Акумулятор AGVКерівництво з вибору: вимоги до напруги, ємності та заряджання
За останні три роки ми спостерігали більше проектів AGV, у яких акумулятор вибирали неправильно, ніж правильно. Не тому, що клієнтам бракує технічних знань, а тому, що специфікації, які надають постачальники, в основному марні для прийняття реальних рішень. Дві батареї з маркуванням 48V 100Ah, одна коштує втричі дорожче за іншу. яка різниця Саме про це цей посібник.
Вибір напруги
Ваш постачальник AGV каже, що транспортному засобу потрібне 48 В, тому ви йдете купувати акумулятори 48 В. Здається простим. Це не так.
Спочатку основи фізики.
Потужність дорівнює напрузі, помноженій на струм. Щоб отримати 5000 Вт, система 48 В споживає 104 А, система 36 В споживає 139 А, система 24 В споживає 208 А. Вищий струм означає товщі кабелі, швидший знос контактора, більше тепла в роз’ємах. Використання 24 В там, де можна було б використовувати 48 В, вимагає неприємностей у майбутньому.
Але реальні проекти не такі прості. Минулого року ми робили проект холодного сховища, спочатку за специфікацією 48 В LFP. Під час тестування внутрішній опір підвищувався при низьких температурах, захист від заряджання постійно спрацьовував. Переключив на 36В. Менш ефективний на папері, але надійний. У морозильних камерах надійність щоразу перевищує ефективність.
Мої правила вибору напруги:
24V
24 В працює для навантажень менше 500 кг, споживання електроенергії менше 2 кВт, обмежений бюджет. Чесно кажучи, ми рідко рекомендуємо 24 В більше, якщо клієнти спеціально цього не вимагають.
48V
48 В охоплює більшість складських AGV. Витримує навантаження від 1 до 2,5 тонн, розвинена інфраструктура зарядки, найширший вибір постачальників. Вибір за умовчанням, якщо нічого особливого не відбувається.
72V+
72 В і 80 В для важких вилкових навантажувачів, портового обладнання, зовнішніх самоскидів. Samsung SDI створив систему 94 В для 10-тонних електричних навантажувачів, яка нібито відповідає характеристикам дизеля (це на їхньому веб-сайті, я не тестував це на собі, але послужний список Samsung у цій галузі непоганий).
Ємність: усі знають формулу, ніхто не знає, де взяти вхідні дані
Формула
Ємність (Аг)=Потужність (Вт) × Час роботи (годин) ÷ Напруга (В) ÷ ККД
ККД: 0,95 для літію, 0,85 для свинцевої кислоти.
Проблема в числі «потужності». Постачальники AGV надають вам «типові умови», тобто рівні підлоги, стандартні навантаження, відсутність частих пусків і зупинок. Реальні склади мають пандуси, перевантаження, години пік з безперервною роботою. Фактична споживана потужність може бути на 50% вищою, ніж у технічних характеристиках.
Що ми робимо: попросіть у постачальника AGV три номери. Крейсерська потужність без навантаження, потужність підйому під навантаженням, пікова потужність. Потім оцініть середньозважене значення на основі фактичних маршрутів клієнта. Якщо постачальник може дати лише одне розпливчасте число «середньої потужності», я множу на 1,3 перед обчисленням.
Для довідки JD Logistics опублікувала дані про свої інтелектуальні склади No.1 в Азії. Їхні Dilang AGV мають вагу 500 кг, працюють від 6 до 9 годин із завантаженням імпортованих елементів, підтримують швидку зарядку 50 А, яка завершується за 30 хвилин (джерело: технічна документація JD Logistics). При 48 В зарядка 50 А означає ємність акумулятора десь між 40 А·год і 60 А·год. Це розумно для вантажівки вагою 500 кг. Якщо ваш транспортний засіб перевозить більше або проходить довші маршрути, відповідно збільште ємність.
Хімія: LFP, NMC, LTO кожен має своє місце
На ринку AGV домінують три літієві хімікати. Ось мій погляд:
LFP (літій-залізофосфат)
Правильний вибір для 90% проектів. Довгий термін служби, хороший профіль безпеки, витрати значно знизилися. CATL і BYD створюють надійні комірки LFP із розвиненими ланцюгами поставок. Якщо у вас немає конкретної причини вибрати щось інше, за замовчуванням використовуйте LFP.
NMC (нікель марганець кобальт)
Вища щільність енергії, ніж LFP, але коротший життєвий цикл і вищий ризик термічного витоку. Розглядайте NMC, лише якщо відсік для батареї AGV замалий, щоб помістити необхідний обсяг LFP. Особисто я не люблю NMC у складських умовах. Якщо трапиться термічний викид, ви втратите запаси всього складу, а не лише AGV.
LTO (титанат літію)
Особливий випадок. Щільність енергії становить половину від LFP (справді низька), але швидкість заряджання надзвичайно висока (5C не проблема, повна зарядка за 12 хвилин), життєвий цикл екстремальний (15000+ циклів), продуктивність у холодну погоду екстремальна (працює при мінус 30 градусах). Ціна теж екстремальна. Два сценарії, коли LTO має сенс: безперервна робота 24/7 із лише 10–15-хвилинними вікнами заряджання або середовище холодового ланцюга зі серйозними мінусовими-температурами. Якщо ваш проект відповідає будь-якому сценарію, преміальна ціна LTO виправдана.
| Тип | Щільність енергії | Цикли | характеристики |
|---|---|---|---|
| LFP | Від 90 до 160 Вт·год/кг | 2000 до 5000 | Добре справляється з зарядкою 1C, працює до мінус 20 градусів, помірна вартість. |
| НМК | Від 150 до 220 Вт·год/кг | 1000 до 2000 | Будьте обережні вище 1C заряджання, середня холодна продуктивність, вища вартість. |
| LTO | Від 50 до 80 Вт·год/кг | Від 15000 до 20000 | Витримує зарядку 5C, працює при мінус 30 градусах, вартість значно вища. |
Та сама хімія LFP, різна ємність: як вибрати
Люди часто про це запитують. Більшість постачальників погано пояснюють це, тому що вони хочуть, щоб ви купували більше (вища маржа).
Чи завжди краще краще? немає
Проблеми з великою ємністю
По-перше, вага.Блок LFP ємністю 100 А·год важить близько 45 кг, акумулятор ємністю 200 А·год важить 85 кг. Ці додаткові 40 кг або зменшують вантажопідйомність, або збільшують споживання енергії на поїздку.
По-друге, час зарядки.При 0,5C 100Ah займає 2 години, 200Ah займає 4 години.
по-третє,якщо кожна зміна використовує лише 30% ємності батареї, 70% цих елементів щодня залишаються на високому рівні заряду, що прискорює старіння календаря.
Проблеми з невеликою ємністю
Проблеми з невеликою ємністю очевидні: короткий час роботи, ризик загибелі транспортних засобів під час-зміни, якщо розклад зарядки буде збійним.
Мій принцип розміру
Визначте, скільки енергії транспортний засіб фактично споживає між заряджаннями, а потім виберіть ємність, щоб ви використовували від 60% до 70% акумулятора за кожен цикл. Недостатньо глибоко, щоб навантажувати клітини, недостатньо мілко, щоб витрачати гроші на невикористану ємність.
Приклад: AGV може заряджатися кожні 4 години, середнє споживання електроенергії 800 Вт. Чотири години на 800 Вт – це 3200 Вт·год. При 48 В це 67 Ач. Акумулятор на 100 А·год означає 67% використання за цикл. Це солодке місце. Агрегат ємністю 150 А/год споживатиме лише 45% за цикл, витрачаючи капітал на клітини, які не заробляють.
DOD і Cycle Life: ці знання заощадять ваші гроші
DOD означає глибину розряду. Його вплив на термін служби акумулятора більший, ніж більшість людей усвідомлюють.
Університет акумуляторів (batteryuniversity.com) опублікував дані тестування, які я прямо цитую:
Осередки LFP, що працюють на 100% DOD, досягають 80% ємності приблизно за 600 циклів. Ті самі клітини, що циклюють при 40% DOD, працюють понад 3000 циклів. Та сама батарея, неглибока циклічна передача забезпечує в кілька разів більшу загальну пропускну здатність протягом усього терміну служби, ніж глибока циклічна.
Що це означає практично? Краще придбати трохи більшу ємність і використовувати лише половину, ніж купувати саме те, що вам потрібно, і зливати його кожного циклу. Другий підхід на перший погляд виглядає дешевшим, але ви будете частіше замінювати батареї.
Зараз наша стандартна конфігурація: підлога SOC від 20% до 25%, стеля від 80% до 85%, транспортні засоби працюють у цьому вікні. У поєднанні з можливістю заряджання термін служби батареї подовжується у два-три рази порівняно з повним циклом заряджання/розряджання.
Одна поширена помилка
Багато людей вважають, що літієві батареї потребують періодичної повної розрядки для «калібрування». Це нікель-кадмієве мислення, абсолютно неправильне для літію. Глибокий розряд пошкоджує структуру електрода. Сучасна BMS використовує кулонівський підрахунок для оцінки SOC, не потребує порожніх циклів для калібрування.
Стратегія заряджання: можливість заряджання або заміна батареї
Обидва підходи мають своє місце. Жоден за своєю суттю не є «більш просунутим».
Можливість зарядки
Працює, коли використання AGV залишається нижче 75%. Заряджає автомобіль під час очікування завдань, стояння в черзі, завантаження/розвантаження. Кожен сеанс триває від 15 до 30 хвилин. Додає достатньо часу роботи протягом дня. Втручання людини не потрібне. З LFP, що підтримує зарядку 1C, 15 хвилин додають приблизно 25% ємності, чого достатньо ще на одну-дві години роботи.
Заміна батареї
Працює, коли використання перевищує 95% і транспортні засоби не можуть зупинитися. Автомобіль потрапляє на станцію обміну, заміна батареї за 2-5 хвилин, негайно повернення до роботи. Компроміс-: кожному транспортному засобу потрібні 2–3 акумулятори, спеціальне обладнання для заміни, оператори для виконання заміни.
Випадок DHL вартий уваги. Їхні глобальні дистриб’юторські центри використовують роботів Locus Robotics для спільної роботи з можливістю оплати. Ефективність комплектування підвищилася на 50-70%, кількість травм на виробництві знизилася на 15% (джерело: веб-сайт DHL і висвітлення Logistics Viewpoints). Це збільшення ефективності не лише завдяки самим роботам. Можливість заряджання забезпечує справжню 24-годинну безпілотну роботу. Значна економія витрат на оплату праці.
Підводні камені холодного середовища
Якщо у вашому складі є холодильні або морозильні камери, вибір батареї вимагає особливої обережності.
Літієві батареї мають дві проблеми на холоді. По-перше, ємність падає: при мінус 10 градусах LFP зберігає, можливо, 85% ємності; при мінус 20 градусах може бути 70%. По-друге, обмеження заряджання: заряджання літію нижче температури замерзання спричиняє літієве покриття на аноді. Це постійна шкода плюс загроза безпеці. Більшість BMS відмовляються від зарядного струму, коли температура елемента падає нижче 0 градусів.
Практичні рішення: або встановіть зони заряджання за межами холодної зони (автомобілі виїжджають для заряджання, повертаються після завершення), або використовуйте акумуляторні системи з попереднім підігрівом (нагрійте елементи вище точки замерзання, перш ніж приймати зарядний струм).
Якщо ваші AGV працюють тривалий час при температурі нижче мінус 25 градусів, стандартний LFP, ймовірно, не допоможе. Розгляньте LTO або спеціалізовані батареї холодового ланцюга. Осередки LMFP SVOLT працюють при температурі мінус 30 градусів. Вони зайняли гідну позицію в логістиці холодового ланцюга. Варто дослідити для морозильних камер.
Проведення чисел
Бетонні фігури. Один 48V AGV, робота в дві-зміни (16 годин на день), горизонт п’яти-років.
Свинцево-кислотний підхід
Акумулятори (2 для ротації): 4000 доларів
Зарядний пристрій: 1500 доларів
Річна електроенергія (5 років): 9000 доларів США
Річне технічне обслуговування (5 років): 3000 доларів США
Заміна (3 рік): 4000 доларів США
Збитки від простою (5 років): 12 000 доларів США
П’ять-років: 33 500 доларів США
Підхід LFP
Акумулятор (лише один): 12 000 доларів
Швидкий зарядний пристрій: 3500 доларів
Річна електроенергія (5 років): 5750 доларів США
Технічне обслуговування: $0
Заміна: $0
Збитки від простою (5 років): 2000 доларів США
П’ять-років: усього 23 250 доларів США
Економія: $10 250, приблизно 31%
Це навіть не враховує витрати на утилізацію свинцевої кислоти чи залишкову вартість літію через п’ять років.
Коли літій не має сенсу? Робота в одну зміну (до 8 годин на добу), низьке використання. Щоб подолати нижчу початкову вартість свинцевої кислоти, потрібно від 7 до 8 років. Якщо горизонт вашого проекту становить лише 3-5 років і ви справді працюєте лише в одну зміну, свинцева кислота може підібрати краще.
BMS: Більше ніж схеми захисту
Багато людей розглядають BMS лише як схеми захисту. Відключайте батарею під час перезаряду, пере-розряду, пере-струму, пере-температури. Робота зроблена. Сучасна BMS робить набагато більше.
Оцінка SOC
Хороша BMS забезпечує точність від плюс-мінус 1% до 3% (технічна документація Infineon стверджує плюс-мінус 1% для своїх рішень). Чому точність важлива? Ваша диспетчерська система може призначати завдання на основі фактичного залишку заряду кожного автомобіля. Автомобілі з високим-зарядом мають виконувати завдання на-далеку відстань, транспортні засоби з низьким-зарядом мають короткі пробіги або прямують до заряджання. Якщо похибка оцінки SOC становить 10%, оптимізація стає неможливою.
Моніторинг SOH
Відстеження стану здоров'я. Хороша BMS відстежує криві зниження ємності для кожної батареї, попереджає на місяці вперед, коли батарея виходить з ладу. Краще, ніж чекати на мертвий автомобіль і мати справу з аварійним простоєм.
Управління температурою
Моніторинг-у реальному часі в кількох точках пакета. Виявляє гарячі зони на ранній стадії, зменшує потужність до загострення проблем.
Інтерфейс зв'язку
Шина CAN або RS485 підключення до вашої системи управління складом. Дозволяє WMS бачити стан акумулятора для кожного автомобіля.
Не економте на BMS. Ми бачили, як клієнти економили кілька сотень доларів на бюджетних блоках BMS, а потім виявляли помилки оцінки SOC настільки великі, що диспетчерська система взагалі не могла використовувати дані. Може також не мати цієї функції.
Сертифікати: не лише документи
Найбільше значення мають два сертифікати: UN38.3 та IEC 62619.
UN38.3
Охоплює безпеку транспортування. Випробовує симуляцію висоти, зміну температури, вібрацію, удари, коротке замикання, перезаряд, примусовий розряд. Необхідний для будь-якої літієвої батареї, що перетинає кордони. Ні UN38.3, логістичні компанії не чіпатимуть.
IEC 62619
Охоплює безпеку використання промислової літієвої батареї. Тестові елементи збігаються з UN38.3, але більше зосереджені на робочих сценаріях: проникнення цвяхів, тестування на падіння, перевірка функціонування BMS. IEC 62619 формує технічну основу для маркування CE в Європі, сертифікації AS/NZS в Австралії, затвердження PSE в Японії.
Важливий момент: сертифікати поширюються на конкретні моделі продукції, а не на виробників. Деякі виробники сертифікують одну модель, а потім накладають сертифікат на все, що вони продають. Купуючи, переконайтеся, що номер моделі сертифіката точно відповідає тому, що ви купуєте. Невідповідні сертифікати нічого не варті.
Примітки постачальника
Деякі з них ми мали справу:
Серед китайських постачальників BYD займає основну частку ринку літієвих батарей для електричних навантажувачів, як повідомляється, близько 60% у Китаї. На їхні леза-батареї надається 10-річна гарантія. CATL і Hangcha створили спільне підприємство під назвою Pengcheng New Energy спеціально для акумуляторів для навантажувачів і AGV. Якщо ви вже використовуєте транспортні засоби Hangcha, цей канал може бути плавнішим.
Серед західних постачальників солідною є серія EnerSys NexSys. Їхня система бездротової зарядки NexSys AIR підтримує свинцево-кислотні, TPPL і літієві в одній інфраструктурі. Корисно, якщо ваш автопарк переходить зі свинцевої кислоти на літій і ви хочете захистити свої інвестиції в зарядне обладнання.
Питання, які слід поставити під час оцінки постачальників:
Який виробник елемента, якого класу (A-клас або B-клас)? Чи можуть вони надати дані випробування життєвого циклу пакетів, а не лише чистих клітинок? Чи поширюється гарантія на зниження ємності чи лише на повну несправність? Як вони розглядають гарантійні претензії (міжнародна доставка акумуляторів дорога та повільна)?
Заключні думки
Вибір батареї – це не-одноразове рішення про покупку. Те, що ви виберете сьогодні, визначає експлуатаційні витрати та складність обслуговування протягом наступних 5-10 років. Не дивіться лише на початкову ціну покупки. Перш ніж прийняти рішення, розрахуйте п’ятирічний-TCO.
Якщо у вас є конкретний проект, і вам потрібно підтвердити специфікації акумулятора, надішліть робочі параметри, діапазон бюджету, особливі вимоги (холодне зберігання, вибухозахищеність, незвичайні розміри). Ми вже наступали на деякі з цих мін і можемо допомогти вам їх уникнути.
