AGV akkuValintaopas: Jännite-, kapasiteetti- ja latausvaatimukset
Viimeisen kolmen vuoden aikana olemme nähneet useammissa AGV-projekteissa akun valinnan väärin kuin oikein. Ei siksi, että asiakkailla ei olisi teknistä tietämystä, vaan koska toimittajien tarjoamat tekniset tiedot ovat periaatteessa hyödyttömiä todellisten päätösten tekemiseen. Kaksi akkua, molemmat merkitty 48V 100Ah, toinen maksaa kolme kertaa enemmän kuin toinen. Mitä eroa sillä on? Siitä tässä oppaassa on kyse.
Jännitteen valinta
Automyyjäsi sanoo, että ajoneuvo tarvitsee 48 V, joten ostat 48 V akkuja. Vaikuttaa suoraviivaiselta. Se ei ole.
Perusfysiikka ensin.
Teho on yhtä suuri kuin jännite kertaa virta. 5000 W:n ulostuloon 48 V järjestelmä vetää 104 A, 36 V järjestelmä 139 A, 24 V järjestelmä 208 A. Suurempi virta tarkoittaa paksumpia kaapeleita, nopeampaa kontaktorin kulumista, enemmän lämpöä liittimissä. 24 V:n käyttö, jossa voisi käyttää 48 V:tä, vaatii ongelmia tiellä.
Mutta todelliset projektit eivät ole niin yksinkertaisia. Teimme kylmävarastoprojektin viime vuonna, alun perin spesifioitu 48V LFP. Testauksen aikana sisäinen vastus nousi kylmissä lämpötiloissa, lataussuoja laukaisi jatkuvasti. Vaihdettu 36V:iin. Tehokas paperilla, mutta luotettava. Pakastinympäristöissä luotettavuus voittaa tehokkuuden joka kerta.
Jännitteen valinnan säännöt:
24V
24 V toimii alle 500 kg:n kuormille, alle 2 kW tehontarpeelle, tiukille budjeteille. Rehellisesti sanottuna suosittelemme harvoin enää 24 V, elleivät asiakkaat sitä erikseen pyydä.
48V
48V kattaa useimmat varastoautot. Käsittelee 1-2,5 tonnin kuormia, kypsä latausinfrastruktuuri, laajin toimittajavalikoima. Oletusvalinta, jos mitään erityistä ei tapahdu.
72V+
72V ja 80V raskaisiin trukkeihin, satamalaitteisiin, ulkokuormakoneisiin. Samsung SDI rakensi 94 V järjestelmän 10 tonnin sähkötrukeille, joka oletettavasti vastaa dieselin suorituskykyä (se on heidän verkkosivustoltaan, en ole itse testannut sitä, mutta Samsungin ennätys tällä alalla on vankka).
Kapasiteetti: Kaikki tietävät kaavan, kukaan ei tiedä mistä saada syötteitä
Formula
Kapasiteetti (Ah)=Teho (W) × Käyttöaika (tuntia) ÷ Jännite (V) ÷ Hyötysuhde
Tehokkuus: 0,95 litiumille, 0,85 lyijyhapolle.
Ongelma on "teho" numero. Automaattivaunujen myyjät antavat sinulle "tyypilliset olosuhteet" eli tasaiset lattiat, vakiokuormat, ei toistuvia käynnistyksiä ja pysäytyksiä. Oikeissa varastoissa on ramppeja, ylikuormitusta, ruuhka-aikaa jatkuvassa käytössä. Todellinen virrankulutus voi olla 50 % korkeampi kuin teknisten arkkien numerot.
Mitä teemme: pyydä automaattitrukkien myyjältä kolme numeroa. Kuormittamaton risteilyteho, kuormattu ylämäkeen teho, huipputeho. Arvioi sitten painotettu keskiarvo asiakkaan todellisten reittien perusteella. Jos myyjä voi antaa vain yhden epämääräisen "keskitehoisen" luvun, kerron 1,3:lla ennen laskemista.
Viitteeksi JD Logistics julkaisi tiedot Aasian ykkösvarastoistaan. Heidän Dilang AGV -autonsa kantavat 500 kg, ne toimivat 6–9 tuntia ladattuina tuoduilla kennoilla, tukevat 50 A:n pikalatausta, joka valmistuu 30 minuutissa (lähde: JD Logisticsin tekninen dokumentaatio). 48 V jännitteellä 50 A lataus tarkoittaa akun kapasiteettia jossain 40 Ah ja 60 Ah välillä. Se on järkevää 500 kg:n kantajalle. Jos ajoneuvosi kuljettaa enemmän tai kulkee pidempiä reittejä, lisää kapasiteettia vastaavasti.
Kemia: LFP:llä, NMC:llä ja LTO:lla jokaisella on paikkansa
Kolme litiumkemiaa hallitsee automaattitrukkimarkkinoita. Tässä minun näkemykseni:
LFP (litiumrautafosfaatti)
Oikea valinta 90 %:iin projekteista. Pitkä käyttöikä, hyvä turvallisuusprofiili, kustannukset ovat laskeneet merkittävästi. CATL ja BYD tekevät luotettavia LFP-soluja kypsillä toimitusketjuilla. Ellei sinulla ole erityistä syytä valita jotain muuta, oletuksena LFP.
NMC (nikkeli-mangaanikoboltti)
Suurempi energiatiheys kuin LFP, mutta lyhyempi syklin käyttöikä ja suurempi lämpökarkaisuriski. Harkitse NMC:tä vain, jos AGV-akkutila on liian pieni mahtumaan tarvitsemaasi LFP-tilavuuteen. Henkilökohtaisesti en pidä NMC:stä varastoympäristöissä. Jos lämpökarkaaminen tapahtuu, menetät koko varaston arvoisen varaston, et vain automaattitrukkia.
LTO (litiumtitanaatti)
Erikoistapaus. Energiatiheys on puolet LFP:stä (todella alhainen), mutta latausnopeus on äärimmäinen (5 C ei ole ongelma, täyteen latautuu 12 minuutissa), syklin käyttöikä on äärimmäinen (15000+ sykliä), kylmän sään suorituskyky on äärimmäinen (toimii miinus 30 asteessa). Hinta on myös äärimmäinen. Kaksi skenaariota, joissa LTO:ssa on järkeä: jatkuva 24/7-käyttö vain 10–15 minuutin latausikkunalla tai kylmäketjuympäristöt, joissa lämpötilat ovat vakavia. Jos projektisi sopii jompaankumpaan skenaarioon, LTO:n premium-hinta on perusteltu.
| Tyyppi | Energiatiheys | Pyörät | Tekniset tiedot |
|---|---|---|---|
| LFP | 90-160 Wh/kg | 2000-5000 | Kestää 1C-latauksen hyvin, toimii miinus 20 asteeseen asti, kohtuulliset kustannukset. |
| NMC | 150-220 Wh/kg | 1000-2000 | Ole varovainen yli 1C-latauksen, keskimääräisen kylmän suorituskyvyn, korkeamman hinnan. |
| LTO | 50-80 Wh/kg | 15000-20000 | Kestää 5C latauksen, toimii miinus 30 asteessa, huomattavasti korkeampi hinta. |
Sama LFP-kemia, eri kapasiteetti: Kuinka valita
Ihmiset kysyvät tätä paljon. Useimmat toimittajat eivät selitä sitä hyvin, koska he haluavat sinun ostavan isompaa (korkeampaa marginaalia).
Onko isompi aina parempi? Ei.
Suuret kapasiteettiongelmat
Ensinnäkin paino.100Ah LFP-pakkaus painaa noin 45kg, 200Ah painaa 85kg. Tämä ylimääräinen 40 kg joko vähentää hyötykuormaa tai lisää energiankulutusta matkaa kohden.
Toiseksi latausaika.0,5 C:ssa 100 Ah kestää 2 tuntia, 200 Ah 4 tuntia.
Kolmas,jos jokainen työvuoro käyttää vain 30 % akun kapasiteetista, 70 % kennoista on korkealla latauksella joka päivä, mikä nopeuttaa kalenterin ikääntymistä.
Pienet kapasiteettiongelmat
Pienet kapasiteettiongelmat ovat ilmeisiä: lyhyt käyttöaika, vaara, että ajoneuvot kuolevat kesken -vuoron, jos latausaikataulu lipsahtaa.
Oma kokoperiaate
Selvitä, kuinka paljon energiaa ajoneuvo todella kuluttaa latausten välillä, ja valitse sitten kapasiteetti, jotta käytät 60–70 % pakkauksesta jokaisella jaksolla. Ei tarpeeksi syvä rasittamaan soluja, ei tarpeeksi matala tuhlaamaan rahaa käyttämättömään kapasiteettiin.
Esimerkki: AGV voi ladata 4 tunnin välein, keskimääräinen virrankulutus 800W. Neljä tuntia 800 W teholla on 3200 Wh. 48V jännitteellä se on 67Ah. 100 Ah:n pakkaus tarkoittaa 67 %:n käyttöastetta sykliä kohden. Se on suloinen paikka. 150 Ah:n pakkaus kuluttaisi vain 45 % sykliä kohden, mikä tuhlaa pääomaa soluihin, jotka eivät ansaitse säilytystään.
DOD ja Cycle Life: Tämä tieto säästää rahaa
DOD tarkoittaa purkaussyvyyttä. Sen vaikutus akun käyttöikään on suurempi kuin useimmat ihmiset ymmärtävät.
Battery University (batteryuniversity.com) julkaisi testitiedot, jonka lainaan suoraan:
100 % DOD:lla jaksotetut LFP-solut saavuttavat 80 % kapasiteetin noin 600 jakson jälkeen. Samat solut, jotka on kierrätetty 40 % DOD:lla, kestävät yli 3000 sykliä. Sama akku, matala pyöräily tuottaa useita kertoja enemmän kokonaisenergiaa käyttöiän aikana kuin syväpyöräily.
Mitä tämä käytännössä tarkoittaa? Parempi ostaa hieman suurempi kapasiteetti ja käyttää vain puolet siitä kuin ostaa täsmälleen mitä tarvitset ja tyhjentää se joka sykli. Toinen lähestymistapa näyttää halvemmalta etukäteen, mutta paristot vaihdetaan useammin.
Vakiokokoonpanomme nyt: SOC-lattia 20–25 %, katto 80–85 %, ajoneuvot toimivat tässä ikkunassa. Yhdessä mahdolliseen lataukseen, akun käyttöikä pidentää kahdesta kolmeen kertaa täyteen lataus-/purkausjaksoon verrattuna.
Yksi yleinen väärinkäsitys
Monet ihmiset ajattelevat, että litiumakut tarvitsevat ajoittain täyden purkauksen "kalibroimiseksi". Tämä on nikkelikadmiumiajattelua, täysin väärin litiumille. Syväpurkaus vahingoittaa elektrodin rakennetta. Nykyaikainen BMS käyttää coulomb-laskentaa SOC-estimointiin, ei vaadi tyhjiä syklejä kalibrointiin.
Latausstrategia: Mahdollisuus lataus tai akun vaihto
Molemmilla lähestymistavoilla on paikkansa. Kumpikaan ei ole luonnostaan "edistyneempi".
Mahdollisuus veloittaa
Toimii, kun automaattitrukkien käyttöaste on alle 75 %. Ajoneuvo latautuu tehtäviä odotellessa, jonossa, lastaamisessa/purkussa. Jokainen istunto kestää 15-30 minuuttia. Lisää tarpeeksi käyttöaikaa koko päiväksi. Ihmisen väliintuloa ei tarvita. Kun LFP tukee 1C-latausta, 15 minuuttia lisää noin 25 % kapasiteettia, mikä riittää vielä tunniksi tai kahdeksi.
Akun vaihto
Toimii, kun käyttöaste ylittää 95 % ja ajoneuvot eivät voi pysähtyä. Ajoneuvo saapuu vaihtoasemalle, akku vaihdettu 2-5 minuutissa, heti takaisin töihin. Vaihto-: jokainen ajoneuvo tarvitsee 2–3 akkua, erilliset vaihtolaitteet ja kuljettajat vaihtojen suorittamiseen.
DHL:n tapaus on huomion arvoinen. Heidän maailmanlaajuiset jakelukeskuksensa käyttävät Locus Robotics -yhteistyörobotteja mahdollisuuksien veloituksen kanssa. Keräilytehokkuus parani 50 % - 70 %, työtapaturmat vähenivät 15 % (lähde: DHL:n verkkosivusto ja Logistics Viewpoints -kattavuus). Nämä tehokkuusedut eivät johdu pelkästään roboteista itsestään. Mahdollisuuslataus mahdollistaa todellisen 24 tunnin miehittämättömän toiminnan. Työvoimakustannussäästöt ovat huomattavat.
Kylmän ympäristön sudenkuopat
Jos varastossasi on kylmä- tai pakastinalueita, akun valinta vaatii erityistä huolellisuutta.
Litiumakuilla on kaksi ongelmaa kylmässä. Ensinnäkin kapasiteetti laskee: miinus 10 asteessa LFP säilyttää ehkä 85 % kapasiteetista; miinus 20 asteessa ehkä 70%. Toiseksi latausrajoitukset: litiumin lataaminen jäätymislämpötilan alapuolelle aiheuttaa anodin litiumpinnoituksen. Se on pysyvä vahinko ja turvallisuusriski. Useimmat BMS:t kieltäytyvät latausvirrasta, kun kennon lämpötila laskee alle 0 asteen.
Käytännön ratkaisuja: joko asenna latausalueet kylmän alueen ulkopuolelle (ajoneuvot lähtevät latautumaan, palaavat kun valmis) tai käytä esilämmityksellä varustettuja akkujärjestelmiä (lämpimiä kennoja pakkasen yläpuolelle ennen latausvirran hyväksymistä).
Jos automaattitrukkisi toimivat pitkiä aikoja alle miinus 25 asteen lämpötilassa, tavallinen LFP ei todennäköisesti leikkaa sitä. Harkitse LTO:ta tai erikoistuneita kylmäketjuakkuja. SVOLTin LMFP-solut väittävät toimivan miinus 30 asteessa. He ovat rakentaneet kunnollisen aseman kylmäketjulogistiikassa. Tutkimisen arvoinen pakastinsovellusten osalta.
Numeroiden juokseminen
Konkreettisia hahmoja. Yksi 48 V AGV, kaksi-vuorotyötä (16 tuntia päivässä), viiden- vuoden horisontti.
Lyijyhappo lähestymistapa
Paristot (2 kääntöä varten): 4 000 dollaria
Laturi: 1500 dollaria
Vuotuinen sähkö (5 vuotta): 9 000 dollaria
Vuosihuolto (5 vuotta): 3 000 dollaria
Vaihto (vuosi 3): 4 000 dollaria
Seisokkien tappiot (5 vuotta): 12 000 dollaria
Viisi-vuotta: yhteensä 33 500 dollaria
LFP-lähestymistapa
Akku (vain yksi): 12 000 dollaria
Pikalaturi: 3500 dollaria
Vuotuinen sähkö (5 vuotta): 5 750 dollaria
Huolto: 0 dollaria
Vaihto: 0 dollaria
Seisokkien tappiot (5 vuotta): 2 000 dollaria
Viisi-vuotta: yhteensä 23 250 dollaria
Säästöt: 10 250 dollaria, noin 31 %
Tähän ei lasketa edes lyijyhapon hävityskustannuksia tai litiumin jäännösarvoa viiden vuoden jälkeen.
Milloin litiumissa ei ole järkeä? Yksivuorotyö (alle 8 tuntia päivässä), alhainen käyttöaste. Lyijyhapon alhaisempien alkukustannusten selviytyminen kestää 7–8 vuotta. Jos projektisi horisontti on vain 3–5 vuotta ja käytät todella vain yhden vuoron, lyijyhappo saattaa toimia paremmin.
BMS: enemmän kuin suojapiirejä
Monet ihmiset pitävät BMS:ää pelkkänä suojapiirinä. Katkaise akku ylilatauksen, yli-purkauksen, yli-virran, yli-lämpötilan aikana. Työ tehty. Nykyaikainen BMS tekee paljon enemmän.
SOC-arvio
Hyvä BMS saavuttaa tarkkuuden plus tai miinus 1 % - 3 % (Infineonin tekniset asiakirjat väittävät plus tai miinus 1 % ratkaisuistaan). Miksi tarkkuudella on väliä? Lähetysjärjestelmäsi voi määrittää tehtäviä kunkin ajoneuvon todellisen jäljellä olevan latauksen perusteella. Korkealla-ladatuilla ajoneuvoilla on pitkiä-matkoja tehtäviä, matalalla-ladatuilla ajoneuvoilla lyhyitä ajoja tai lähdetään lataamaan. Jos SOC-estimointivirhe on 10%, tämä optimointi tulee mahdottomaksi.
SOH-valvonta
Terveydentilan seuranta. Hyvä BMS seuraa kunkin akun kapasiteetin heikkenemiskäyriä ja varoittaa kuukausia eteenpäin, jos akku epäonnistuu. Parempi kuin odottaa kuollutta ajoneuvoa ja käsitellä hätäseisokkeja.
Lämpötilan hallinta
Reaaliaikainen{0}}seuranta pakkauksen useissa kohdissa. Havaitsee kuumat alueet aikaisin, vähentää tehoa ennen kuin ongelmat kärjistyvät.
Tiedonsiirtoliittymä
CAN-väylä tai RS485 yhdistää varastonhallintajärjestelmääsi. Antaa WMS:n nähdä jokaisen ajoneuvon akun tilan.
Älä osta BMS:ää halvalla. Olemme nähneet asiakkaiden säästävän muutama sata dollaria edullisista BMS-yksiköistä ja havainneet niin suuria SOC-arviointivirheitä, että lähetysjärjestelmä ei voi käyttää tietoja ollenkaan. Voi olla, ettei siinä ole ominaisuutta.
Sertifikaatit: Ei vain paperityötä
Kaksi sertifikaattia ovat tärkeimpiä: UN38.3 ja IEC 62619.
UN38.3
Kattaa kuljetusturvallisuuden. Testaa korkeussimulaatiota, lämpötilan kiertoa, tärinää, iskua, oikosulkua, ylilatausta, pakkopurkausta. Vaaditaan kaikille rajojen ylittäville litiumakuille. Ei UN38.3, logistiikkayritykset eivät koske siihen.
IEC 62619
Kattaa teollisen litiumakun käyttöturvallisuuden. Testikohteet menevät päällekkäin UN38.3:n kanssa, mutta keskittyvät enemmän toimintaskenaarioihin: naulan läpäisy, pudotustesti, BMS-toiminnan tarkastus. IEC 62619 muodostaa teknisen perustan CE-merkinnälle Euroopassa, AS/NZS-sertifioinnille Australiassa ja PSE-hyväksynnälle Japanissa.
Tärkeä huomautus: sertifioinnit koskevat tiettyjä tuotemalleja, eivät valmistajia. Jotkut valmistajat sertifioivat yhden mallin ja antavat sen sitten kaikkeen myymäänsä. Kun ostat, varmista, että sertifikaatin mallinumero vastaa tarkasti ostamaasi. Yhteensopimattomat sertifikaatit ovat arvottomia.
Toimittajan huomautukset
Muutamia, joita olemme käsitelleet:
Kiinalaisista toimittajista BYD:llä on merkittävä markkinaosuus sähkötrukkien litiumakuissa, noin 60 % Kiinassa. Niiden teräakuilla on 10 vuoden takuu. CATL ja Hangcha muodostivat yhteisyrityksen nimeltä Pengcheng New Energy erityisesti trukkien ja AGV-akkuja varten. Jos käytät jo Hangcha-ajoneuvoja, kanava saattaa olla tasaisempi.
Länsimaisista toimittajista EnerSys NexSys -sarja on vakaa. Niiden langaton NexSys AIR -latausjärjestelmä tukee lyijyhappoa, TPPL:ää ja litiumia samassa infrastruktuurissa. Hyödyllinen, jos kalustosi on siirtymässä lyijyhaposta litiumiin ja haluat suojata latauslaiteinvestointiasi.
Toimittajia arvioitaessa esitettävät kysymykset:
Mikä solun valmistaja, mikä luokka (A-luokka tai B-luokka)? Voivatko ne tarjota syklin elinkaaren testitietoja pakkauksista, ei vain paljaista soluista? Haalistuuko takuu kattaako kapasiteetti vai vain täydellinen vika? Miten he käsittelevät takuuvaatimuksia (akkujen toimittaminen kansainvälisesti on kallista ja hidasta)?
Viimeisiä ajatuksia
Akun valinta ei ole{0}}kertaluonteinen ostopäätös. Se, mitä valitset tänään, määrittää käyttökustannukset ja ylläpidon monimutkaisuuden seuraavien 5–10 vuoden ajaksi. Älä katso vain alkuperäistä ostohintaa. Laske viiden-vuoden TCO ennen päätöksen tekemistä.
Jos sinulla on erityinen projekti työn alla ja sinun on vahvistettava akun tekniset tiedot, lähetä käyttöparametrit, budjettialue, erityisvaatimukset (kylmäsäilytys, räjähdyssuojaus-, epätavalliset mitat). Olemme astuneet joihinkin näistä maamiinoista aiemmin ja voimme auttaa sinua välttämään ne.
