AGV baterijaVodič za odabir: Zahtjevi za napon, kapacitet i punjenje
U protekle tri godine vidjeli smo da više AGV projekata odabire bateriju pogrešno nego ispravno. Ne zato što klijentima nedostaje tehničko znanje, već zato što su specifikacije koje dostavljaju dobavljači u osnovi beskorisne za donošenje stvarnih odluka. Dvije baterije obje označene sa 48V 100Ah, jedna košta tri puta više od druge. u čemu je razlika? O tome je ovaj vodič.
Odabir napona
Vaš AGV dobavljač kaže da je vozilu potrebno 48V, tako da idete u kupovinu 48V baterija. Izgleda jednostavno. Nije.
Prvo osnovna fizika.
Snaga je jednaka naponu puta struji. Za izlaz od 5000W, sistem od 48V povlači 104A, sistem od 36V povlači 139A, sistem od 24V povlači 208A. Veća struja znači deblje kablove, brže trošenje kontaktora, više toplote u konektorima. Korištenje 24V gdje biste mogli koristiti 48V traži probleme na putu.
Ali pravi projekti nisu tako jednostavni. Prošle godine smo radili projekat hladnjače, prvobitno spec'd 48V LFP. Tokom testiranja, unutrašnji otpor je rastao na niskim temperaturama, zaštita od punjenja se stalno aktivirala. Prebačen na 36V. Manje efikasan na papiru, ali pouzdan. U okruženju zamrzivača, pouzdanost nadmašuje efikasnost svaki put.
Moja pravila za odabir napona:
24V
24V radi za opterećenja ispod 500kg, ispod 2kW potražnje za snagom, mali budžeti. Iskreno, više rijetko preporučujemo 24V osim ako to klijenti izričito ne zatraže.
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 ništa posebno ne dešava.
72V+
72V i 80V za teške viljuškare, lučku opremu, vanjske tegljače. Samsung SDI je napravio sistem od 94V za električne viljuškare od 10 tona koji navodno odgovara performansama dizel motora (to je sa njihove web stranice, nisam ga lično testirao, ali Samsung-ov rekord u ovom prostoru je solidan).
Kapacitet: svi znaju formulu, niko ne zna gdje dobiti ulazne podatke
Formula
Kapacitet (Ah)=Snaga (W) × Vrijeme rada (sati) ÷ Napon (V) ÷ Efikasnost
Efikasnost: 0,95 za litijum, 0,85 za olovnu kiselinu.
Problem je broj "snage". AGV dobavljači vam daju "tipične uslove" što znači ravne podove, standardna opterećenja, bez čestih pokretanja i zaustavljanja. Prava skladišta imaju rampe, preopterećenja, vršne sate sa kontinuiranim radom. Stvarna potrošnja energije može biti 50% veća od broja specifikacija.
Šta radimo: pitajte AGV dobavljača za tri broja. Snaga krstarenja bez opterećenja, napunjena snaga uzbrdo, vršna snaga. Zatim procijenite ponderisani prosjek na osnovu klijentovih stvarnih ruta. Ako prodavac može dati samo jedan nejasan broj "prosječne snage", pomnožim sa 1,3 prije izračunavanja.
Za referencu, JD Logistics je objavio 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 50A brzo punjenje koje se završava za 30 minuta (izvor: tehnička dokumentacija JD Logistics). Na 48V, 50A punjenje znači kapacitet baterije 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.
Hemija: LFP, NMC, LTO svaki imaju svoje mjesto
Tri hemije litijuma dominiraju tržištem AGV-a. Evo mog mišljenja:
LFP (litijum gvožđe fosfat)
Pravi izbor za 90% projekata. Dug životni vijek, dobar sigurnosni profil, troškovi su značajno smanjeni. CATL i BYD čine pouzdane LFP ćelije sa zrelim lancima snabdevanja. Osim ako nemate poseban razlog da odaberete nešto drugo, zadano je LFP.
NMC (nikl mangan kobalt)
Veća gustoća energije od LFP-a, ali kraći vijek trajanja i veći rizik od toplotnog bijega. Razmislite o NMC samo ako je vaš AGV pretinac za baterije premali da stane u LFP volumen koji vam je potreban. Lično ne volim NMC u skladišnim okruženjima. Ako dođe do termičkog bijega, gubite cijeli inventar u vrijednosti skladišta, a ne samo AGV.
LTO (litijum titanat)
Poseban slučaj. Gustina energije je polovina LFP-a (stvarno niska), ali brzina punjenja je ekstremna (5C nije problem, potpuno punjenje za 12 minuta), životni vijek je ekstreman (15000+ ciklusa), performanse u hladnom vremenu su ekstremne (radi na minus 30 stepeni). 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 sa ozbiljnim temperaturama ispod nule. Ako vaš projekat odgovara bilo kojem scenariju, LTO-ova premium cijena je opravdana.
| Tip | Gustoća energije | Ciklusi | Specifikacije |
|---|---|---|---|
| LFP | 90 do 160 Wh/kg | 2000 do 5000 | Dobro podnosi 1C punjenje, radi do minus 20 stepeni, umjerena cijena. |
| NMC | 150 do 220 Wh/kg | 1000 do 2000 | Budite oprezni iznad 1C punjenja, prosječne hladne performanse, veća cijena. |
| LTO | 50 do 80 Wh/kg | 15000 do 20000 | Podnosi 5C punjenje, radi na minus 30 stepeni, znatno veća cijena. |
Ista LFP hemija, različiti kapaciteti: kako odabrati
Ljudi se ovo mnogo pitaju. Većina dobavljača to ne objašnjava dobro jer žele da kupite veću (veću maržu).
Je li veći uvijek bolji? br.
Problemi sa velikim kapacitetom
Prvo, težina.LFP paket od 100 Ah je težak oko 45 kg, a 200 Ah težak je 85 kg. Tih dodatnih 40 kg ili smanjuje nosivost ili povećava potrošnju energije po putovanju.
Drugo, vrijeme punjenja.Na 0.5C, 100Ah traje 2 sata, 200Ah traje 4 sata.
treće,ako svaka smjena koristi samo 30% kapaciteta baterije, 70% tih ćelija je napunjeno svaki dan, ubrzavajući kalendarsko starenje.
Problemi sa malim kapacitetom
Problemi s malim kapacitetom su očigledni: kratko vrijeme rada, rizik od uginuća vozila usred-smjene ako raspored punjenja propadne.
Moj princip dimenzionisanja
Odredite koliko energije vozilo zapravo troši između mogućnosti punjenja, a zatim odaberite kapacitet tako da koristite 60% do 70% paketa u svakom ciklusu. Nedovoljno duboko da strese ćelije, nedovoljno plitko da troši novac na neiskorištene kapacitete.
Primjer: AGV se može puniti svaka 4 sata, prosječna potrošnja energije 800W. Četiri sata na 800W je 3200Wh. Na 48V to je 67Ah. Pakovanje od 100 Ah znači 67% iskorištenja po ciklusu. To je slatka tačka. Pakovanje od 150 Ah koristilo bi samo 45% po ciklusu, rasipajući kapital na ćelije koje ne zarađuju za održavanje.
DOD i Cycle Life: Ovo znanje će vam uštedjeti novac
DOD znači Dubina pražnjenja. Njegov uticaj na trajanje baterije je veći nego što većina ljudi misli.
Battery University (batteryuniversity.com) objavio je podatke testa koje ću direktno citirati:
LFP ćelije ciklične na 100% DOD dostižu kapacitet od 80% oko 600 ciklusa. Iste ćelije sa 40% DOD traju preko 3000 ciklusa. Ista baterija, plitki ciklus isporučuje nekoliko puta veću ukupnu propusnost energije tokom svog životnog vijeka nego duboki ciklus.
Šta to praktično znači? Bolje je kupiti malo veći kapacitet i iskoristiti samo polovicu nego kupiti upravo ono što vam treba i isprazniti ga svaki ciklus. Drugi pristup izgleda jeftinije unaprijed, ali ćete češće mijenjati baterije.
Naša standardna konfiguracija sada: SOC pod na 20% do 25%, plafon na 80% do 85%, vozila rade unutar ovog prozora. U kombinaciji s mogućnostima punjenja, vijek trajanja baterije se produžava dva do tri puta u poređenju sa ciklusom punjenja/pražnjenja.
Jedna uobičajena zabluda
Mnogi ljudi misle da je litijumskim baterijama potrebno periodično potpuno pražnjenje da bi se "kalibrirali". To je razmišljanje o nikl-kadmijumu, potpuno pogrešno za litijum. Duboko pražnjenje oštećuje strukturu elektrode. Moderni BMS koristi brojanje kulona za procjenu SOC-a, ne treba prazne cikluse za kalibraciju.
Strategija punjenja: Mogućnost punjenja ili zamjena baterije
Oba pristupa imaju svoje mjesto. Ni jedno ni drugo nije inherentno "naprednije".
Mogućnost punjenja
Radi kada iskorištenost AGV-a ostane ispod 75%. Vozilo se naplaćuje dok čekate zadatke, čekate u redu, utovar/istovar. Svaka sesija traje 15 do 30 minuta. Dodaje dovoljno vremena rada tokom dana. Nije potrebna ljudska intervencija. Uz LFP koji podržava 1C punjenje, 15 minuta dodaje otprilike 25% kapaciteta, što je dovoljno za još sat ili dva rada.
Zamjena baterija
Radi kada iskorištenost prelazi 95% i vozila se ne mogu zaustaviti. Vozilo ulazi u zamjensku stanicu, baterija zamijenjena za 2 do 5 minuta, odmah nazad na posao. Zamjena-: svakom vozilu su potrebne 2 do 3 baterije, namjenska oprema za zamjenu, operateri za zamjenu.
DHL-ov slučaj je vrijedan pažnje. Njihovi globalni distributivni centri koriste kolaborativne robote Locus Robotics sa mogućnostima punjenja. Efikasnost odabira poboljšana je za 50% do 70%, povrede na radnom mjestu su pale za 15% (izvor: DHL web stranica i pokrivenost Logistics Viewpoints). To povećanje efikasnosti nije samo od samih robota. Mogućnost punjenja omogućava pravi 24-satni rad bez posade. Uštede u troškovima rada su značajne.
Zamke hladnog okruženja
Ako vaše skladište ima hladnjače ili zamrzivače, odabir baterije zahtijeva dodatnu pažnju.
Litijumske baterije imaju dva problema na hladnoći. Prvo, kapacitet pada: na minus 10 stepeni, LFP zadržava možda 85% kapaciteta; na minus 20 stepeni možda 70%. Drugo, ograničenja punjenja: punjenje litijuma ispod nule uzrokuje litijumsko prevlačenje na anodi. To je trajno oštećenje plus sigurnosni rizik. Većina BMS odbija struju punjenja kada temperatura ćelije padne ispod 0 stepeni.
Praktična rješenja: ili postavite zone punjenja izvan hladnog područja (vozila izlaze na punjenje, vraćaju se kada se završe) ili koristite sisteme baterija sa predgrijavanjem (tople ćelije iznad nule prije nego što prihvate struju punjenja).
Ako vaši AGV rade duže periode ispod minus 25 stepeni, standardni LFP ga vjerovatno neće smanjiti. Razmislite o LTO ili specijaliziranim baterijama hladnog lanca. SVOLT-ove LMFP ćelije tvrde da rade na minus 30 stepeni. Izgradili su pristojnu poziciju u logistici hladnog lanca. Vrijedi istražiti za aplikacije zamrzivača.
Running the Numbers
Konkretne figure. Jedan 48V AGV, rad u dvije-smjene (16 sati dnevno), pet{4}}godišnji horizont.
Pristup olovnom kiselinom
Baterije (2 za rotaciju): 4.000 dolara
Punjač: 1500 dolara
Godišnja struja (5 godina): 9.000 dolara
Godišnje održavanje (5 godina): $3,000
Zamjena (3. godina): 4.000 dolara
Gubici zastoja (5 godina): 12,000$
Pet-godina: ukupno 33,500$
LFP pristup
Baterija (samo jedna): 12.000 dolara
Brzi punjač: $3,500
Godišnja struja (5 godina): 5,750$
Održavanje: $0
Zamjena: $0
Gubici zastoja (5 godina): 2,000$
Pet-godina: ukupno 23,250$
Ušteda: $10,250, otprilike 31%
Ovo čak ni ne računa troškove odlaganja olovne kiseline ili zaostalu vrijednost litijuma nakon pet godina.
Kada litijum nema smisla? Rad u jednoj smjeni (ispod 8 sati dnevno), nisko iskorištenje. Za prevazilaženje nižih početnih troškova olovne kiseline potrebno je 7 do 8 godina. Ako je vaš horizont projekta samo 3 do 5 godina i zaista radite samo u jednoj smjeni, olovna kiselina bi mogla biti bolja.
BMS: Više od zaštitnih kola
Mnogi ljudi tretiraju BMS samo kao zaštitna kola. Isključite bateriju tokom prekomjernog punjenja, preko-pražnjenja, preko-struje, preko-temperature. Posao obavljen. Moderni BMS radi mnogo više.
SOC procjena
Dobar BMS postiže tačnost u rasponu od plus ili minus 1% do 3% (Infineonova tehnička dokumentacija tvrdi plus ili minus 1% za njihova rješenja). Zašto je tačnost bitna? Vaš dispečerski sistem može dodijeliti zadatke na osnovu stvarne preostale napunjenosti svakog vozila. Vozila sa-velikim punjenjem dobijaju-zadatke na duge udaljenosti, vozila sa niskim-vozilama imaju kratke vožnje ili se kreću ka punjenju. Ako je greška procjene SOC-a 10%, ova optimizacija postaje nemoguća.
SOH monitoring
Praćenje zdravstvenog stanja. Dobar BMS prati krivulje degradacije kapaciteta za svaku bateriju, upozorava mjesecima unaprijed kada paket pokvari. Bolje nego čekati mrtvo vozilo i baviti se hitnim zastojima.
Upravljanje temperaturom
Praćenje{0}}u realnom vremenu na više tačaka u paketu. Rano otkriva vruće zone, smanjuje snagu prije nego što problemi eskaliraju.
Komunikacijski interfejs
CAN bus ili RS485 povezivanje na vaš sistem upravljanja skladištem. Omogućava WMS-u da vidi status baterije za svako vozilo.
Nemojte jeftino platiti BMS. Vidjeli smo kako klijenti uštede nekoliko stotina dolara na budžetskim BMS jedinicama, a zatim otkrivaju greške u procjeni SOC-a tako velike da dispečerski sistem uopće ne može koristiti podatke. Moglo bi i da nema tu funkciju.
Certifikati: ne samo papirologija
Najvažnija su dva certifikata: UN38.3 i IEC 62619.
UN38.3
Pokriva sigurnost transporta. Testira simulaciju nadmorske visine, temperaturne cikluse, vibracije, udare, kratki spoj, prekomjerno punjenje, prisilno pražnjenje. Potrebno za sve litijumske baterije koje prelaze granice. Ne UN38.3, logističke kompanije to neće dirati.
IEC 62619
Pokriva sigurnost upotrebe industrijskih litijumskih baterija. Stavke testa se preklapaju sa UN38.3, ali se više fokusiraju na operativne scenarije: prodiranje eksera, testiranje pada, provjera BMS funkcije. IEC 62619 čini tehničku osnovu za CE oznaku u Evropi, AS/NZS sertifikat u Australiji, PSE odobrenje u Japanu.
Važna stvar: certifikati se odnose na specifične modele proizvoda, a ne na proizvođače. Neki proizvođači certificiraju jedan model, a zatim daju certifikat na sve što prodaju. Prilikom kupovine provjerite da broj modela certifikata tačno odgovara onome što kupujete. Neusklađeni certifikati su bezvrijedni.
Napomene dobavljača
Nekoliko sa kojima smo se bavili:
Među kineskim dobavljačima, BYD ima glavni tržišni udio u litijumskim baterijama za električne viljuškare, navodno oko 60% u Kini. Njihove blade baterije dolaze sa 10-godišnjom garancijom. CATL i Hangcha su osnovali JV pod nazivom Pengcheng New Energy posebno za viljuškare i AGV baterije. Ako već koristite Hangcha vozila, taj kanal bi mogao biti glatkiji.
Među zapadnim dobavljačima, EnerSys NexSys serija je solidna. Njihov NexSys AIR bežični sistem punjenja podržava olovnu kiselinu, TPPL i litijum 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 razred (A-grade ili B-grade)? Mogu li oni pružiti podatke o testiranju životnog ciklusa za pakete, a ne samo za gole ćelije? Da li garancija pokriva kapacitet blijedi ili samo potpuni kvar? Kako rješavaju zahtjeve za garanciju (isporuka baterija u inostranstvo je skupa i spora)?
Final Thoughts
Odabir baterije nije odluka o-jednokratnoj kupovini. Ono što danas odaberete određuje operativne troškove i složenost održavanja u narednih 5 do 10 godina. Ne gledajte samo početnu kupovnu cijenu. Izračunajte peto-godišnji TCO prije donošenja odluke.
Ako imate konkretan projekat u izradi i trebate potvrditi specifikaciju vaše baterije, pošaljite radne parametre, raspon budžeta, posebne zahtjeve (hladno skladište,{0}}otpornost na eksploziju, neobične dimenzije). Već smo nagazili na neke od ovih nagaznih mina i možemo vam pomoći da ih izbjegnete.
