ANALOGOVÁ ZAŘÍZENÍ ADI Analogový dialog Chytřejší mobilní roboti
Specifikace
- Model: Řešení správy baterií ADI
- svazek: 58
- Žádný: 3
- Datum: září 2024
Efektivita odblokování: Jak řešení správy baterií ADI umožňují bezpečnější a chytřejší mobilní roboty
Rafael Marengo, systémový aplikační inženýr
Abstraktní
V rychle se vyvíjejícím prostředí automatizovaných skladů a výrobních zařízení je prvořadá pečlivá kontrola nad každou složkou procesu. I sebemenší výpadek může mít za následek značné následky. Autonomní mobilní roboty a automaticky řízená vozidla hrají v tomto ekosystému zásadní roli, vyžadující implementaci přesného monitorování a systémů zabezpečených proti selhání. Dalším zásadním tématem je efektivní monitorování baterií, které může optimalizovat jejich výkon a prodloužit jejich celkovou životnost, čímž se minimalizuje zbytečné plýtvání a šetří cenné zdroje. Tento článek poskytne stručný popis některých důležitých metrik používaných ke zlepšení účinnosti baterií a vodítko ke klíčovým úvahám při výběru systémů pro správu baterií pro tyto aplikace.
Zavedení
Výběr vhodné baterie a jejího doprovodného systému správy baterie (BMS) je zásadním rozhodnutím při navrhování autonomního mobilního robota (AMR), jak je znázorněno na obrázku 1. V těsně integrovaných prostředích, jako jsou továrny a sklady, kde záleží na každé sekundě provozu, je zajištěno Bezpečná a spolehlivá funkce všech komponent je nanejvýš důležitá.
Řešení BMS mohou poskytovat přesná měření nabíjení a vybíjení baterií, což maximalizuje využitelnou kapacitu. Přesná měření navíc umožňují přesný výpočet stavu nabití (SoC) a hloubky vybití (DoD), což jsou základní parametry umožňující chytřejší pracovní postupy mobilních robotů. Stejně důležité jsou bezpečnostní aspekty těchto systémů a při výběru systémů pro tyto aplikace se stává zásadním zvažovat technologie BMS, které poskytují ochranu proti přebití i detekci nadproudu.
Co jsou systémy správy baterií?
BMS je elektronický systém, který lze použít k podrobnému sledování různých parametrů sady baterií a/nebo jejích jednotlivých článků. Je rozhodující pro dosažení maximální využitelné kapacity baterií při zajištění bezpečného a spolehlivého provozu. Efektivní systém dokáže nejen bezpečně optimalizovat využitelnou kapacitu baterie, ale také poskytnout inženýrům cenné parametry, jako je objem článkutage, SoC, DoD, stav zdraví (SoH), teplota a proud, to vše lze použít k dosažení nejlepšího výkonu systému.
Co jsou SoC, DoD a SoH a proč jsou důležité pro automatizovaná řízená vozidla (AGV) a AMR?
SoC, DoD a SoH jsou některé z běžných parametrů používaných v BMS k určení, zda je systém v pořádku, včasné detekci chyb, stárnutí buněk a zbývající době provozu.
- SoC znamená stav nabití a lze jej definovat úrovní nabití baterie ve vztahu k její celkové kapacitě. SoC se obvykle vyjadřuje v procentechtage kde 0 % = prázdné a 100 % = plné.
- SoH nebo zdravotní stav může být definován maximální kapacitou (Cmax) baterie, kterou lze uvolnit vzhledem k její jmenovité kapacitě (Cmax).
- DoD neboli hloubka vybití je opačnou metrikou SoC a je definována v procentechtage baterie, která byla vybitá (Creleased) vzhledem k její jmenovité kapacitě (Crate).
Jak jsou relevantní pro řešení AMR?
SoC baterie se liší podle architektury baterie, nicméně je nutné mít přesný systém pro měření stavu baterie. Dva hlavní typy běžně používaných baterií jsou Li-Ion a olověné baterie. Každý má své klady a zápory, s různými podkategoriemi. Obecně jsou Li-Ion baterie považovány za lepší volbu pro roboty, protože nabízejí:
- Vyšší hustota energie, která by mohla být řádově 8 až 10krát vyšší než hustota energie olověných baterií.
- Li-Ion baterie jsou lehčí než olověné baterie stejné kapacity.
- X Nabíjení olověné baterie trvá déle než nabíjení Li-Ion baterie.
- X Li-Ion baterie nabízí prodlouženou životnost, což umožňuje výrazně vyšší počet nabíjecích cyklů.
Nicméně, tyto advantagPřicházejí s vyššími náklady a představují určité výzvy, které je třeba řešit, aby bylo možné plně využít jejich výkonnostních výhod.
Abychom to lépe vysvětlili v reálné aplikaci, je možné analyzovat graf na obrázku 2, který porovnává DoD olověné baterie a Li-Ion baterie. Lze pozorovat, že smečka zvtage se u Li-Ion baterie liší minimálně, přičemž se pohybuje od 0 % DoD do 80 % DoD. 80 % DoD je obvykle spodní hranice pro Li-Ion baterie a vše pod touto hranicí lze považovat za nebezpečnou úroveň.
Protože však smečka zvtage na Li-Ion akumulátoru se pro použitelný rozsah posouvá jen minimálně, i drobná chyba měření by mohla vést k podstatnému poklesu výkonu.
svtage vs. Hloubka vybití pro baterie různých chemických látek
Pro ilustraci na scénáři ze skutečného života:
Představte si následující AMR je 24 V systém a používá 27.2 V LiFePo4 baterii, kde každý článek má kapacitu 3.4 V při plném nabití. Viz obrázek 3.
Společný profíkfile pro SoC pro takovou baterii lze vidět v tabulce 1.
Tabulka 1. Přample Data pro LiFePo4 bateriový článek a balení Voltage
U LiFePo4 baterií se může použitelný rozsah lišit, ale je dobrým pravidlem uvažovat, že minimální SoC je 10 % a maximum je 90 %.
Cokoli pod minimální úrovní může způsobit vnitřní zkrat na baterii a nabíjení nad 90 % snižuje životnost těchto baterií.
Vezmeme-li v úvahu tabulku 1, poznamenejme, že svtagRozsah na článek je 350 mV a pro 27.2 V sadu s 8 články je to 3.2 V. S ohledem na to můžeme vyvodit následující předpoklady:
Pokud je použitelný článek objtagRozsah pro LiFePo4 baterii je 350 mV, pak každý 1 mV chyby měření článku snižuje dosah o 0.28 %.
Pokud je cena baterie 4000 USD, cena za chybu je:
$ 4000 × 0.28 % = $ 11.20/mV chyba, což znamená, že baterie by byly v daném rozsahu málo využity.
Zatímco 0.28 % rozsahu se může jevit jako zanedbatelné, při škálování na více systémů AMR, toto procentotage lze násobit stovkami nebo dokonce tisíci, což z něj činí významný faktor. Tento faktor je ještě důležitější, vezmeme-li v úvahu přirozenou degradaci baterie.
Přirozená degradace také hraje důležitou roli ve zdraví baterie, protože s časem se maximální SoC baterie sníží (obrázek 4), proto je přesné měření článků nejlepším způsobem, jak udržet výkon na optimální úrovni, i po přirozené degradaci.
Obrázek 4. Snížení maximálního použitelného dosahu v důsledku přirozené degradace.
Sledování všech parametrů a precizní kontrola využití baterie je nejlepší způsob, jak prodloužit životnost a využít výhodtage každé jednotlivé jednotky náboje.
Jak mohou řešení BMS společnosti ADI zvýšit produktivitu a vyřešit problémy?
- Jaké technologie tedy může BMS od ADI nabídnout ke zlepšení a dosažení vysokého výkonu v mobilních robotických aplikacích?
- Přesnost správy baterií výrazně zvyšuje účinnost baterií přesným měřením článků, což umožňuje přesnější kontrolu a odhad SoC napříč různými chemickými složeními baterií. Individuální měření každého článku zajišťuje bezpečné sledování stavu baterie. Toto přesné monitorování usnadňuje vyvážené nabíjení a zabraňuje přebíjení a vybíjení článků. Navíc synchronní proud a objtagMěření zvyšují přesnost získaných dat. Extrémně rychlá detekce nadproudu umožňuje rychlou detekci poruchy a nouzové zastavení, což zajišťuje bezpečnost a spolehlivost.
ADBMS6948 poskytuje všechny klíčové specifikace požadované pro mobilní roboty, ale několik kritických specifikací s ohledem na návrh BMS pro mobilní robot je:
- Malá celková chyba měření (TME) po celou dobu životnosti (–40 °C až +125 °C)
- Současné a kontinuální měření objemu buňkytages
- Vestavěné rozhraní isoSPI™
- Tolerance hot-plug bez externí ochrany
- Pasivní vyvažování buněk
- Monitorování článků s nízkým výkonem (LPCM) pro monitorování článků a teploty ve vypnutém stavu
- Nízký napájecí proud režimu spánku
Snížení odpadu a pomoc životnímu prostředí
- Podle zprávy Mezinárodní energetické agentury z roku 2023 o bateriích „Baterie jsou základním stavebním kamenem přechodu na čistou energii.“1 Je zásadní uznat důležitost správného hospodaření s těmito zdroji. Materiály, z nichž se baterie skládá, je obtížné získat z prostředí, což podtrhuje potřebu jejich optimálního využití. Efektivní správou parametrů nabíjení a vybíjení můžeme prodloužit životnost baterií, což umožňuje jejich delší používání bez nutnosti výměny.
- Nízký rizikový faktor s nadproudovou ochranou poskytovanou funkcí BMS ADI umožňuje velmi bezpečný provoz a snižuje riziko poškození baterie i systému připojeného jako zátěž.
Několik exampméně degradačních faktorů u Li-Ion baterií je vidět na obrázku 5 a je důležité poznamenat, že mohou vést k nebezpečným situacím, jako je spalování a výbuch, které by se mohly rychle stát katastrofálními.2
Všechny parametry, které ovlivňují degradaci baterie, lze měřit, upravovat a reagovat na ně, což poskytuje systému nejoptimálnější podmínky pro provoz po požadovanou dobu životnosti. Prodloužení životnosti baterie je důležitým faktorem při snižování plýtvání, protože nyní lze baterie používat déle díky optimalizovanému řízení, které účinně snižuje zbytečnou likvidaci bateriových článků.
Závěr
V souhrnu můžeme konstatovat, že BMS může nejen zvýšit celkový výkon systému tím, že umožňuje přesně kontrolovat každý parametr, ale také snížit náklady a odpad. Ve vyvíjejícím se výrobním prostředí, které se stále více automatizuje a hledá další procentatagPřesné řízení a správa aktiv se stává zásadní pro výkon mobilních robotů.
Chcete-li se dozvědět více o nabídkách ADI pro průmyslové mobilní roboty, navštivte naše stránka robotických řešení.
Reference
- Baterie a bezpečné energetické přechody.“ Mezinárodní energetická agentura, 2023.
- Xiaoqiang Zhang, Yue Han a Weiping Zhang. “A Review faktorů ovlivňujících životnost lithium-iontové baterie.“ Transactions on Electrical and Electronic Materials, Vol.22, červenec 2021.
O autorovi
Rafael Marengo se sídlem v Limericku je inženýrem systémových aplikací v obchodní jednotce Connected Motion and Robotics Business Unit ve společnosti Analog Devices, která podporuje různé technologie od BMS, řízení pohybu a dalších. Do ADI nastoupil v roce 2019 jako konstruktér hodnocení designu pro skupinu Precision Converters Technology. Rafael má bakalářský titul v oboru řízení a automatizace na Federální univerzitě v Lavras v Brazílii. Než nastoupil do ADI, pracoval jako R&D manažer pro startup se strojovým viděním zaměřený na agritech trh, kde byl zodpovědný za uvedení mnoha produktů na trh v celosvětovém měřítku.
Pro regionální centrálu, prodej a distributory nebo pro kontaktování zákaznických služeb a technické podpory navštivte analog.com/contact.
Pokládejte našim odborníkům na technologie ADI těžké otázky, procházejte často kladené otázky nebo se připojte ke konverzaci v komunitě online podpory EngineerZone. Návštěva ez.analog.com.
©2024 Analog Devices, Inc. Všechna práva vyhrazena. Ochranné známky a registrované ochranné známky jsou majetkem příslušných vlastníků.
NÁVŠTĚVA ANALOG.COM
FAQ
- Otázka: Proč jsou u AMR upřednostňovány Li-Ion baterie před olověnými bateriemi?
- Odpověď: Li-Ion baterie nabízí vyšší hustotu energie, nižší hmotnost, rychlejší dobu nabíjení a prodlouženou životnost ve srovnání s olověnými bateriemi, takže jsou lepší volbou pro AMR.
- Otázka: Jaký je význam SoC, DoD a SoH v systémech správy baterií?
- Odpověď: SoC udává úroveň nabití baterie, DoD představuje procentotage baterie je vybitá a SoH odráží stav baterie. Sledování těchto parametrů je klíčové pro efektivní správu baterie a zajištění optimálního výkonu.
Dokumenty / zdroje
 |
ANALOGOVÁ ZAŘÍZENÍ ADI Analogový dialog Chytřejší mobilní roboti [pdfUživatelská příručka Analogový dialog ADI Chytřejší mobilní roboti, analogový dialog ADI, chytřejší mobilní roboti, mobilní roboti |
