بطارية اي جي فيدليل الاختيار: متطلبات الجهد والسعة والشحن
في السنوات الثلاث الماضية، رأينا المزيد من مشاريع AGV تخطئ في اختيار البطارية أكثر من كونها صحيحة. ليس لأن العملاء يفتقرون إلى المعرفة التقنية، ولكن لأن أوراق المواصفات التي يقدمها الموردون غير مجدية في الأساس لاتخاذ قرارات حقيقية. بطاريتين تحملان علامة 48V 100Ah، تكلفة إحداهما ثلاث مرات أكثر من الأخرى. ما الفرق؟ هذا ما يدور حوله هذا الدليل.
اختيار الجهد
يقول بائع AGV أن السيارة تحتاج إلى 48 فولت، لذا عليك التسوق لشراء بطاريات 48 فولت. يبدو واضحا. ليست كذلك.
الفيزياء الأساسية أولا.
القدرة تساوي الجهد مضروبا في التيار. لإخراج 5000 واط، نظام 48 فولت يسحب 104 أمبير، نظام 36 فولت يسحب 139 أمبير، نظام 24 فولت يسحب 208 أمبير. التيار العالي يعني كابلات أكثر سمكًا، وتآكل أسرع للموصلات، والمزيد من الحرارة في الموصلات. إن استخدام 24 فولت حيث يمكنك استخدام 48 فولت يمثل مشكلة في المستقبل.
لكن المشاريع الحقيقية ليست بهذه البساطة. لقد قمنا بمشروع تخزين بارد العام الماضي، بمواصفات 48V LFP في الأصل. أثناء الاختبار، ارتفعت المقاومة الداخلية في درجات الحرارة الباردة، واستمر تشغيل حماية الشحن. تحولت إلى 36 فولت. أقل كفاءة على الورق، ولكن يمكن الاعتماد عليها. في بيئات التجميد، تتفوق الموثوقية على الكفاءة في كل مرة.
قواعدي لاختيار الجهد:
24V
يعمل 24 فولت للأحمال التي يقل وزنها عن 500 كجم، مع طلب طاقة أقل من 2 كيلو وات، وميزانيات محدودة. بصراحة، نادرًا ما نوصي باستخدام 24 فولت ما لم يطلب العملاء ذلك على وجه التحديد.
48V
يغطي 48 فولت معظم مركبات AGV في المستودعات. يتعامل مع حمولات تتراوح من 1 إلى 2.5 طن، وبنية تحتية ناضجة للشحن، وأوسع تشكيلة من الموردين. الاختيار الافتراضي إذا لم يحدث أي شيء خاص.
72V+
72 فولت و80 فولت للرافعات الشوكية الثقيلة ومعدات الموانئ والشاحنات الخارجية. قامت شركة Samsung SDI ببناء نظام 94 فولت للرافعات الشوكية الكهربائية سعة 10 أطنان والذي من المفترض أن يطابق أداء الديزل (هذا من موقع الويب الخاص بهم، ولم أختبره بنفسي، ولكن سجل سامسونج في هذا المجال قوي).
القدرة: الجميع يعرف الصيغة، ولا أحد يعرف من أين يحصل على المدخلات
الصيغة
السعة (Ah)=الطاقة (W) × وقت التشغيل (ساعات) ÷ الجهد (V) ÷ الكفاءة
الكفاءة: 0.95 لليثيوم، 0.85 لحمض الرصاص.
المشكلة هي رقم "القوة". يمنحك بائعو AGV "شروطًا نموذجية" مما يعني الأرضيات المسطحة والأحمال القياسية وعدم وجود عمليات تشغيل وتوقف متكررة. المستودعات الحقيقية لديها منحدرات، حمولة زائدة، ساعات الذروة مع التشغيل المستمر. يمكن أن يكون سحب الطاقة الفعلي أعلى بنسبة 50% من أرقام ورقة المواصفات.
ما نقوم به: اطلب من بائع AGV ثلاثة أرقام. قوة الرحلة غير المحملة، والقوة الشاقة المحملة، وقوة الذروة. ثم قم بتقدير المتوسط المرجح بناءً على المسارات الفعلية للعميل. إذا كان البائع قادرًا على إعطاء رقم واحد غامض "متوسط القوة"، فسأضربه في 1.3 قبل إجراء الحساب.
كمرجع، نشرت شركة JD Logistics بيانات عن مستودعاتها الذكية رقم 1 في آسيا. تحمل مركبات Dilang AGV الخاصة بهم 500 كجم، وتعمل من 6 إلى 9 ساعات محملة على الخلايا المستوردة، وتدعم الشحن السريع بقدرة 50 أمبير والذي يكتمل في 30 دقيقة (المصدر: الوثائق الفنية لشركة JD Logistics). عند 48 فولت، يعني الشحن 50 أمبير أن سعة البطارية تتراوح بين 40 أمبير و60 أمبير. هذا معقول بالنسبة لحاملة 500 كجم. إذا كانت سيارتك تحمل المزيد أو تسير في مسارات أطول، فقم بزيادة السعة وفقًا لذلك.
الكيمياء: LFP، NMC، LTO لكل منها مكانها
تهيمن ثلاث كيميائيات ليثيوم على سوق AGV. وهنا رأيي:
LFP (فوسفات حديد الليثيوم)
الاختيار الصحيح لـ 90% من المشاريع. دورة حياة طويلة، ملف تعريف أمان جيد، انخفضت التكاليف بشكل ملحوظ. تقوم CATL وBYD بتصنيع خلايا LFP موثوقة مع سلاسل توريد ناضجة. ما لم يكن لديك سبب محدد لاختيار شيء آخر، قم باختيار LFP افتراضيًا.
NMC (كوبالت النيكل والمنغنيز)
كثافة طاقة أعلى من LFP، ولكن دورة حياة أقصر ومخاطر حرارية أعلى. خذ بعين الاعتبار NMC فقط إذا كانت حجرة بطارية AGV الخاصة بك صغيرة جدًا بحيث لا تناسب حجم LFP الذي تحتاجه. أنا شخصياً لا أحب NMC في بيئات المستودعات. إذا حدث الهروب الحراري، فستفقد قيمة المخزون بالكامل في المستودع، وليس فقط AGV.
LTO (تيتانات الليثيوم)
حالة خاصة. كثافة الطاقة هي نصف LFP (منخفضة حقًا)، ولكن سرعة الشحن شديدة (5 درجة مئوية لا توجد مشكلة، الشحن الكامل في 12 دقيقة)، عمر الدورة شديد (15000+ دورات)، أداء الطقس البارد شديد (يعمل عند درجة حرارة سالب 30 درجة). السعر متطرف أيضًا. هناك سيناريوهان حيث يكون LTO منطقيًا: التشغيل المستمر على مدار 24 ساعة طوال أيام الأسبوع مع نوافذ شحن مدتها 10 إلى 15 دقيقة فقط، أو بيئات سلسلة التبريد ذات درجات حرارة أقل من-الصفر. إذا كان مشروعك يناسب أيًا من السيناريوهين، فإن السعر المميز لـ LTO له ما يبرره.
| يكتب | كثافة الطاقة | دورات | المواصفات |
|---|---|---|---|
| LFP | 90 إلى 160 واط/كجم | 2000 إلى 5000 | يتعامل مع شحن 1C بشكل جيد، ويعمل حتى 20 درجة تحت الصفر، وبتكلفة معتدلة. |
| إن إم سي | 150 إلى 220 واط/كجم | 1000 إلى 2000 | كن حذرًا عند شحن 1C، ومتوسط الأداء البارد، والتكلفة الأعلى. |
| طويل الأجل | 50 إلى 80 واط ساعة/كجم | من 15000 الى 20000 | يتعامل مع الشحن 5C، ويعمل عند درجة حرارة أقل من 30 درجة، وبتكلفة أعلى بكثير. |
نفس كيمياء LFP، سعة مختلفة: كيفية الاختيار
الناس يسألون هذا كثيرا. لا يشرح معظم الموردين الأمر جيدًا لأنهم يريدون منك شراء كميات أكبر (هامش أعلى).
هل الأكبر دائمًا هو الأفضل؟ لا.
مشاكل القدرة الكبيرة
أولا، الوزن.تزن حزمة 100Ah LFP حوالي 45 كجم، و200Ah تزن 85 كجم. يؤدي هذا الوزن الإضافي البالغ 40 كجم إلى تقليل سعة الحمولة أو زيادة استهلاك الطاقة لكل رحلة.
ثانيا، وقت الشحن.عند 0.5 درجة مئوية، 100 أمبير يستغرق ساعتين، 200 أمبير يستغرق 4 ساعات.
ثالث،إذا كانت كل نوبة عمل تستخدم 30% فقط من سعة البطارية، فإن 70% من تلك الخلايا تبقى في حالة شحن عالية كل يوم، مما يؤدي إلى تسريع شيخوخة التقويم.
مشاكل القدرات الصغيرة
تعتبر مشكلات السعة الصغيرة واضحة: قصر وقت التشغيل، وخطر تلف المركبات في منتصف نوبة العمل-في حالة تأخر جدول الشحن.
مبدأ التحجيم الخاص بي
اكتشف مقدار الطاقة التي تستهلكها السيارة فعليًا بين فرص الشحن، ثم حدد السعة بحيث تستخدم 60% إلى 70% من العبوة في كل دورة. ليست عميقة بما يكفي للضغط على الخلايا، وليست ضحلة بما يكفي لإهدار المال على السعة غير المستخدمة.
مثال: يمكن شحن AGV كل 4 ساعات، متوسط استهلاك الطاقة 800 واط. أربع ساعات عند 800 واط هي 3200 واط في الساعة. عند 48 فولت يكون هذا 67 أمبير. عبوة 100 أمبير تعني استخدام 67% لكل دورة. هذا هو المكان الجميل. لن تستخدم حزمة 150 أمبير في الساعة سوى 45% في كل دورة، مما يؤدي إلى إهدار رأس المال على الخلايا التي لا تستحق الاحتفاظ بها.
وزارة الدفاع ودورة الحياة: هذه المعرفة ستوفر لك المال
يعنيDOD عمق التفريغ. تأثيره على عمر البطارية أكبر مما يدركه معظم الناس.
نشرت جامعة البطارية (batteryuniversity.com) بيانات اختبار سأستشهد بها مباشرة:
خلايا LFP التي تم تدويرها بنسبة 100% DOD تصل إلى 80% من سعتها حوالي 600 دورة. نفس الخلايا التي تم تدويرها بنسبة 40٪ DOD تدوم أكثر من 3000 دورة. نفس البطارية، توفر الدراجات الضحلة إنتاجية طاقة إجمالية أكبر عدة مرات على مدار عمرها مقارنة بالدراجات العميقة.
ماذا يعني هذا عمليا؟ من الأفضل شراء سعة أكبر قليلاً واستخدام نصفها فقط بدلاً من شراء ما تحتاجه بالضبط واستنزافه في كل دورة. يبدو النهج الثاني أرخص مقدمًا ولكنك ستستبدل البطاريات كثيرًا.
تكويننا القياسي الآن: أرضية SOC بنسبة 20% إلى 25%، والسقف بنسبة 80% إلى 85%، وتعمل المركبات ضمن هذه النافذة. إلى جانب إمكانية الشحن، يمتد عمر البطارية مرتين إلى ثلاث مرات مقارنة بدورة الشحن/التفريغ الكاملة.
أحد المفاهيم الخاطئة الشائعة
يعتقد الكثير من الناس أن بطاريات الليثيوم تحتاج إلى تفريغ دوري كامل من أجل "المعايرة". هذا تفكير بالنيكل والكادميوم، وهو خاطئ تمامًا بالنسبة لليثيوم. يؤدي التفريغ العميق إلى إتلاف بنية القطب. يستخدم نظام إدارة المباني الحديث عد الكولوم لتقدير SOC، ولا يحتاج إلى دورات فارغة للمعايرة.
استراتيجية الشحن: فرصة الشحن أو تبديل البطارية
كلا النهجين لهما مكانهما. ولا يعتبر أي منهما "أكثر تقدمًا" بطبيعته.
فرصة الشحن
يعمل عندما يظل استخدام AGV أقل من 75%. رسوم المركبة أثناء انتظار المهام، والانتظار، والتحميل/التفريغ. تستمر كل جلسة من 15 إلى 30 دقيقة. يضيف ما يكفي من وقت التشغيل على مدار اليوم. لا حاجة للتدخل البشري. مع دعم LFP للشحن 1C، تضيف 15 دقيقة سعة تصل إلى 25% تقريبًا، وهو ما يكفي لمدة ساعة أو ساعتين إضافيتين من التشغيل.
تبديل البطارية
يعمل عندما تتجاوز نسبة الاستخدام 95% ولا تستطيع المركبات التوقف. تدخل المركبة إلى محطة التبديل، ويتم تغيير البطارية خلال 2 إلى 5 دقائق، وتعود إلى العمل فورًا. المقايضة-: تحتاج كل مركبة إلى 2 إلى 3 بطاريات، ومعدات تبديل مخصصة، ومشغلين لإجراء عمليات المبادلة.
قضية DHL جديرة بالملاحظة. تستخدم مراكز التوزيع العالمية الخاصة بها الروبوتات التعاونية من Locus Robotics مع إمكانية الشحن. تحسنت كفاءة الانتقاء بنسبة 50% إلى 70%، وانخفضت الإصابات في مكان العمل بنسبة 15% (المصدر: موقع DHL الإلكتروني وتغطية وجهات النظر اللوجستية). إن مكاسب الكفاءة هذه لا تأتي فقط من الروبوتات نفسها. يتيح الشحن الاحتمالي إمكانية التشغيل بدون طيار على مدار 24 ساعة. وفورات في تكاليف العمالة كبيرة.
مخاطر البيئة الباردة
إذا كان المستودع الخاص بك يحتوي على مناطق تبريد أو تجميد، فإن اختيار البطارية يتطلب عناية إضافية.
تواجه بطاريات الليثيوم مشكلتين في البرد. أولاً، تنخفض السعة: عند درجة حرارة 10 تحت الصفر، تحتفظ LFP ربما بنسبة 85% من السعة؛ عند 20 درجة تحت الصفر ربما 70%. ثانيًا، قيود الشحن: يؤدي شحن الليثيوم تحت درجة التجمد إلى طلاء الليثيوم على الأنود. هذا ضرر دائم بالإضافة إلى خطر على السلامة. ترفض معظم أنظمة إدارة المباني (BMS) تيار الشحن عندما تنخفض درجة حرارة الخلية إلى أقل من 0 درجة.
الحلول العملية: إما إنشاء مناطق شحن خارج المنطقة الباردة (خروج المركبات للشحن، العودة عند الانتهاء)، أو استخدام أنظمة البطاريات ذات التسخين المسبق (خلايا دافئة فوق درجة التجمد قبل قبول تيار الشحن).
إذا كانت AGVs الخاصة بك تعمل لفترات طويلة أقل من 25 درجة تحت الصفر، فمن المحتمل أن LFP القياسي لن يفي بالغرض. فكر في LTO أو بطاريات السلسلة الباردة المتخصصة. تطالب خلايا LMFP الخاصة بـ SVOLT بالعمل عند درجة حرارة 30 درجة تحت الصفر. لقد بنوا موقعًا لائقًا في مجال الخدمات اللوجستية لسلسلة التبريد. يستحق التحقيق في تطبيقات الفريزر.
تشغيل الأرقام
أرقام ملموسة. مركبة AGV واحدة بجهد 48 فولت، وعمليتين-مناوبات عمل (16 ساعة يوميًا)، لمدة خمس-أفق.
نهج حمض الرصاص
البطاريات (2 للدوران): 4000 دولار
الشاحن: 1500 دولار
الكهرباء السنوية (5 سنوات): 9000 دولار
الصيانة السنوية (5 سنوات): 3000 دولار
الاستبدال (السنة 3): 4000 دولار
خسائر التوقف (5 سنوات): 12000 دولار
خمس-سنوات:الإجمالي 33500 دولار
نهج LFP
البطارية (واحدة فقط): 12,000 دولار
الشاحن السريع: 3500 دولار
الكهرباء السنوية (5 سنوات): 5750 دولارًا
الصيانة: 0 دولار
الاستبدال: 0 دولار
خسائر التوقف (5 سنوات): 2000 دولار
خمس-سنوات:الإجمالي 23,250 دولارًا
التوفير: 10,250 دولارًا، أي 31% تقريبًا
هذا لا يحسب حتى تكاليف التخلص من حمض الرصاص أو القيمة المتبقية لليثيوم بعد خمس سنوات.
متى يكون الليثيوم غير منطقي؟ العمل بنظام الوردية الواحدة (أقل من 8 ساعات يوميًا)، واستخدام منخفض. تستغرق التكلفة الأولية المنخفضة لحمض الرصاص من 7 إلى 8 سنوات للتغلب عليها. إذا كان أفق مشروعك يتراوح من 3 إلى 5 سنوات فقط وكنت تعمل في الواقع وردية واحدة فقط، فقد يكون حمض الرصاص أفضل.
BMS: أكثر من مجرد دوائر حماية
كثير من الناس يتعاملون مع BMS على أنها مجرد دوائر حماية. قم بفصل البطارية أثناء الشحن الزائد، أو أثناء-التفريغ الزائد، أو أثناء-التيار الزائد، أو أثناء-درجة الحرارة. تم إنجاز المهمة. نظام إدارة المباني الحديث يفعل أكثر من ذلك بكثير.
تقدير شركة نفط الجنوب
يحقق نظام إدارة المباني الجيد دقة تتراوح بين زائد أو ناقص 1% إلى 3% (تطالب المستندات الفنية لشركة Infineon بنسبة زائد أو ناقص 1% لحلولها). لماذا تعتبر الدقة مهمة؟ يمكن لنظام الإرسال الخاص بك تعيين المهام بناءً على الشحن الفعلي المتبقي لكل مركبة. تقوم المركبات- ذات الشحن العالي بمهام لمسافات طويلة-، بينما تقوم المركبات ذات الشحن المنخفض- بمهام قصيرة المدى أو تتجه إلى الشحن. إذا كان خطأ تقدير SOC هو 10%، يصبح هذا التحسين مستحيلاً.
مراقبة SOH
تتبع الحالة الصحية. يتتبع نظام إدارة المباني الجيد منحنيات تدهور السعة لكل بطارية، ويحذر قبل أشهر من فشل الحزمة. أفضل من انتظار مركبة ميتة والتعامل مع التوقف في حالات الطوارئ.
إدارة درجة الحرارة
المراقبة في الوقت الفعلي-عبر نقاط متعددة في الحزمة. يرصد المناطق الساخنة مبكرًا، ويقلل الطاقة قبل تفاقم المشاكل.
واجهة الاتصالات
يمكن للحافلة أو RS485 الاتصال بنظام إدارة المستودعات الخاص بك. يتيح لـ WMS رؤية حالة البطارية لكل مركبة.
لا رخيصة على BMS. لقد رأينا العملاء يوفرون بضع مئات من الدولارات على وحدات BMS ذات الميزانية، ثم يكتشفون أخطاء تقدير SOC كبيرة جدًا لدرجة أن نظام الإرسال لا يمكنه استخدام البيانات على الإطلاق. قد لا يكون كذلك الميزة.
الشهادات: ليست مجرد أوراق
هناك شهادتان مهمتان للغاية: UN38.3 وIEC 62619.
UN38.3
يغطي سلامة النقل. اختبارات محاكاة الارتفاع، ودورة درجة الحرارة، والاهتزاز، والصدمات، وماس كهربائى، والشحن الزائد، والتفريغ القسري. مطلوب لأي بطارية ليثيوم تعبر الحدود. لا يوجد UN38.3، لن تلمسه شركات الخدمات اللوجستية.
إيك 62619
يغطي سلامة استخدام بطارية الليثيوم الصناعية. تتداخل عناصر الاختبار مع UN38.3 ولكنها تركز بشكل أكبر على السيناريوهات التشغيلية: اختراق الأظافر، واختبار السقوط، والتحقق من وظيفة نظام إدارة المباني. تشكل المواصفة القياسية IEC 62619 الأساس الفني لعلامة CE في أوروبا، وشهادة AS/NZS في أستراليا، وموافقة PSE في اليابان.
نقطة مهمة: تنطبق الشهادات على نماذج منتجات معينة، وليس على الشركات المصنعة. تصدق بعض الشركات المصنعة على نموذج واحد ثم تضع الشهادة على كل ما تبيعه. عند الشراء، تأكد من أن رقم طراز الشهادة يتطابق تمامًا مع ما تشتريه. الشهادات غير المتطابقة لا قيمة لها.
ملاحظات المورد
بعض ما تعاملنا معه:
ومن بين الموردين الصينيين، تمتلك شركة BYD حصة سوقية كبيرة في بطاريات الليثيوم للرافعة الشوكية الكهربائية، والتي يقال إنها تبلغ حوالي 60٪ في الصين. تأتي بطارياتها النصلية مع ضمان لمدة 10 سنوات. قامت CATL وHangcha بتأسيس مشروع مشترك يسمى Pengcheng New Energy خصيصًا للرافعات الشوكية وبطاريات AGV. إذا كنت تستخدم مركبات Hangcha بالفعل، فقد تكون هذه القناة أكثر سلاسة.
من بين الموردين الغربيين، تعتبر سلسلة EnerSys NexSys قوية. يدعم نظام الشحن اللاسلكي NexSys AIR حمض الرصاص وTPPL والليثيوم على نفس البنية التحتية. مفيد إذا كان أسطولك ينتقل من حمض الرصاص إلى الليثيوم وتريد حماية استثمارك في معدات الشحن.
الأسئلة التي يجب طرحها عند تقييم الموردين:
ما هي الشركة المصنعة للخلية، وما هي الدرجة (الدرجة A- أو الدرجة B-)؟ هل يمكنهم توفير بيانات اختبار دورة حياة العبوات، وليس فقط الخلايا العارية؟ هل يتلاشى غطاء الضمان أو يفشل فقط؟ كيف يتعاملون مع مطالبات الضمان (شحن البطاريات دوليًا مكلف وبطيء)؟
الأفكار النهائية
لا يعد اختيار البطارية-قرار شراء يتم اتخاذه مرة واحدة. ما تختاره اليوم يحدد تكاليف التشغيل وتعقيد الصيانة للسنوات الخمس إلى العشر القادمة. لا تنظر فقط إلى سعر الشراء الأولي. احسب التكلفة الإجمالية للملكية لمدة خمس-سنوات قبل اتخاذ القرار.
إذا كان لديك مشروع محدد قيد التنفيذ وتحتاج إلى التحقق من صحة مواصفات البطارية، فأرسل معلمات التشغيل ونطاق الميزانية والمتطلبات الخاصة (التخزين البارد والمقاومة- للانفجار والأبعاد غير العادية). لقد داسنا على بعض هذه الألغام الأرضية من قبل ويمكننا مساعدتك في تجنبها.
