Австралия, PSE одобрение в Япония.
Важен момент: сертификатите се отнасят за конкретни модели продукти, а не за производители. Някои производители сертифицират един модел, след което поставят сертификата върху всичко, което продават. Когато купувате, проверете дали номерът на модела на сертификата съвпада точно с това, което купувате. Несъответстващите сертификати са безполезни.
Бележки на доставчика
Няколко, с които сме се занимавали:
Сред китайските доставчици BYD държи основен пазарен дял в литиеви батерии за електрически мотокари, според съобщенията около 60% в Китай. Техните батерии за ножове се предлагат с 10-годишна гаранция. CATL и Hangcha създадоха съвместно предприятие, наречено Pengcheng New Energy, специално за батерии за мотокари и AGV. Ако вече използвате превозни средства Hangcha, този канал може да е по-плавен.
Сред западните доставчици серията EnerSys NexSys е солидна. Тяхната система за безжично зареждане NexSys AIR поддържа оловна киселина, TPPL и литий на същата инфраструктура. Полезно, ако вашият автопарк преминава от оловна киселина към литий и искате да защитите инвестицията си в оборудване за зареждане.
Въпроси, които трябва да зададете, когато оценявате доставчици:
Кой производител на клетки, какъв клас (A-клас или B-клас)? Могат ли да осигурят данни за изпитване на жизнения цикъл за пакети, а не само за голи клетки? Гаранцията покрива ли избледняване на капацитета или само пълна повреда? Как се справят с гаранционните претенции (международната доставка на батерии е скъпа и бавна)?
Последни мисли
Изборът на батерия не е еднократно-решение за покупка. Това, което избирате днес, определя оперативните разходи и сложността на поддръжката за следващите 5 до 10 години. Не гледайте само първоначалната покупна цена. Изчислете пет-годишна TCO, преди да вземете решение.
Ако имате конкретен проект в процес на работа и трябва да потвърдите спецификацията на батерията си, изпратете работните параметри, бюджетния диапазон, специалните изисквания (хладилно съхранение, взривоопасност, необичайни размери). Ние сме стъпвали на някои от тези противопехотни мини преди и можем да ви помогнем да ги избегнете.
