AGV akkumulátorKiválasztási útmutató: Feszültség, kapacitás és töltési követelmények
Az elmúlt három évben több AGV-projektnél tapasztaltuk, hogy rosszul választották ki az akkumulátort, mint megfelelően. Nem azért, mert az ügyfeleknek hiányosak a műszaki ismeretek, hanem azért, mert a beszállítók által biztosított adatlapok alapvetően használhatatlanok a valódi döntések meghozatalához. Két akkumulátor, mindkettő 48V 100Ah felirattal, az egyik háromszor többe kerül, mint a másik. mi a különbség? Ez az útmutató erről szól.
Feszültség kiválasztása
Az Ön AGV-kereskedője szerint a járműnek 48 V-ra van szüksége, ezért Ön 48 V-os akkumulátort vásárol. Egyértelműnek tűnik. Nem az.
Először az alapvető fizika.
A teljesítmény egyenlő a feszültség szorzata az áramerősséggel. Az 5000 W-os kimenethez egy 48 V-os rendszer 104 A-t, egy 36 V-os rendszer 139 A-t, egy 24 V-os rendszer 208 A-t húz. A nagyobb áram vastagabb kábeleket, gyorsabb kontaktorkopást, több hőt jelent a csatlakozókban. Ha 24 V-ot használunk, ahol 48 V-ot is használhatunk, problémákat okoz az úton.
De a valódi projektek nem ilyen egyszerűek. Tavaly csináltunk egy hűtőházi projektet, eredetileg 48 V-os LFP-vel. A tesztelés során a belső ellenállás megugrott a hidegben, a töltésvédelem folyamatosan aktiválódott. 36V-ra kapcsolva. Papíron kevésbé hatékony, de megbízható. Fagyasztó környezetben a megbízhatóság minden alkalommal felülmúlja a hatékonyságot.
Feszültségválasztási szabályaim:
24V
A 24 V 500 kg alatti terhelésnél, 2 kW teljesítményigénynél, szűkös költségvetésnél működik. Őszintén szólva, már ritkán ajánljuk a 24 V-ot, hacsak az ügyfelek nem kérik.
48V
A 48V a legtöbb raktári AGV-t lefedi. 1-2,5 tonnás terheket kezel, kiforrott töltési infrastruktúra, legszélesebb szállítói választék. Alapértelmezett választás, ha semmi különös nem történik.
72V+
72V és 80V nehézvillás targoncákhoz, kikötői berendezésekhez, kültéri vontatókhoz. A Samsung SDI egy 94 V-os rendszert épített 10 tonnás elektromos targoncákhoz, amely állítólag megfelel a dízelteljesítménynek (ez a webhelyükről származik, magam nem teszteltem, de a Samsung ezen a téren szilárd eredményeket ért el).
Kapacitás: Mindenki ismeri a képletet, senki sem tudja, hol szerezheti be a bemeneteket
A képlet
Kapacitás (Ah)=Teljesítmény (W) × Üzemidő (óra) ÷ Feszültség (V) ÷ Hatékonyság
Hatékonyság: lítium esetében 0,95, ólomsavnál 0,85.
A probléma a "teljesítmény" számmal van. Az AGV-gyártók "tipikus feltételeket" biztosítanak, ami sík padlót, normál rakományt, gyakori indítások és leállások hiányát jelenti. A valódi raktárakban rámpák, túlterhelések, csúcsidőszakok folyamatos üzem mellett. A tényleges teljesítményfelvétel 50%-kal magasabb lehet, mint a specifikációs lapok száma.
Mit csinálunk: kérjen három számot az AGV-kereskedőtől. Terheletlen utazóteljesítmény, terhelt felfelé irányuló teljesítmény, csúcsteljesítmény. Ezután becsülje meg a súlyozott átlagot az ügyfél tényleges útvonalai alapján. Ha az eladó csak egy homályos "átlagteljesítmény" számot tud megadni, akkor a számítás előtt megszorzom 1,3-mal.
Referenciaként a JD Logistics adatokat közölt Ázsia No.1 intelligens raktárairól. Dilang AGV-jeik 500 kg-ot szállítanak, 6-9 órát működnek importált cellákra töltve, támogatják az 50 A-es gyorstöltést, amely 30 perc alatt befejeződik (forrás: JD Logistics műszaki dokumentációja). 48V-on az 50A-es töltés azt jelenti, hogy az akkumulátor kapacitása valahol 40Ah és 60Ah között van. Ez ésszerű egy 500 kg-os hordozónál. Ha járműve többet szállít vagy hosszabb útvonalakat fut, növelje a kapacitást ennek megfelelően.
Kémia: LFP, NMC, LTO mindegyiknek megvan a maga helye
Három lítium vegyszer uralja az AGV piacot. Íme az én véleményem:
LFP (lítium-vas-foszfát)
A projektek 90%-ához megfelelő választás. Hosszú élettartam, jó biztonsági profil, a költségek jelentősen csökkentek. A CATL és a BYD megbízható LFP sejteket készít érett ellátási láncokkal. Hacsak nincs konkrét oka, hogy valami mást válasszon, alapértelmezés szerint az LFP.
NMC (nikkel-mangán kobalt)
Nagyobb energiasűrűség, mint az LFP, de rövidebb a ciklus élettartama és nagyobb a termikus átfutási kockázat. Csak akkor vegye fontolóra az NMC-t, ha az AGV akkumulátorrekesz túl kicsi ahhoz, hogy elférjen a szükséges LFP térfogat. Én személy szerint nem szeretem az NMC-t raktári környezetben. Ha hőkiürítés történik, akkor az egész raktári készletet elveszíti, nem csak az AGV-t.
LTO (lítium-titanát)
Különleges eset. Az energiasűrűség fele az LFP-nek (tényleg alacsony), de a töltési sebesség extrém (5C nem probléma, teljes töltés 12 perc alatt), a ciklus élettartama extrém (15000+ ciklus), a hideg időjárási teljesítmény extrém (mínusz 30 fokon működik). Az ár is extrém. Két forgatókönyv van, ahol az LTO-nak van értelme: folyamatos, éjjel-nappali működés mindössze 10-15 perces töltési idővel, vagy hideglánc-környezet komoly mínusz{11}}hőmérsékletekkel. Ha projektje bármelyik forgatókönyvnek megfelel, az LTO prémium ára indokolt.
| Írja be | Energiasűrűség | Ciklusok | Szemüveg |
|---|---|---|---|
| LFP | 90-160 Wh/kg | 2000 és 5000 között | Jól bírja az 1C töltést, mínusz 20 fokig működik, mérsékelt költséggel. |
| NMC | 150-220 Wh/kg | 1000 és 2000 között | Legyen óvatos 1C töltés felett, átlagos hideg teljesítmény, magasabb költség. |
| LTO | 50-80 Wh/kg | 15000 és 20000 között | Kezeli az 5C töltést, mínusz 30 fokon működik, lényegesen magasabb költséggel. |
Ugyanaz az LFP kémia, eltérő kapacitás: hogyan válassz
Az emberek sokat kérdezik ezt. A legtöbb beszállító nem magyarázza el jól, mert azt akarja, hogy nagyobbat vásároljon (magasabb árrés).
A nagyobb mindig jobb? Nem.
Nagy kapacitási problémák
Először is a súly.Egy 100 Ah-s LFP csomag körülbelül 45 kg, a 200 Ah 85 kg. Ez a plusz 40 kg vagy csökkenti a hasznos teherbírást, vagy növeli az utazásonkénti energiafogyasztást.
Másodszor, a töltési idő.0,5 C-on 100 Ah 2 óra, 200 Ah 4 óra.
Harmadik,ha minden műszak csak az akkumulátorkapacitás 30%-át használja fel, akkor a cellák 70%-a minden nap magas töltési állapotban van, felgyorsítva a naptár öregedését.
Kis kapacitás problémák
A kis kapacitásproblémák nyilvánvalóak: rövid futásidő, annak a veszélye, hogy a járművek elpusztulnak a műszak közepén, ha a töltési ütemterv csúszik.
Méretezési elvem
Számolja ki, hogy a jármű ténylegesen mennyi energiát fogyaszt a töltési lehetőségek között, majd válassza ki a kapacitást úgy, hogy minden ciklusban a csomag 60-70%-át használja fel. Nem elég mély ahhoz, hogy megterhelje a sejteket, és nem elég sekély ahhoz, hogy pénzt pazaroljon a kihasználatlan kapacitásra.
Példa: Az AGV 4 óránként tölthető, átlagos energiafogyasztása 800 W. Négy óra 800 W-on 3200 Wh. 48V-on ez 67Ah. A 100 Ah-s csomag 67%-os kihasználtságot jelent ciklusonként. Ez az édes hely. Egy 150 Ah-s csomag csak 45%-ot használ fel ciklusonként, így tőkét pazarol azokra a cellákra, amelyek nem keresik meg a tartást.
DOD és Cycle Life: Ez a tudás pénzt takarít meg
A DOD jelentése: kisülési mélység. Az akkumulátor élettartamára gyakorolt hatása nagyobb, mint azt a legtöbb ember gondolná.
A Battery University (batteryuniversity.com) közzétette a tesztadatokat, amelyeket közvetlenül idézek:
A 100%-os DOD-val ciklusolt LFP-sejtek 600 ciklus körül érik el a 80%-os kapacitást. Ugyanazok a sejtek, amelyeket 40%-os DOD-val ciklusolnak, több mint 3000 ciklust bírnak ki. Ugyanaz az akkumulátor, a sekély kerékpározás többszörösen nagyobb teljes energiaátvitelt biztosít élettartama során, mint a mélykerékpározás.
Mit jelent ez a gyakorlatban? Jobb, ha valamivel nagyobb kapacitást veszünk, és csak a felét használjuk fel, mint megvenni pontosan azt, amire szükségünk van, és minden ciklusban lemeríteni. A második megközelítés eleve olcsóbbnak tűnik, de gyakrabban kell cserélni az elemeket.
Standard konfigurációnk most: SOC padló 20% és 25% között, mennyezet 80% és 85% között, a járművek ezen az ablakon belül működnek. Az alkalmi töltéssel kombinálva az akkumulátor élettartama kétszer-háromszorosára nő a teljes töltés/kisütés ciklushoz képest.
Egy általános tévhit
Sokan úgy gondolják, hogy a lítium akkumulátoroknak rendszeres teljes kisütésre van szükségük a "kalibráláshoz". Ez nikkel-kadmium gondolkodás, teljesen helytelen a lítium esetében. A mélykisülés károsítja az elektróda szerkezetét. A modern BMS coulomb-számlálást használ az SOC becsléséhez, nincs szüksége üres ciklusokra a kalibrációhoz.
Töltési stratégia: töltési lehetőség vagy akkumulátorcsere
Mindkét megközelítésnek megvan a maga helye. Egyik sem eredendően "fejlettebb".
Lehetőség töltés
Akkor működik, ha az AGV kihasználtsága 75% alatt marad. Gépjármű töltés feladatokra várakozás, sorban állás, be-/kirakodás közben. Minden ülés 15-30 percig tart. Elegendő működési időt biztosít a nap folyamán. Nincs szükség emberi beavatkozásra. Az 1C töltést támogató LFP-vel 15 perc nagyjából 25%-kal növeli a kapacitást, ami még egy-két órányi működésre elegendő.
Akkumulátor csere
Akkor működik, ha a kihasználtság meghaladja a 95%-ot, és a járművek nem tudnak megállni. A jármű csereállomásra kerül, akkumulátor csere 2-5 percen belül, azonnal munkába áll. Kiárusítás-: minden járműnek 2-3 akkumulátorra, dedikált csereberendezésre és kezelőkre van szüksége a cserék végrehajtásához.
Érdemes megjegyezni a DHL esetét. Globális elosztóközpontjaik a Locus Robotics együttműködő robotjait használják lehetőség-feltöltéssel. A komissiózás hatékonysága 50%-ról 70%-ra javult, a munkahelyi sérülések száma 15%-kal csökkent (forrás: a DHL webhelye és a Logistics Viewpoints lefedettsége). Ez a hatékonyságnövekedés nem csak maguktól a robotoktól származik. Az alternatív töltés valódi 24 órás, pilóta nélküli működést tesz lehetővé. A munkaerőköltség-megtakarítás jelentős.
Hideg környezet buktatói
Ha raktárában hűtött vagy fagyasztó zóna van, az akkumulátor kiválasztása fokozott odafigyelést igényel.
A lítium akkumulátoroknak két problémájuk van hidegben. Először is csökken a kapacitás: mínusz 10 fokban az LFP megtartja a kapacitás 85%-át; mínusz 20 fokban talán 70%. Másodszor, a töltési korlátozások: a lítium fagypont alatti töltése lítium bevonatot okoz az anódon. Ez maradandó károsodás és biztonsági kockázat. A legtöbb BMS elutasítja a töltőáramot, ha a cella hőmérséklete 0 fok alá esik.
Praktikus megoldások: vagy a hideg területen kívül alakítsanak ki töltési zónákat (a járművek kiszállnak tölteni, majd visszatérnek, ha kész), vagy használjon előmelegített akkumulátorrendszereket (a töltőáram átvétele előtt fagypont feletti meleg cellákat).
Ha AGV-i hosszabb ideig mínusz 25 fok alatt működnek, a normál LFP valószínűleg nem fogja csökkenteni. Fontolja meg az LTO-t vagy a speciális hideglánc akkumulátorokat. Az SVOLT LMFP cellái mínusz 30 fokos hőmérsékleten működnek. Tisztességes pozíciót építettek ki a hűtőlánc logisztikában. Érdemes megvizsgálni a fagyasztóalkalmazásokat.
A számok futtatása
Konkrét figurák. Egy 48V-os AGV, két-műszakos üzem (napi 16 óra), öt-éves táv.
Ólomsavas megközelítés
Elemek (2 forgáshoz): 4000 dollár
Töltő: 1500 dollár
Éves áram (5 év): 9000 USD
Éves karbantartás (5 év): 3000 USD
Csere (3. év): 4000 USD
Leállási veszteségek (5 év): 12 000 USD
Öt-év: összesen 33 500 USD
LFP megközelítés
Akkumulátor (csak egy): 12 000 dollár
Gyorstöltő: 3500 dollár
Éves villamos energia (5 év): 5750 USD
Karbantartás: 0 dollár
Csere: $0
Leállási veszteségek (5 év): 2000 USD
Öt-év: összesen 23 250 USD
Megtakarítás: 10 250 USD, nagyjából 31%
Ez még az ólomsav ártalmatlanítási költségeit vagy a lítium öt év utáni maradványértékét sem veszi figyelembe.
Mikor nincs értelme a lítiumnak? Egy műszakos működés (napi 8 óra alatt), alacsony kihasználtság. Az ólomsav alacsonyabb előzetes költségét 7-8 év alatt kell leküzdeni. Ha a projekt horizontja csak 3-5 év, és valóban csak egy műszakban fut, az ólomsav jobban kijön.
BMS: Több, mint védelmi áramkörök
Sokan a BMS-t csak védelmi áramkörként kezelik. Vágja le az akkumulátort túltöltés, túl-kisütés, túláram-áram, túl-hőmérséklet esetén. Munka kész. A modern BMS sokkal többre képes.
SOC becslés
A jó BMS plusz-mínusz 1% és 3% közötti pontosságot ér el (az Infineon műszaki dokumentumai plusz-mínusz 1%-ot állítanak megoldásaikra). Miért számít a pontosság? Az Ön diszpécserrendszere az egyes járművek tényleges hátralévő töltése alapján tud feladatokat kijelölni. A nagy-töltésű járművek hosszú-távolságú feladatokat teljesítenek, az alacsony-töltésű járművek pedig rövidebb utakat teljesítenek, vagy elindulnak a töltés felé. Ha az SOC becslési hiba 10%, ez az optimalizálás lehetetlenné válik.
SOH monitorozás
Az egészségi állapot nyomon követése. A Good BMS nyomon követi az egyes akkumulátorok kapacitáscsökkenési görbéit, és hónapokra előre figyelmeztet, ha egy csomag meghibásodik. Jobb, mint egy halott járműre várni, és vészhelyzeti leállással foglalkozni.
Hőmérséklet szabályozás
Valós idejű{0}}figyelés a csomag több pontján. Korán észleli a forró zónákat, csökkenti a teljesítményt, mielőtt a problémák súlyosbodnának.
Kommunikációs interfész
CAN busz vagy RS485 csatlakozik a raktárfelügyeleti rendszerhez. Lehetővé teszi, hogy a WMS minden jármű akkumulátorának állapotát lássa.
Ne adjon olcsón a BMS-t. Láttuk, hogy az ügyfelek megtakarítottak néhány száz dollárt a költségvetési BMS-egységeken, majd olyan nagy SOC-becslési hibákat fedeztek fel, hogy a küldő rendszer egyáltalán nem tudja felhasználni az adatokat. Az is lehet, hogy nincs meg a funkció.
Minősítések: Nem csak papírmunka
Két tanúsítvány számít leginkább: UN38.3 és IEC 62619.
UN38.3
Tartalmazza a szállítás biztonságát. Teszteli a magassági szimulációt, a hőmérséklet ciklust, a vibrációt, az ütést, a rövidzárlatot, a túltöltést, a kényszerkisülést. Minden határokon átlépő lítium akkumulátorhoz szükséges. Nincs UN38.3, a logisztikai cégek nem nyúlnak hozzá.
IEC 62619
Lefedi az ipari lítium akkumulátor használatának biztonságát. A tesztelemek átfedésben vannak az UN38.3-mal, de inkább a működési forgatókönyvekre összpontosítanak: szög behatolás, ejtésvizsgálat, BMS-funkció ellenőrzése. Az IEC 62619 képezi a CE-jelölés műszaki alapját Európában, az AS/NZS-tanúsítvány Ausztráliában, a PSE-jóváhagyás Japánban.
Fontos szempont: a tanúsítványok bizonyos termékmodellekre vonatkoznak, nem a gyártókra. Egyes gyártók hitelesítenek egy modellt, majd mindenre rárakják a tanúsítványt, amit eladnak. Vásárláskor ellenőrizze, hogy a tanúsítvány modellszáma pontosan megegyezik-e azzal, amit vásárol. A nem megfelelő tanúsítványok semmit sem érnek.
Szállítói megjegyzések
Néhány, amivel foglalkoztunk:
A kínai beszállítók közül a BYD jelentős piaci részesedéssel rendelkezik az elektromos targoncák lítium akkumulátoraiban, Kínában állítólag körülbelül 60%. A pengeelemeikre 10 év garancia vonatkozik. A CATL és a Hangcha közös vállalkozást hozott létre Pengcheng New Energy néven, kifejezetten targoncák és AGV akkumulátorok számára. Ha már Hangcha járműveket használ, a csatorna simább lehet.
A nyugati beszállítók közül az EnerSys NexSys sorozat szilárd. A NexSys AIR vezeték nélküli töltőrendszerük támogatja az ólomsavat, a TPPL-t és a lítiumot ugyanazon az infrastruktúrán. Hasznos, ha flottája ólomsavról lítiumra vált át, és szeretné megóvni a töltőberendezés-befektetését.
A beszállítók értékelésekor felteendő kérdések:
Melyik cellagyártó, milyen fokozat (A-osztály vagy B-osztály)? Tudnak szolgáltatni ciklus-élettartam tesztadatokat a csomagokhoz, nem csak a csupasz cellákhoz? A garancia kiterjed a kapacitásra, vagy csak a teljes meghibásodásra? Hogyan kezelik a garanciális igényeket (az akkumulátorok nemzetközi szállítása drága és lassú)?
Végső gondolatok
Az akkumulátor kiválasztása nem egyszeri{0}}vásárlási döntés. Amit ma választ, az meghatározza az üzemeltetési költségeket és a karbantartás bonyolultságát a következő 5-10 évre. Ne csak a kezdeti vételárat nézze. Számítsa ki az öt-éves TCO-t, mielőtt döntene.
Ha konkrét projektje van folyamatban, és ellenőriznie kell az akkumulátor specifikációját, küldje el a működési paramétereket, a költségvetési tartományt, a speciális követelményeket (hűtőtároló, robbanásbiztos, szokatlan méretek). Korábban már ráléptünk néhány taposóaknára, és segíthetünk elkerülni őket.
