AGV baterijaVodič za odabir: Zahtjevi za napon, kapacitet i punjenje
U posljednje tri godine, vidjeli smo više AGV projekata koji odabiru bateriju pogrešno nego ispravno. Ne zato što klijentima nedostaje tehničko znanje, već zato što su specifikacije koje dostavljaju dobavljači u osnovi beskorisne za donošenje pravih odluka. Dvije baterije s oznakom 48V 100Ah, jedna košta tri puta više od druge. Koja je razlika? O tome govori ovaj vodič.
Odabir napona
Vaš dobavljač AGV-a kaže da je vozilu potrebno 48 V, pa morate kupiti baterije od 48 V. Čini se jednostavnim. Nije.
Najprije osnove fizike.
Snaga je jednaka naponu puta struji. Za izlaznu snagu od 5000 W, sustav od 48 V povlači 104 A, sustav od 36 V povlači 139 A, sustav od 24 V povlači 208 A. Veća struja znači deblje kabele, brže trošenje kontaktora, više topline u konektorima. Korištenje 24V gdje biste mogli koristiti 48V traži probleme u budućnosti.
Ali pravi projekti nisu tako jednostavni. Prošle smo godine napravili projekt hladnjače, izvorno specificiran 48V LFP. Tijekom testiranja, unutarnji otpor je naglo porastao pri niskim temperaturama, zaštita od punjenja nastavila se aktivirati. Prešao na 36V. Manje učinkovit na papiru, ali pouzdan. U okruženjima zamrzivača, pouzdanost svaki put pobjeđuje učinkovitost.
Moja pravila za odabir napona:
24V
24 V radi za opterećenja manja od 500 kg, manja od 2 kW potražnje za strujom, mali proračuni. Iskreno, rijetko više preporučujemo 24V osim ako klijenti to izričito ne traže.
48V
48V pokriva većinu skladišnih AGV-ova. Podnosi teret od 1 do 2,5 tone, razvijena infrastruktura za punjenje, najširi izbor dobavljača. Zadani izbor ako se ne događa ništa posebno.
72V+
72V i 80V za teške viličare, lučku opremu, vanjske tegljače. Samsung SDI napravio je sustav od 94 V za električne viličare od 10 tona koji navodno odgovara dizelskim performansama (to je s njihove web stranice, nisam ga osobno testirao, ali Samsungovi rezultati u ovom području su solidni).
Kapacitet: Svi znaju formulu, nitko ne zna gdje nabaviti ulazne podatke
Formula
Kapacitet (Ah)=Snaga (W) × Vrijeme rada (sati) ÷ Napon (V) ÷ Učinkovitost
Učinkovitost: 0,95 za litij, 0,85 za olovnu kiselinu.
Problem je broj "snage". Dobavljači AGV-a daju vam "tipične uvjete" što znači ravne podove, standardna opterećenja, bez čestih pokretanja i zaustavljanja. Prava skladišta imaju rampe, pretovar, vršne sate s kontinuiranim radom. Stvarna potrošnja energije može biti 50% veća od brojeva u specifikacijama.
Što radimo: zatražite od dobavljača AGV-a tri broja. Snaga krstarenja bez opterećenja, snaga uzbrdo pod opterećenjem, vršna snaga. Zatim procijenite ponderirani prosjek na temelju klijentovih stvarnih ruta. Ako dobavljač može dati samo jedan nejasan broj "prosječne snage", množim s 1,3 prije izračuna.
Za referencu, JD Logistics objavio je podatke o svojim pametnim skladištima broj 1 u Aziji. Njihovi Dilang AGV-ovi nose 500 kg, rade 6 do 9 sati napunjeni na uvezene ćelije, podržavaju brzo punjenje od 50 A koje se završava za 30 minuta (izvor: tehnička dokumentacija JD Logistics). Na 48V, 50A punjenje znači kapacitet baterije negdje između 40Ah i 60Ah. To je razumno za nosač od 500 kg. Ako vaše vozilo nosi više ili vozi duže rute, povećajte kapacitet u skladu s tim.
Kemija: LFP, NMC, LTO svaki ima svoje mjesto
Tri litijeve kemikalije dominiraju tržištem AGV-a. Evo mog mišljenja:
LFP (litij željezo fosfat)
Pravi izbor za 90% projekata. Dug vijek trajanja, dobar sigurnosni profil, troškovi su značajno smanjeni. CATL i BYD proizvode pouzdane LFP ćelije sa zrelim opskrbnim lancima. Osim ako nemate poseban razlog da odaberete nešto drugo, prema zadanim postavkama postavite LFP.
NMC (nikl mangan kobalt)
Veća gustoća energije od LFP-a, ali kraći životni ciklus i veći rizik od toplinskog odlaska. Razmislite o NMC-u samo ako je vaš odjeljak za AGV baterije premalen da stane u LFP volumen koji vam je potreban. Osobno ne volim NMC u skladišnim okruženjima. Ako se dogodi toplinski bijeg, gubite inventar u vrijednosti cijelog skladišta, a ne samo AGV.
LTO (litijev titanat)
Poseban slučaj. Gustoća energije je polovica LFP-a (stvarno niska), ali brzina punjenja je ekstremna (5C nije problem, potpuno punjenje za 12 minuta), radni vijek je ekstreman (15000+ ciklusa), performanse po hladnom vremenu su ekstremne (radi na minus 30 stupnjeva). Cijena je također ekstremna. Dva scenarija u kojima LTO ima smisla: kontinuirani rad 24/7 sa samo 10 do 15 minuta punjenja ili okruženja hladnog lanca s ozbiljnim temperaturama ispod -nule. Ako vaš projekt odgovara bilo kojem scenariju, LTO-ova premium cijena je opravdana.
| Tip | Gustoća energije | Ciklusi | Naočale |
|---|---|---|---|
| LFP | 90 do 160 Wh/kg | 2000 do 5000 | Dobro podnosi punjenje od 1C, radi do minus 20 stupnjeva, umjerena cijena. |
| NMC | 150 do 220 Wh/kg | 1000 do 2000 | Budite oprezni iznad 1C punjenja, prosječne hladne performanse, viši trošak. |
| LTO | 50 do 80 Wh/kg | 15000 do 20000 | Podnosi punjenje od 5C, radi na minus 30 stupnjeva, znatno veća cijena. |
Ista LFP kemija, različiti kapacitet: Kako odabrati
Ljudi se to često pitaju. Većina dobavljača to ne objašnjava dobro jer žele da kupujete više (veću maržu).
Je li veće uvijek bolje? Ne.
Problemi s velikim kapacitetom
Prvo, težina.LFP paket od 100 Ah teži oko 45 kg, a od 200 Ah teži 85 kg. Tih dodatnih 40 kg ili smanjuje nosivost ili povećava potrošnju energije po putovanju.
Drugo, vrijeme punjenja.Na 0.5C, 100Ah potrebno je 2 sata, 200Ah potrebno je 4 sata.
Treći,ako svaka smjena koristi samo 30% kapaciteta baterije, 70% tih ćelija nalazi se u visokom stanju napunjenosti svaki dan, ubrzavajući starenje kalendara.
Problemi s malim kapacitetom
Problemi s malim kapacitetom su očiti: kratko vrijeme rada, rizik od kvara vozila u-smjeni ako raspored punjenja pomakne.
Moj princip dimenzioniranja
Odredite koliko energije vozilo zapravo troši između punjenja, a zatim odaberite kapacitet tako da koristite 60% do 70% paketa u svakom ciklusu. Nedovoljno duboko da optereti stanice, nedovoljno plitko da uzalud troši novac na neiskorišteni kapacitet.
Primjer: AGV se može puniti svaka 4 sata, prosječna potrošnja energije 800 W. Četiri sata na 800W je 3200Wh. Na 48V to je 67Ah. Paket od 100 Ah znači iskorištenje od 67% po ciklusu. To je slatka točka. Paket od 150 Ah koristio bi samo 45% po ciklusu, trošeći kapital na ćelije koje ne zarađuju.
DOD i Cycle Life: ovo će vam znanje uštedjeti novac
DOD znači dubina pražnjenja. Njegov utjecaj na trajanje baterije veći je nego što većina ljudi shvaća.
Sveučilište Battery (batteryuniversity.com) objavilo je testne podatke koje ću izravno citirati:
LFP ćelije ciklusirane na 100% DOD dostižu 80% kapaciteta oko 600 ciklusa. Iste stanice ciklusirane na 40% DOD traju preko 3000 ciklusa. Ista baterija, plitko cikliranje isporučuje nekoliko puta veću ukupnu propusnost energije tijekom životnog vijeka nego duboko cikliranje.
Što to praktično znači? Bolje kupiti nešto veći kapacitet i koristiti ga samo pola nego kupiti točno ono što vam treba i prazniti ga svaki ciklus. Drugi pristup unaprijed izgleda jeftinije, ali češće ćete mijenjati baterije.
Naša sada standardna konfiguracija: SOC pod na 20% do 25%, strop na 80% do 85%, vozila rade unutar ovog prozora. U kombinaciji s prigodnim punjenjem, trajanje baterije produljuje se dva do tri puta u usporedbi s punim ciklusom punjenja/pražnjenja.
Jedna uobičajena zabluda
Mnogi ljudi misle da je litijskim baterijama potrebno povremeno potpuno pražnjenje za "kalibraciju". To je razmišljanje o nikal kadmiju, potpuno pogrešno za litij. Duboko pražnjenje oštećuje strukturu elektrode. Moderni BMS koristi kulonsko brojanje za procjenu SOC, ne trebaju prazni ciklusi za kalibraciju.
Strategija punjenja: mogućnost punjenja ili zamjena baterije
Oba pristupa imaju svoje mjesto. Ni jedno nije samo po sebi "naprednije".
Oportunitetno punjenje
Radi kada iskorištenost AGV-a ostane ispod 75%. Naplata vozila tijekom čekanja na zadatke, čekanja u redu, utovara/istovara. Svaka sesija traje 15 do 30 minuta. Dodaje dovoljno vremena rada tijekom dana. Nije potrebna ljudska intervencija. Uz LFP koji podržava 1C punjenje, 15 minuta dodaje otprilike 25% kapaciteta, dovoljno za još sat ili dva rada.
Zamjena baterije
Radi kada iskorištenost prelazi 95% i vozila se ne mogu zaustaviti. Vozilo ulazi u zamjenu, baterija promijenjena za 2 do 5 minuta, odmah povratak na posao. Kompromis-: svako vozilo treba 2 do 3 baterije, namjensku opremu za zamjenu, operatere za obavljanje zamjene.
DHL-ov slučaj je vrijedan pažnje. Njihovi globalni distribucijski centri koriste kolaborativne robote Locus Robotics s naplatom mogućnosti. Učinkovitost skupljanja poboljšana je za 50% do 70%, ozljede na radnom mjestu pale su za 15% (izvor: DHL web stranica i pokrivenost Logistics Viewpoints). Taj dobitak učinkovitosti ne dolazi samo od samih robota. Opportunity punjenje omogućuje pravi 24-satni rad bez posade. Uštede troškova rada su značajne.
Zamke hladnog okruženja
Ako vaše skladište ima rashladne ili zamrzivačke zone, odabir baterija zahtijeva dodatnu pažnju.
Litijske baterije imaju dva problema na hladnoći. Prvo, kapacitet pada: na minus 10 stupnjeva, LFP zadržava možda 85% kapaciteta; na minus 20 stupnjeva možda 70%. Drugo, ograničenja punjenja: punjenje litija ispod točke smrzavanja uzrokuje litijsku presvlaku na anodi. To je trajna šteta plus sigurnosna opasnost. Većina BMS-a odbija struju punjenja kada temperatura ćelije padne ispod 0 stupnjeva.
Praktična rješenja: ili postavite zone punjenja izvan hladnog područja (vozila izlaze na punjenje, vraćaju se kada završe) ili koristite sustave baterija s predgrijanjem (zagrijte ćelije iznad točke smrzavanja prije prihvaćanja struje punjenja).
Ako vaši AGV-i rade duže vrijeme ispod minus 25 stupnjeva, standardni LFP vjerojatno neće uspjeti. Razmotrite LTO ili specijalizirane baterije hladnog lanca. SVOLT-ove LMFP ćelije tvrde da rade na minus 30 stupnjeva. Izgradili su pristojnu poziciju u logistici hladnog lanca. Vrijedi istražiti za primjenu u zamrzivaču.
Vođenje brojeva
Konkretne figure. Jedan 48V AGV, rad u dvije-smjene (16 sati dnevno), pet-godišnji horizont.
Pristup olovne kiseline
Baterije (2 za rotaciju): 4000 USD
Punjač: 1500 dolara
Godišnja struja (5 godina): 9000 USD
Godišnje održavanje (5 godina): 3000 USD
Zamjena (3. godina): 4000 USD
Gubici zastoja (5 godina): 12 000 USD
Pet{0}}godina: ukupno 33 500 USD
LFP pristup
Baterija (samo jedna): 12.000 dolara
Brzi punjač: 3500 dolara
Godišnja struja (5 godina): 5750 USD
Održavanje: 0 USD
Zamjena: $0
Gubici zastoja (5 godina): 2000 USD
Pet{0}}godina: ukupno 23 250 USD
Ušteda: $10,250, otprilike 31%
Ovo čak ne računa troškove odlaganja olovne kiseline ili preostalu vrijednost litija nakon pet godina.
Kada litij nema smisla? Rad u jednoj smjeni (ispod 8 sati dnevno), niska iskorištenost. Za prevladavanje nižih početnih troškova olovne kiseline potrebno je 7 do 8 godina. Ako je horizont vašeg projekta samo 3 do 5 godina i stvarno radite samo u jednoj smjeni, olovna kiselina bi mogla biti bolja.
BMS: Više od zaštitnih krugova
Mnogi ljudi tretiraju BMS samo kao zaštitne sklopove. Isključite bateriju tijekom prenapunjenosti, preko-pražnjenja, preko-struje, preko-temperature. Posao obavljen. Moderni BMS čini puno više.
SOC procjena
Dobar BMS postiže točnost unutar plus ili minus 1% do 3% (Infineonova tehnička dokumentacija tvrdi plus ili minus 1% za svoja rješenja). Zašto je točnost važna? Vaš dispečerski sustav može dodijeliti zadatke na temelju stvarne preostale napunjenosti svakog vozila. Vozila s-naponom dobivaju zadatke na-duge udaljenosti, vozila s-nisko punjenjem imaju kratke vožnje ili se kreću na punjenje. Ako je pogreška procjene SOC-a 10%, ova optimizacija postaje nemoguća.
SOH praćenje
Praćenje zdravstvenog stanja. Dobar BMS prati krivulje degradacije kapaciteta za svaku bateriju, upozorava mjesecima unaprijed kada paket ne radi. Bolje nego čekati mrtvo vozilo i nositi se s hitnim zastojima.
Upravljanje temperaturom
Praćenje-u stvarnom vremenu na više točaka u paketu. Rano uočava vruće zone, smanjuje snagu prije nego problemi eskaliraju.
Komunikacijsko sučelje
CAN sabirnica ili RS485 povezivanje s vašim sustavom upravljanja skladištem. Omogućuje WMS-u da vidi status baterije za svako vozilo.
Ne štedite na BMS-u. Vidjeli smo kako klijenti štede nekoliko stotina dolara na jeftinim BMS jedinicama, a zatim otkrivaju pogreške u procjeni SOC-a toliko velike da sustav otpreme uopće ne može koristiti podatke. Možda i nema značajku.
Certifikati: ne samo papirologija
Dva su certifikata najvažnija: UN38.3 i IEC 62619.
UN38.3
Pokriva sigurnost u transportu. Testira simulaciju nadmorske visine, temperaturne cikluse, vibracije, udarce, kratki spoj, prekomjerno punjenje, prisilno pražnjenje. Potreban za sve litijske baterije koje prelaze granice. Ne UN38.3, logističke tvrtke to neće dirati.
IEC 62619
Pokriva sigurnost korištenja industrijske litijske baterije. Stavke ispitivanja preklapaju se s UN38.3, ali se više fokusiraju na operativne scenarije: probijanje čavala, ispitivanje pada, provjera funkcije BMS-a. IEC 62619 čini tehničku osnovu za oznaku CE u Europi, AS/NZS certifikat u Australiji, PSE odobrenje u Japanu.
Važna točka: certifikati se odnose na određene modele proizvoda, a ne na proizvođače. Neki proizvođači certificiraju jedan model, a zatim certifikat stavljaju na sve što prodaju. Prilikom kupnje provjerite odgovara li broj modela certifikata točno onome što kupujete. Nepodudarni certifikati su bezvrijedni.
Bilješke dobavljača
Nekoliko s kojima smo se pozabavili:
Među kineskim dobavljačima, BYD drži veliki tržišni udio u litijevim baterijama za električne viličare, navodno oko 60% u Kini. Njihove blade baterije dolaze s 10-godišnjim jamstvom. CATL i Hangcha osnovali su JV pod nazivom Pengcheng New Energy posebno za viljuškare i AGV baterije. Ako već koristite Hangcha vozila, taj bi kanal mogao biti lakši.
Među zapadnim dobavljačima, EnerSys NexSys serija je solidna. Njihov sustav bežičnog punjenja NexSys AIR podržava olovnu kiselinu, TPPL i litij na istoj infrastrukturi. Korisno ako vaša flota prelazi s olovne kiseline na litij i želite zaštititi svoje ulaganje u opremu za punjenje.
Pitanja koja treba postaviti prilikom ocjenjivanja dobavljača:
Koji proizvođač ćelija, koji stupanj (A-razred ili B-razred)? Mogu li pružiti podatke o ispitivanju životnog ciklusa za pakete, a ne samo za gole ćelije? Pokriva li jamstvo pad kapaciteta ili samo potpuni kvar? Kako rješavaju jamstvene zahtjeve (dostava baterija u inozemstvo skupa je i spora)?
Završne misli
Odabir baterije nije-jednokratna odluka o kupnji. Ono što odaberete danas određuje operativne troškove i složenost održavanja za sljedećih 5 do 10 godina. Ne gledajte samo početnu kupovnu cijenu. Prije odluke izračunajte pet-godišnji TCO.
Ako imate određeni projekt u izradi i trebate potvrditi specifikaciju svoje baterije, pošaljite radne parametre, proračunski raspon, posebne zahtjeve (hladno skladište, protu-otpornost, neobične dimenzije). Već smo stali na neke od ovih mina i možemo vam pomoći da ih izbjegnete.
