Baterie AGVPrůvodce výběrem: Požadavky na napětí, kapacitu a nabíjení
V posledních třech letech jsme byli svědky toho, že u více projektů AGV byl výběr baterií nesprávný než správný. Ne proto, že by klienti postrádali technické znalosti, ale proto, že technické listy, které dodavatelé poskytují, jsou pro skutečná rozhodnutí v podstatě k ničemu. Dvě baterie obě označené 48V 100Ah, jedna stojí třikrát více než druhá. jaký je v tom rozdíl? O tom je tento průvodce.
Volba napětí
Váš prodejce AGV říká, že vozidlo potřebuje 48V, takže jdete nakupovat 48V baterie. Zdá se to být jednoduché. není.
Nejprve základní fyzika.
Výkon se rovná napětí krát proud. Pro výstup 5000W 48V systém táhne 104A, 36V systém táhne 139A, 24V systém táhne 208A. Vyšší proud znamená silnější kabely, rychlejší opotřebení stykače, více tepla v konektorech. Použití 24V tam, kde byste mohli použít 48V, si koleduje o problémy.
Ale skutečné projekty nejsou tak jednoduché. Minulý rok jsme provedli projekt chladírenského skladu, původně specifikovaný 48V LFP. Během testování se vnitřní odpor při nízkých teplotách zvýšil, ochrana nabíjení se stále spouštěla. Přepnuto na 36V. Papírově méně efektivní, ale spolehlivé. V mrazicím prostředí spolehlivost vždy překonává efektivitu.
Moje pravidla pro výběr napětí:
24V
24V funguje pro zátěže pod 500 kg, pod 2kW spotřebou energie, napjaté rozpočty. Upřímně řečeno, 24V již zřídka doporučujeme, pokud to klienti výslovně nepožadují.
48V
48V pokrývá většinu skladových AGV. Zvládne zátěž 1 až 2,5 tuny, vyspělá nabíjecí infrastruktura, nejširší výběr dodavatelů. Výchozí volba, pokud se neděje nic zvláštního.
72V+
72V a 80V pro těžké vysokozdvižné vozíky, přístavní zařízení, venkovní přepravníky. Samsung SDI postavil 94V systém pro 10tunové elektrické vysokozdvižné vozíky, který údajně odpovídá výkonu nafty (to je z jejich webových stránek, sám jsem to netestoval, ale rekord Samsungu v tomto prostoru je solidní).
Kapacita: Každý zná vzorec, nikdo neví, kde získat vstupy
Formule
Kapacita (Ah)=Výkon (W) × Doba provozu (hodiny) ÷ Napětí (V) ÷ Účinnost
Účinnost: 0,95 pro lithium, 0,85 pro kyselinu olovnatou.
Problémem je „výkonové“ číslo. Prodejci AGV vám poskytnou „typické podmínky“, což znamená rovné podlahy, standardní zatížení, žádné časté starty a zastavení. Reálné sklady mají rampy, přetížení, špičky s nepřetržitým provozem. Skutečná spotřeba energie může být o 50 % vyšší než čísla ve specifikacích.
Co děláme: požádejte dodavatele AGV o tři čísla. Nezatížený cestovní výkon, naložený výkon do kopce, špičkový výkon. Poté odhadněte vážený průměr na základě skutečných tras klienta. Pokud může prodejce uvést pouze jedno vágní číslo „průměrného výkonu“, před výpočtem vynásobím 1,3.
JD Logistics pro informaci zveřejnila údaje o svých asijských č. 1 chytrých skladech. Jejich Dilang AGV mají nosnost 500 kg, běží 6 až 9 hodin naložené na importované články, podporují 50A rychlé nabíjení, které se dokončí za 30 minut (zdroj: technická dokumentace JD Logistics). Při 48V nabíjení 50A znamená kapacitu baterie někde mezi 40Ah a 60Ah. To je rozumné na 500kg nosič. Pokud vaše vozidlo přepravuje více nebo jezdí na delší trasy, zvyšte kapacitu odpovídajícím způsobem.
Chemie: LFP, NMC, LTO Každý má své místo
Trhu AGV dominují tři chemické sloučeniny lithia. Tady je můj názor:
LFP (lithium-železo fosfát)
Správná volba pro 90 % projektů. Dlouhá životnost, dobrý bezpečnostní profil, náklady výrazně klesly. CATL a BYD tvoří spolehlivé buňky LFP s vyspělými dodavatelskými řetězci. Pokud nemáte konkrétní důvod zvolit něco jiného, výchozí nastavení je LFP.
NMC (nikl-mangan-kobalt)
Vyšší hustota energie než LFP, ale kratší životnost cyklu a vyšší riziko tepelného úniku. Zvažte NMC pouze v případě, že váš AGV bateriový prostor je příliš malý na to, aby se do něj vešel objem LFP, který potřebujete. Osobně nemám rád NMC ve skladových prostředích. Pokud dojde k tepelnému úniku, ztratíte celý sklad, nejen AGV.
LTO (lithium titanát)
Zvláštní případ. Hustota energie je poloviční než LFP (opravdu nízká), ale rychlost nabíjení je extrémní (5C není problém, plné nabití za 12 minut), životnost cyklu je extrémní (15000+ cyklů), výkon za chladného počasí je extrémní (funguje při minus 30 stupních ). Cena je také extrémní. Dva scénáře, kde má LTO smysl: nepřetržitý nepřetržitý provoz s okny nabíjení pouze 10 až 15 minut nebo prostředí chladícího řetězce s výraznými teplotami pod{11}}nulou. Pokud váš projekt vyhovuje oběma scénářům, prémiová cena LTO je oprávněná.
| Typ | Energetická hustota | Cykly | Specifikace |
|---|---|---|---|
| LFP | 90 až 160 Wh/kg | 2000 až 5000 | Zvládá nabíjení 1C v pohodě, funguje až do mínus 20 stupňů, mírná cena. |
| NMC | 150 až 220 Wh/kg | 1000 až 2000 | Pozor na nabíjení nad 1C, průměrný výkon za studena, vyšší náklady. |
| LTO | 50 až 80 Wh/kg | 15 000 až 20 000 | Zvládá nabíjení 5C, funguje při minus 30 stupních, výrazně vyšší cena. |
Stejná chemie LFP, jiná kapacita: Jak si vybrat
Lidé se na to hodně ptají. Většina dodavatelů to nevysvětluje dobře, protože chtějí, abyste nakupovali větší (vyšší marže).
Je větší vždy lepší? Žádný.
Problémy s velkou kapacitou
Za prvé, váha.Balení LFP s kapacitou 100 Ah váží přibližně 45 kg, 200 Ah váží 85 kg. Těchto 40 kg navíc snižuje kapacitu užitečného zatížení nebo zvyšuje spotřebu energie na cestu.
Za druhé, doba nabíjení.Při 0,5C trvá 100Ah 2 hodiny, 200Ah 4 hodiny.
Třetí,pokud každá směna využívá pouze 30 % kapacity baterie, 70 % těchto článků je každý den ve vysokém stavu nabití, což urychluje stárnutí kalendáře.
Problémy s malou kapacitou
Problémy s malou kapacitou jsou zřejmé: krátká doba provozu, riziko, že vozidla zemřou uprostřed-směny, pokud dojde k překročení plánu nabíjení.
Můj princip velikosti
Zjistěte, kolik energie vozidlo skutečně spotřebovává mezi jednotlivými možnostmi nabíjení, a poté vyberte kapacitu, abyste v každém cyklu spotřebovali 60 % až 70 % baterie. Ne dost hluboko, aby to zatížilo buňky, ne dost mělké, aby to utrácelo peníze za nevyužitou kapacitu.
Příklad: AGV se může nabíjet každé 4 hodiny, průměrná spotřeba 800W. Čtyři hodiny při 800W jsou 3200Wh. Při 48V to je 67Ah. 100Ah akumulátor znamená 67% využití na cyklus. To je ta sladká tečka. Balení s kapacitou 150 Ah by spotřebovalo pouze 45 % na cyklus, což by plýtvalo kapitálem na články, které si nevydělávají.
DOD a Cycle Life: Tyto znalosti vám ušetří peníze
DOD znamená Depth of Discharge. Jeho dopad na životnost baterie je větší, než si většina lidí uvědomuje.
Battery University (batteryuniversity.com) zveřejnila testovací data, budu citovat přímo:
LFP buňky cyklované při 100% DOD dosahují 80% kapacity kolem 600 cyklů. Stejné buňky cyklované při 40% DOD vydržely přes 3000 cyklů. Stejná baterie, mělké cyklování poskytuje během své životnosti několikanásobně větší celkovou energetickou propustnost než hluboké cyklování.
Co to znamená prakticky? Je lepší koupit o něco větší kapacitu a použít jen polovinu, než kupovat přesně to, co potřebujete, a vypouštět to každý cyklus. Druhý přístup vypadá ze začátku levněji, ale baterie budete vyměňovat častěji.
Naše standardní konfigurace nyní: podlaha SOC na 20 % až 25 %, strop na 80 % až 85 %, vozidla fungují v tomto okně. V kombinaci s příležitostným nabíjením se životnost baterie prodlužuje dvakrát až třikrát ve srovnání s cyklem úplného nabití/vybití.
Jedna běžná mylná představa
Mnoho lidí si myslí, že lithiové baterie potřebují ke „kalibraci“ pravidelné úplné vybití. To je uvažování o niklu a kadmiu, naprosto špatné pro lithium. Hluboký výboj poškozuje strukturu elektrody. Moderní BMS používá coulombové počítání pro odhad SOC, nepotřebuje prázdné cykly pro kalibraci.
Strategie nabíjení: příležitostné nabíjení nebo výměna baterie
Oba přístupy mají své místo. Ani jedno není ze své podstaty „pokročilejší“.
Příležitostné nabíjení
Funguje, když využití AGV zůstane pod 75 %. Nabíjení vozidla při čekání na úkoly, ve frontě, nakládání/vykládání. Každé sezení trvá 15 až 30 minut. Přidává dostatek času běhu během dne. Není potřeba žádný lidský zásah. S LFP podporujícím nabíjení 1C přidá 15 minut zhruba 25 % kapacity, což stačí na další hodinu nebo dvě provozu.
Výměna baterie
Funguje, když využití přesáhne 95 % a vozidla nemohou zastavit. Vozidlo vjíždí do výměnné stanice, baterie vyměněna za 2 až 5 minut, ihned zpět do práce. Obchod-: každé vozidlo potřebuje 2 až 3 baterie, vyhrazené výměnné vybavení a operátory k provádění výměn.
Případ DHL stojí za zmínku. Jejich globální distribuční centra využívají kolaborativní roboty Locus Robotics s možností nabíjení. Efektivita vychystávání se zlepšila o 50 % na 70 %, pracovní úrazy klesly o 15 % (zdroj: webové stránky DHL a pokrytí Logistics Viewpoints). Tyto zisky z efektivity nepocházejí pouze od samotných robotů. Příležitostné nabíjení umožňuje skutečný 24hodinový bezobslužný provoz. Úspory mzdových nákladů jsou značné.
Nástrahy chladného prostředí
Pokud má váš sklad chlazené nebo mrazicí zóny, výběr baterie vyžaduje zvláštní péči.
Lithiové baterie mají za studena dva problémy. Za prvé, kapacita klesá: při minus 10 stupních si LFP zachovává možná 85 % kapacity; při minus 20 stupních možná 70 %. Za druhé, omezení nabíjení: nabíjení lithia pod bod mrazu způsobuje lithiové pokovování na anodě. To je trvalé poškození plus bezpečnostní riziko. Většina BMS odmítá nabíjecí proud, když teplota článku klesne pod 0 stupňů.
Praktická řešení: buď nastavte nabíjecí zóny mimo chladný prostor (vozidla vyjíždějí k nabíjení, po dokončení se vracejí), nebo použijte bateriové systémy s předehříváním (zahřátí článků nad bod mrazu před přijetím nabíjecího proudu).
Pokud vaše AGV pracují delší dobu pod minus 25 stupňů, standardní LFP to pravděpodobně nezruší. Zvažte LTO nebo specializované baterie studeného řetězce. LMFP články SVOLT tvrdí, že pracují při minus 30 stupních. Vybudovali si slušnou pozici v logistice chladícího řetězce. U mrazírenských aplikací stojí za to prozkoumat.
Spouštění čísel
Konkrétní postavy. Jedno 48V AGV, dvou-směnný provoz (16 hodin denně), pěti-letý horizont.
Přístup s olovem
Baterie (2 na rotaci): 4 000 USD
Nabíječka: 1 500 $
Roční elektřina (5 let): 9 000 USD
Roční údržba (5 let): 3 000 USD
Výměna (3. rok): 4 000 USD
Ztráty prostojů (5 let): 12 000 USD
Pět-let: celkem 33 500 $
LFP přístup
Baterie (pouze jedna): 12 000 $
Rychlá nabíječka: 3 500 $
Roční elektřina (5 let): 5 750 USD
Údržba: $0
Výměna: 0 $
Ztráty z prostojů (5 let): 2 000 USD
Pět-let:celkem 23 250 $
Úspora: 10 250 $, zhruba 31 %
To nepočítá ani náklady na likvidaci olověné kyseliny nebo zbytkovou hodnotu lithia po pěti letech.
Kdy lithium nedává smysl? Jednosměnný provoz (méně než 8 hodin denně), nízké využití. Překonání nižších počátečních nákladů na olověnou kyselinu trvá 7 až 8 let. Pokud je váš projektový horizont pouze 3 až 5 let a skutečně jezdíte pouze na jednu směnu, může být olověná kyselina lepší.
BMS: Více než jen ochranné obvody
Mnoho lidí považuje BMS za pouhé ochranné obvody. Odpojte baterii při přebití, nad-vybití, nad-proudem, nad-teplotou. Práce hotová. Moderní BMS umí mnohem více.
SOC odhad
Dobrý BMS dosahuje přesnosti v rozmezí plus minus 1 % až 3 % (technická dokumentace společnosti Infineon u svých řešení uvádí plus nebo minus 1 %). Proč záleží na přesnosti? Váš dispečerský systém může přidělovat úkoly na základě skutečného zbývajícího nabití každého vozidla. Vozidla s vysokým-nabitím zvládnou úkoly na dlouhé-vzdálenosti, vozidla s nízkým{7}}nabitím zvládnou krátké jízdy nebo nabíjení. Pokud je chyba odhadu SOC 10 %, nebude tato optimalizace možná.
monitorování SOH
Sledování zdravotního stavu. Dobrý BMS sleduje křivky degradace kapacity pro každou baterii a varuje měsíce dopředu, když selže baterie. Lepší než čekat na mrtvé vozidlo a řešit nouzové odstávky.
Řízení teploty
Monitorování v{0}}reálném čase na více místech v balíčku. Brzy rozpozná horké zóny, sníží výkon, než se problémy vystupňují.
Komunikační rozhraní
CAN bus nebo RS485 připojení k vašemu systému řízení skladu. Umožňuje WMS vidět stav baterie pro každé vozidlo.
Nezlevňujte BMS. Viděli jsme, že klienti ušetřili několik set dolarů na rozpočtových jednotkách BMS a pak objevili chyby v odhadu SOC tak velké, že expediční systém nemůže data vůbec použít. Je možné, že tuto funkci nemá.
Certifikace: Nejen papírování
Nejdůležitější jsou dvě certifikace: UN38.3 a IEC 62619.
UN38.3
Pokrývá bezpečnost přepravy. Testuje simulaci nadmořské výšky, teplotní cykly, vibrace, otřesy, zkrat, přebití, nucený výboj. Vyžaduje se pro všechny lithiové baterie překračující hranice. Ne UN38.3, logistické společnosti se toho nedotknou.
IEC 62619
Pokrývá bezpečnost průmyslového lithiového akumulátoru. Testované položky se překrývají s UN38.3, ale zaměřují se více na provozní scénáře: penetrace hřebíkem, testování pádem, ověření funkce BMS. IEC 62619 tvoří technický základ pro označení CE v Evropě, certifikaci AS/NZS v Austrálii, schválení PSE v Japonsku.
Důležitý bod: certifikace se vztahují na konkrétní modely produktů, nikoli na výrobce. Někteří výrobci certifikují jeden model a pak plácnou certifikát na vše, co prodávají. Při nákupu ověřte, že číslo modelu certifikátu přesně odpovídá tomu, co kupujete. Neshodné certifikáty jsou bezcenné.
Poznámky dodavatele
Několik z nich jsme řešili:
Mezi čínskými dodavateli má BYD významný podíl na trhu s lithiovými bateriemi pro elektrické vysokozdvižné vozíky, v Číně údajně kolem 60 %. Jejich čepelové baterie mají 10letou záruku. CATL a Hangcha vytvořily JV s názvem Pengcheng New Energy speciálně pro vysokozdvižné vozíky a baterie AGV. Pokud již používáte vozidla Hangcha, může být tento kanál plynulejší.
Mezi západními dodavateli je řada EnerSys NexSys solidní. Jejich bezdrátový nabíjecí systém NexSys AIR podporuje olověné kyseliny, TPPL a lithium na stejné infrastruktuře. Užitečné, pokud váš vozový park přechází z olova na lithium a chcete chránit své investice do dobíjecího zařízení.
Otázky, které je třeba si položit při hodnocení dodavatelů:
Který výrobce článků, jaká třída (A-třída nebo B-třída)? Mohou poskytnout údaje o testech životnosti cyklu pro balíčky, nejen pro holé buňky? Sníží se kapacita záruky nebo dojde pouze k úplnému selhání? Jak řeší záruční reklamace (zasílání baterií do zahraničí je drahé a pomalé)?
Závěrečné myšlenky
Výběr baterie není jednorázové{0}}rozhodnutí o nákupu. To, co si dnes vyberete, určuje provozní náklady a složitost údržby na dalších 5 až 10 let. Nedívejte se jen na počáteční kupní cenu. Než se rozhodnete, spočítejte si TCO za pět{6}}let.
Pokud máte rozpracovaný konkrétní projekt a potřebujete ověřit specifikaci baterie, zašlete nám provozní parametry, rozpočtový rozsah, speciální požadavky (chladicí sklad, -nevýbušné, neobvyklé rozměry). Na některé z těchto nášlapných min jsme již šlápli a můžeme vám pomoci se jim vyhnout.
