AGV baterijaVodnik po izbiri: Zahteve glede napetosti, zmogljivosti in polnjenja
V zadnjih treh letih smo videli več projektov AGV, pri katerih je bila izbira baterije napačna kot pravilna. Ne zato, ker strankam primanjkuje tehničnega znanja, temveč zato, ker so specifikacije, ki jih ponujajo dobavitelji, v bistvu neuporabne za sprejemanje pravih odločitev. Dve bateriji z oznako 48V 100Ah, ena stane trikrat več kot druga. Kakšna je razlika? O tem govori ta vodnik.
Izbira napetosti
Vaš prodajalec AGV pravi, da vozilo potrebuje 48 V, zato pojdite nakupovati po 48 V akumulatorje. Zdi se preprosto. ni.
Najprej osnove fizike.
Moč je enaka napetosti, pomnoženi s tokom. Za izhodno moč 5000 W 48 V sistem potegne 104 A, 36 V sistem potegne 139 A, 24 V sistem potegne 208 A. Večji tok pomeni debelejše kable, hitrejšo obrabo kontaktorjev, več toplote v konektorjih. Uporaba 24 V, kjer bi lahko uporabili 48 V, zahteva težave na poti.
Toda pravi projekti niso tako preprosti. Lansko leto smo izvedli projekt hladilnice, s prvotno specifikacijo 48V LFP. Med preskušanjem je notranji upor pri nizkih temperaturah močno narasel, zaščita pred polnjenjem se je nenehno sprožala. Preklopil na 36V. Na papirju manj učinkovit, a zanesljiv. V zamrzovalnih okoljih zanesljivost vedno premaga učinkovitost.
Moja pravila za izbiro napetosti:
24V
24 V deluje za obremenitve manjše od 500 kg, povpraševanje po moči pod 2 kW, nizki proračuni. Iskreno povedano redko priporočamo 24 V, razen če stranke tega posebej zahtevajo.
48V
48V pokriva večino skladiščnih AGV. Obvladuje obremenitve od 1 do 2,5 tone, zrela polnilna infrastruktura, najširši izbor dobaviteljev. Privzeta izbira, če se ne dogaja nič posebnega.
72V+
72V in 80V za težke viličarje, pristaniško opremo, vlečna vozila na prostem. Samsung SDI je izdelal 94-voltni sistem za 10-tonske električne viličarje, ki se domnevno ujema z zmogljivostjo dizelskega motorja (to je z njihove spletne strani, sam ga nisem testiral, vendar je Samsungova uspešnost na tem področju solidna).
Zmogljivost: vsi poznajo formulo, nihče ne ve, kje dobiti vložke
Formula
Kapaciteta (Ah)=Moč (W) × Čas delovanja (ure) ÷ Napetost (V) ÷ Učinkovitost
Učinkovitost: 0,95 za litij, 0,85 za svinčeno kislino.
Težava je številka "moči". Prodajalci AGV vam ponujajo "tipične pogoje", kar pomeni ravna tla, standardne obremenitve, brez pogostih zagonov in zaustavitev. Prava skladišča imajo rampe, preobremenitve, konice z neprekinjenim obratovanjem. Dejanska poraba energije je lahko 50 % višja od številk v specifikacijah.
Kaj naredimo: prosite prodajalca AGV za tri številke. Moč brez obremenitve, moč navkreber z obremenitvijo, konična moč. Nato ocenite tehtano povprečje na podlagi strankinih dejanskih poti. Če lahko prodajalec navede samo eno nejasno številko "povprečne moči", pred izračunom pomnožim z 1,3.
Za referenco je JD Logistics objavil podatke o svojih pametnih skladiščih št. 1 v Aziji. Njihovi Dilang AGV nosijo 500 kg, delujejo 6 do 9 ur, naloženi na uvožene celice, podpirajo hitro polnjenje 50 A, ki se zaključi v 30 minutah (vir: tehnična dokumentacija JD Logistics). Pri 48V, 50A polnjenje pomeni kapaciteto baterije nekje med 40Ah in 60Ah. To je razumno za 500 kg nosilca. Če vaše vozilo nosi več ali prevozi daljše poti, ustrezno povečajte zmogljivost.
Kemija: LFP, NMC, LTO imajo vsak svoje mesto
Na trgu AGV prevladujejo tri litijeve kemikalije. Tukaj je moje mnenje:
LFP (litijev železov fosfat)
Prava izbira za 90 % projektov. Dolga življenjska doba, dober varnostni profil, stroški so se znatno znižali. CATL in BYD izdelujeta zanesljive celice LFP z zrelimi dobavnimi verigami. Razen če nimate posebnega razloga, da izberete nekaj drugega, privzeto nastavite LFP.
NMC (nikelj mangan kobalt)
Večja energijska gostota kot LFP, vendar krajša življenjska doba in večje tveganje toplotnega uhajanja. O NMC razmislite le, če je predal za baterije AGV premajhen, da bi ustrezal prostornini LFP, ki jo potrebujete. Osebno ne maram NMC v skladiščnih okoljih. Če pride do termičnega pobega, izgubite zalogo celotnega skladišča, ne le AGV.
LTO (litijev titanat)
Poseben primer. Gostota energije je polovica LFP (res nizka), vendar je hitrost polnjenja ekstremna (5C ni problem, polna napolnjenost v 12 minutah), življenjska doba je ekstremna (15000+ ciklov), zmogljivost v hladnem vremenu je ekstremna (deluje pri -30 stopinjah). Tudi cena je ekstremna. Dva scenarija, kjer je LTO smiseln: neprekinjeno delovanje 24/7 s samo 10 do 15-minutnimi okni polnjenja ali okolja hladne verige z resnimi -temperaturami pod ničlo. Če vaš projekt ustreza kateremu koli scenariju, je premijska cena LTO upravičena.
| Vrsta | Gostota energije | cikli | specifikacije |
|---|---|---|---|
| LFP | 90 do 160 Wh/kg | 2000 do 5000 | Dobro prenaša 1C polnjenje, deluje do minus 20 stopinj, zmerna cena. |
| NMC | 150 do 220 Wh/kg | 1000 do 2000 | Bodite previdni pri polnjenju nad 1C, povprečna zmogljivost pri mrzlem, višji stroški. |
| LTO | 50 do 80 Wh/kg | 15000 do 20000 | Zdrži polnjenje pri 5C, deluje pri minus 30 stopinjah, bistveno višji stroški. |
Ista LFP kemija, drugačna zmogljivost: Kako izbrati
Ljudje se to veliko sprašujejo. Večina dobaviteljev tega ne razloži dobro, ker želijo, da kupite več (višjo maržo).
Je večje vedno boljše? št.
Težave z veliko zmogljivostjo
Prvič, teža.100 Ah LFP paket tehta približno 45 kg, 200 Ah tehta 85 kg. Teh dodatnih 40 kg zmanjša nosilnost ali poveča porabo energije na potovanje.
Drugič, čas polnjenja.Pri 0,5C 100Ah traja 2 uri, 200Ah pa 4 ure.
Tretjič,če vsaka izmena porabi samo 30 % kapacitete baterije, je 70 % teh celic vsak dan visoko napolnjenih, kar pospešuje staranje koledarja.
Težave z majhno zmogljivostjo
Težave z majhno zmogljivostjo so očitne: kratek čas delovanja, nevarnost smrti vozil sredi-izmene, če urnik polnjenja zdrsne.
Moje načelo določanja velikosti
Ugotovite, koliko energije vozilo dejansko porabi med možnostmi polnjenja, nato izberite zmogljivost, tako da boste v vsakem ciklu porabili od 60 % do 70 % paketa. Ni dovolj globoko, da bi obremenilo celice, ni dovolj plitko, da bi zapravljalo denar za neizkoriščeno zmogljivost.
Primer: AGV se lahko polni vsake 4 ure, povprečna poraba energije 800 W. Štiri ure pri 800 W je 3200 Wh. Pri 48V je to 67Ah. Paket s 100 Ah pomeni 67-odstotno izkoriščenost na cikel. To je najboljša točka. Paket s 150 Ah bi porabil samo 45 % na cikel, s čimer bi zapravil kapital za celice, ki ne zaslužijo svojega vzdrževanja.
DOD in Cycle Life: to znanje vam bo prihranilo denar
DOD pomeni globino praznjenja. Njegov vpliv na življenjsko dobo baterije je večji, kot se večina ljudi zaveda.
Battery University (batteryuniversity.com) je objavil testne podatke, ki jih bom neposredno citiral:
Celice LFP, ciklično obdelane pri 100 % DOD, dosežejo 80 % zmogljivosti okoli 600 ciklov. Iste celice, ciklično obdelane pri 40 % DOD, trajajo več kot 3000 ciklov. Ista baterija, plitvo cikliranje zagotavlja nekajkrat večji skupni pretok energije v svoji življenjski dobi kot globoko cikliranje.
Kaj to praktično pomeni? Bolje kupiti nekoliko večjo kapaciteto in jo uporabiti samo polovico, kot pa kupiti točno tisto, kar potrebujete, in jo izprazniti vsak cikel. Drugi pristop je vnaprej videti cenejši, vendar boste baterije zamenjali pogosteje.
Naša standardna konfiguracija zdaj: SOC tla pri 20 % do 25 %, strop pri 80 % do 85 %, vozila delujejo znotraj tega okna. V kombinaciji s priložnostnim polnjenjem se življenjska doba baterije podaljša dvakrat do trikrat v primerjavi s polnim ciklom polnjenja/praznjenja.
Ena pogosta napačna predstava
Mnogi ljudje mislijo, da potrebujejo litijeve baterije občasno popolno izpraznitev za "kalibracijo". To je razmišljanje o nikelj-kadmiju, popolnoma napačno za litij. Globoka razelektritev poškoduje strukturo elektrode. Sodobni BMS uporablja kulonsko štetje za oceno SOC, za umerjanje ne potrebuje praznih ciklov.
Strategija polnjenja: priložnostno polnjenje ali zamenjava baterije
Oba pristopa imata svoje mesto. Nobeden ni sam po sebi "naprednejši".
Priložnostno polnjenje
Deluje, ko izkoristek AGV ostane pod 75 %. Polnjenje vozila med čakanjem na naloge, čakanjem v vrsti, nakladanjem/razkladanjem. Vsaka seja traja od 15 do 30 minut. Doda dovolj časa delovanja čez dan. Človeško posredovanje ni potrebno. Z LFP, ki podpira polnjenje 1C, 15 minut doda približno 25 % zmogljivosti, kar zadostuje za dodatno uro ali dve delovanja.
Zamenjava baterije
Deluje, ko izkoriščenost preseže 95% in se vozila ne morejo ustaviti. Vozilo vstopi v menjalno postajo, akumulator zamenjan v 2 do 5 minutah, takoj nazaj na delo. Kompromis-: vsako vozilo potrebuje 2 do 3 baterije, namensko opremo za zamenjavo, operaterje za izvedbo zamenjav.
Omeniti velja primer DHL-a. Njihovi globalni distribucijski centri uporabljajo sodelovalne robote Locus Robotics s priložnostnim zaračunavanjem. Učinkovitost pobiranja se je izboljšala za 50 % do 70 %, poškodbe na delovnem mestu so se zmanjšale za 15 % (vir: spletno mesto DHL in pokritost Logistics Viewpoints). Tega povečanja učinkovitosti ne povzročajo samo roboti sami. Priložnostno polnjenje omogoča pravo 24-urno delovanje brez posadke. Prihranki pri stroških dela so precejšnji.
Pasti hladnega okolja
Če ima vaše skladišče hladilne ali zamrzovalne prostore, je pri izbiri baterij potrebna posebna pozornost.
Litijeve baterije imajo v mrazu dve težavi. Prvič, zmogljivost pade: pri minus 10 stopinj LFP obdrži morda 85 % zmogljivosti; pri minus 20 stopinj morda 70%. Drugič, omejitve polnjenja: polnjenje litija pod lediščem povzroči litijsko prevleko na anodi. To je trajna škoda in varnostna nevarnost. Večina BMS zavrne polnilni tok, ko temperatura celice pade pod 0 stopinj.
Praktične rešitve: nastavite polnilne cone izven hladnega območja (vozila odidejo na polnjenje, se vrnejo, ko končajo) ali uporabite sisteme baterij s predgretjem (tople celice nad lediščem, preden sprejmejo polnilni tok).
Če vaši AGV delujejo dlje časa pri temperaturah pod minus 25 stopinj, standardni LFP verjetno ne bo deloval. Razmislite o LTO ali specializiranih baterijah za hladno verigo. Celice LMFP SVOLT trdijo, da delujejo pri minus 30 stopinjah. Zgradili so spodoben položaj v logistiki hladne verige. Vredno raziskave za uporabo v zamrzovalniku.
Vodenje številk
Konkretne figure. En 48V AGV, dvo-izmensko delovanje (16 ur dnevno), pet-letno obdobje.
Pristop s svinčeno kislino
Baterije (2 za rotacijo): 4000 $
Polnilnik: 1.500 $
Letna elektrika (5 let): 9000 $
Letno vzdrževanje (5 let): 3000 $
Zamenjava (3. leto): 4000 USD
Izgube zaradi izpadov (5 let): 12.000 USD
Pet{0}}let: skupaj 33.500 USD
LFP pristop
Baterija (samo ena): 12.000 $
Hitri polnilnik: 3.500 $
Letna elektrika (5 let): 5750 $
Vzdrževanje: 0 $
Zamenjava: 0 $
Izgube zaradi nedelovanja (5 let): 2000 USD
Pet-let: skupaj 23.250 $
Prihranki: 10.250 $, približno 31 %
To niti ne šteje stroškov odstranjevanja svinčene kisline ali preostale vrednosti litija po petih letih.
Kdaj litij nima smisla? Delovanje v eni izmeni (manj kot 8 ur dnevno), nizka izkoriščenost. Za premagovanje nižjih začetnih stroškov svinčeve kisline je potrebnih 7 do 8 let. Če je vaše projektno obdobje le 3 do 5 let in v resnici izvajate samo enoizmensko delo, bo svinčena kislina morda bolje izšla.
BMS: Več kot zaščitna vezja
Mnogi ljudje obravnavajo BMS le kot zaščitna vezja. Prekinite baterijo med prenapolnjenostjo, pre-praznjenostjo, pre-tokom, pre-temperaturo. delo opravljeno Sodobni BMS naredi veliko več.
Ocena SOC
Dober BMS dosega natančnost med plus ali minus 1 % do 3 % (Infineonova tehnična dokumentacija trdi, da je plus ali minus 1 % za njihove rešitve). Zakaj je natančnost pomembna? Vaš dispečerski sistem lahko dodeli naloge glede na dejansko preostalo napolnjenost vsakega vozila. Vozila z visoko-napolnjenostjo imajo opravila na-dolge razdalje, vozila z nizko{7}}napolnjenostjo pa kratke vožnje ali pa se odpravijo na polnjenje. Če je napaka ocene SOC 10 %, ta optimizacija postane nemogoča.
spremljanje SOH
Sledenje zdravstvenega stanja. Dober BMS sledi krivuljam zmanjšanja zmogljivosti za vsako baterijo in opozori mesece vnaprej, ko se paket pokvari. Bolje kot čakati na mrtvo vozilo in se ukvarjati z izrednimi izpadi.
Upravljanje temperature
Spremljanje-v realnem času na več točkah v paketu. Zgodaj opazi vroča območja, zmanjša moč, preden se težave stopnjujejo.
Komunikacijski vmesnik
CAN vodilo ali RS485 povezava z vašim sistemom za upravljanje skladišča. Omogoča, da WMS vidi stanje baterije za vsako vozilo.
Ne pocenite z BMS. Videli smo, da stranke prihranijo nekaj sto dolarjev pri proračunskih enotah BMS, nato pa odkrijejo tako velike napake pri oceni SOC, da dispečerski sistem sploh ne more uporabiti podatkov. Morda tudi nima te funkcije.
Certifikati: Ne le papirologija
Dva certifikata sta najpomembnejša: UN38.3 in IEC 62619.
UN38.3
Zajema varnost pri transportu. Preizkuša simulacijo nadmorske višine, nihanje temperature, vibracije, udarce, kratek stik, prenapolnjenost, prisilno praznjenje. Zahtevano za vse litijeve baterije, ki prehajajo meje. Ne UN38.3, logistična podjetja se tega ne bodo dotaknila.
IEC 62619
Zajema varnost pri uporabi industrijske litijeve baterije. Preizkusni predmeti se prekrivajo z UN38.3, vendar se bolj osredotočajo na operativne scenarije: prebijanje žebljev, testiranje padca, preverjanje delovanja BMS. IEC 62619 predstavlja tehnično osnovo za oznako CE v Evropi, certifikacijo AS/NZS v Avstraliji, odobritev PSE na Japonskem.
Pomembna točka: certifikati veljajo za določene modele izdelkov, ne za proizvajalce. Nekateri proizvajalci certificirajo en model, nato pa certifikat pritrdijo na vse, kar prodajajo. Pri nakupu preverite, ali se številka modela potrdila natančno ujema s tem, kar kupujete. Neusklajena potrdila so brez vrednosti.
Opombe dobavitelja
Nekaj smo jih obravnavali:
Med kitajskimi dobavitelji ima BYD glavni tržni delež pri litijevih baterijah za električne viličarje, na Kitajskem menda okoli 60 %. Njihove rezalne baterije imajo 10-letno garancijo. CATL in Hangcha sta ustanovila skupno podjetje z imenom Pengcheng New Energy posebej za baterije za viličarje in AGV. Če že uporabljate vozila Hangcha, bo ta kanal morda bolj tekoč.
Med zahodnimi dobavitelji je serija EnerSys NexSys solidna. Njihov sistem brezžičnega polnjenja NexSys AIR podpira svinčeno kislino, TPPL in litij na isti infrastrukturi. Uporabno, če vaš vozni park prehaja s svinčeve na litij in želite zaščititi svojo naložbo v opremo za polnjenje.
Vprašanja, ki si jih morate zastaviti pri ocenjevanju dobaviteljev:
Kateri proizvajalec celic, kateri razred (A-razred ali B-razred)? Ali lahko zagotovijo podatke o preskusu življenjskega cikla za pakete, ne le za gole celice? Ali garancija pokriva zmanjšanje zmogljivosti ali samo popolno okvaro? Kako obravnavajo garancijske zahtevke (mednarodno pošiljanje baterij je drago in počasno)?
Končne misli
Izbira baterije ni-enkratna odločitev o nakupu. To, kar izberete danes, določa obratovalne stroške in zahtevnost vzdrževanja za naslednjih 5 do 10 let. Ne glejte samo na začetno nakupno ceno. Preden se odločite, izračunajte pet-letni TCO.
Če imate določen projekt v delu in morate potrditi specifikacijo svoje baterije, pošljite delovne parametre, obseg proračuna, posebne zahteve (hladilnica, eksplozijsko-odporna, nenavadne dimenzije). Na nekatere od teh min smo že stopili in vam lahko pomagamo, da se jim izognete.
