Vous jouez un rôle essentiel lorsque vous concevez des batteries pour robots mobiles autonomes et systèmes AGVUn pack de batteries adapté garantit à vos robots des performances fiables, une disponibilité maximale et un fonctionnement constant. Il est essentiel d'adapter la tension, la capacité et la chimie aux exigences réelles. Des formes personnalisées, un système de gestion de batteries (BMS) performant et une communication claire avec le fournisseur sont autant d'éléments qui contribuent au succès.
Une densité énergétique élevée prolonge la durée de fonctionnement entre les charges.
La charge rapide et la longue durée de vie des cycles contribuent à maximiser la disponibilité.
Une gestion thermique efficace contribue à la fiabilité dans les environnements difficiles.
Points clés à retenir
Déterminez les besoins en énergie de votre robot en définissant les exigences en tension et en capacité. Vous garantirez ainsi des performances optimales et une durée de vie maximale de la batterie.
Choisissez la bonne chimie de batterie, comme le lithium-ion, pour une meilleure efficacité et une durée de vie plus longue par rapport aux batteries au plomb.
Intégrez un système de gestion de batterie (BMS) robuste pour surveiller l'état de la batterie et prévenir les pannes, améliorant ainsi la sécurité et la fiabilité.
Considérer batterie personnalisée Des formes permettant d'optimiser l'espace et d'améliorer les performances de votre robot.
Évaluez régulièrement l'état de la batterie et ses habitudes de charge afin d'en prolonger la durée de vie et de réduire les temps d'arrêt imprévus.
Partie 1 : Conception des batteries pour les besoins des AMR/AGV
1.1 Définir les exigences en matière de tension et de capacité
Il est essentiel de bien comprendre les besoins énergétiques de votre robot. La tension et la capacité sont fondamentales pour la conception des batteries destinées aux systèmes AMR et AGV. Différents profils de fonctionnement requièrent différents niveaux de tension et de capacité. Par exemple :
Les systèmes à tension plus élevée, comme le 48 V, conviennent aux applications à forte charge. Ces systèmes réduisent le flux de courant et minimisent la production de chaleur.
La capacité de la batterie est directement liée à la charge moyenne et à l'autonomie requise. Vous devez calculer l'énergie consommée par votre robot pendant son cycle de travail habituel.
Les systèmes 48 V offrent souvent un meilleur rendement que les systèmes 24 V. Une consommation de courant plus faible signifie moins de pertes de chaleur et une fiabilité accrue.
Conseil : Veillez à toujours adapter la tension et la capacité à la consommation électrique maximale et moyenne de votre robot. Cela évite les baisses de performance et prolonge la durée de vie de la batterie.
1.2 Évaluation de l'autonomie et des cycles de charge
Vous devez estimer la durée de fonctionnement de votre robot entre deux charges. Les robots utilisés pour l'automatisation d'entrepôts, la logistique et les robots industriels requièrent des autonomies différentes. Le tableau ci-dessous présente les autonomies typiques pour diverses applications et types de batteries :
Type de pile | Type d'application | Durée d'exécution moyenne |
|---|---|---|
NMC | AGV pour le commerce électronique | de 10 heures |
NMC | AGV pour conteneurs portuaires | de 12 heures |
Lithium-ion | AMR | 4 à 6.5 heures |
Il faut également tenir compte des cycles de charge. Des charges fréquentes peuvent réduire la durée de vie de la batterie. Privilégiez les batteries au lithium de technologies telles que LiFePO4, NMC, LCO ou LMO pour une longue durée de vie et une densité énergétique élevée. Ces technologies sont adaptées aux cycles de service exigeants des environnements industriels et logistiques.
1.3 Aligner les spécifications de la batterie avec les opérations du robot
Vous devez adapter les spécifications de la batterie aux besoins opérationnels de votre robot. Chaque composant du système consomme de l'énergie différemment. Le tableau ci-dessous illustre l'impact des inadéquations sur les performances :
Composant système | Caractéristiques de consommation électrique | Impact opérationnel sur la batterie |
|---|---|---|
moteur d'entraînement | Pics élevés et dynamiques | Définit les exigences maximales de débit de pointe |
Calcul de la carte mère | Modéré, constant | Nécessite une tension stable pour éviter les réinitialisations du système. |
Détecteurs de mouvement | Faible, sensible | Sensible à une perte d'étalonnage lors d'une chute de tension |
Vous devez choisir des batteries répondant à ces exigences. Par exemple, les robots médicaux nécessitent une tension stable pour leurs capteurs sensibles. Les systèmes de sécurité requièrent une décharge de pointe fiable pour les moteurs. Les robots industriels exigent une longue durée de vie et une grande capacité. Les robots destinés à l'électronique grand public et aux infrastructures bénéficient d'une densité énergétique et d'un poids optimisés.
Les méthodes de charge influencent également la conception des batteries. Le tableau ci-dessous compare les solutions de charge courantes :
Méthode de charge | Caractéristiques | Applications appropriées |
|---|---|---|
Chargement enfichable | Plage de puissance de 3 à 6 kW, nécessite un alignement précis pour le raccordement | Recharge automatisée des chariots élévateurs autonomes et des robots de tri |
Chargement sans fil pour téléphone portable | Résonance magnétique, flexible, compatible avec la charge de plusieurs appareils | Les environnements difficiles comme les zones à forte concentration de poussière ou à haut risque |
Chargement latéral | Adaptable à différentes configurations | Non spécifié |
Chargement au sol | Adaptable à différentes configurations | Non spécifié |
Remarque : lors de la conception de batteries, tenez toujours compte du profil de fonctionnement, du cycle de service et du mode de charge. Cela garantit des performances et une fiabilité constantes pour vos robots.
Vous devez adapter la conception de votre batterie aux besoins spécifiques de chaque secteur d'application. Les applications médicales, la robotique, la sécurité, les infrastructures, l'électronique grand public et les robots industriels requièrent toutes des combinaisons différentes de tension, de capacité et de chimie. Les batteries au lithium, notamment celles utilisant les technologies LiFePO4, NMC, LCO ou LMO, offrent la flexibilité et les performances nécessaires à ces environnements variés.
Partie 2 : Sélection de la chimie et du format de la batterie
2.1 Comparaison entre les batteries lithium-ion et plomb-acide
Vous devez choisir la chimie de batterie adaptée à votre système AMR ou AGV. Les batteries lithium-ion offrent des avantages indéniables par rapport aux batteries au plomb-acide en robotique industrielle. Le tableau ci-dessous présente les principales différences de performances :
Fonctionnalité | Batteries lithium-ion | Batteries au plomb |
|---|---|---|
Temps de charge | 1 à 2 heures | Plusieurs heures |
Exigences d'entretien | Low | Haute |
Densité d'énergie | 90 à 120 Wh / kg | 30 à 50 Wh / kg |
L'efficacité énergétique | 99% ou plus | Inférieur au lithium-ion |
Charge d'opportunité | Oui | Non |
Il faut également tenir compte de la durée de vie de la batterie. Les batteries lithium-ion durent beaucoup plus longtemps que les batteries au plomb-acide :
expert | Cycle de vie |
|---|---|
Lithium-Ion | 2,000 à 5,000 cycles |
Plomb-acide | 500 à 1,000 cycles |
Conseil : Les batteries lithium-ion prennent en charge la charge d’opportunité, ce qui permet à vos robots de fonctionner plus longtemps et réduit les temps d’arrêt.
2.2 Formes d'emballage personnalisées pour l'optimisation de l'espace
Vous pouvez optimiser l'espace dans le châssis de votre robot en utilisant des batteries de forme personnalisée. Ces batteries s'intègrent à la structure du robot, notamment au niveau du torse ou des membres. Cette approche élimine le gaspillage d'espace et augmente la capacité de charge utile. L'intégration directe des batteries dans la conception du robot améliore les performances et l'efficacité. Lors de la conception de batteries, plusieurs contraintes doivent être prises en compte :
Les schémas de charge doivent correspondre à la chimie de la batterie.
Le passage des batteries au plomb-acide aux batteries LiFePO4 nécessite une nouvelle infrastructure de recharge.
Un fonctionnement sous-optimal peut en résulter si vous n'adaptez pas l'infrastructure.
Type de contrainte | Description |
|---|---|
Taille | Les blocs-batteries de forme personnalisée doivent correspondre aux dimensions spécifiques des systèmes AMR/AGV. |
Poids | Le poids de la batterie influe sur les performances et l'efficacité globales du système. |
Performances | Les performances de la batterie doivent répondre aux exigences opérationnelles des systèmes AMR/AGV. |
Protocoles de communication: | Différents types de batteries peuvent nécessiter des protocoles de communication spécifiques pour une intégration optimale. |
Facteurs environnementaux | Les batteries doivent être conçues pour résister aux conditions environnementales dans lesquelles elles fonctionneront. |
Remarque : La densité de charge optimale varie selon la chimie de la batterie. Les batteries LiFePO4 bénéficient de charges superficielles fréquentes, contrairement aux batteries au plomb.
2.3 Équilibrer la densité énergétique et le poids
Lors de la conception de batteries pour les systèmes AMR et AGV, il est essentiel d'optimiser le rapport densité énergétique/poids. Les batteries à haute densité énergétique, telles que les batteries NMC, permettent de réduire le poids et d'améliorer l'efficacité de la charge utile. Il en résulte une autonomie accrue et une usure réduite des robots. Par exemple, un AGV portuaire pour conteneurs, équipé de batteries NMC, a vu le poids de sa batterie diminuer de 5 kg, son autonomie passer à 12 heures et son débit journalier augmenter de 3 conteneurs.
Chimie | Tension (V) | Densité énergétique (Wh/kg) | Cycle de vie (cycles) | Scénario d'application |
|---|---|---|---|---|
NMC | 3.6-3.7 | 150-220 | 2,000-3,000 | Industrie, logistique, port |
LiFePO4 | 3.2 | 90-140 | 3,000-5,000 | Médical, sécurité, levage |
CDO | 3.7 | 150-200 | 1,000-2,000 | Electronique grand public |
LMO | 3.7 | 100-150 | 1,000-2,000 | Infrastructures, robotique |
État solide | 3.7-4.2 | 250-350 | 5,000 | Robotique émergente de pointe |
lithium Métal | 3.7-4.2 | 300 | 1,000 | Systèmes avancés et futurs |
Une densité énergétique élevée est essentielle pour les petits robots et les AGV.
Les grandes plateformes mobiles peuvent privilégier la durée de vie et la stabilité thermique à la densité énergétique.
Vous devez choisir la chimie et le format adaptés à votre application. Les secteurs médical, robotique, de la sécurité, des infrastructures, de l'électronique grand public et industriel requièrent chacun des solutions de batteries différentes.
Partie 3 : Intégration de la gestion et de la sécurité des batteries
3.1 Principes essentiels du système de gestion de batterie (BMS)
Lors de la conception de batteries pour les systèmes AMR et AGV, il est indispensable d'intégrer un système de gestion de batteries (BMS) robuste. Le BMS centralise le fonctionnement des batteries lithium-ion et fournit des mesures précises de la tension des cellules, de leur état de charge (SoC) et de leur température. Ces données en temps réel permettent d'optimiser les performances du robot et de prévenir les pannes.
Un système de gestion de bâtiment (BMS) bien conçu remplit ces fonctions essentielles :
Surveille la tension, le courant et la température de chaque cellule.
Calcule l'état de charge (SoC) et l'état de santé (SoH).
Équilibre les cellules pour une distribution uniforme de l'énergie.
Optimise la consommation d'énergie et réduit les pertes d'énergie.
Assure des conditions de fonctionnement sûres en prévenant la surcharge et la décharge excessive.
Comprend des mécanismes de refroidissement pour réguler la température de la batterie.
Il détecte les risques tels que les surtensions, les sous-tensions et les courts-circuits, et déconnecte la batterie si nécessaire.
Vous pouvez en apprendre davantage sur l'intégration des systèmes de gestion technique du bâtiment (GTB) à l'adresse suivante : Solutions BMS et PCM.
Un système de gestion de batterie (BMS) structuré réduit les risques de surchauffe, de courts-circuits et de dysfonctionnements électriques. Il prolonge également la durée de vie de la batterie en équilibrant les cellules et en surveillant son état.
3.2 Protection thermique et contre les surcharges
La gestion thermique est essentielle à la sécurité des batteries au lithium. L'enrobage et l'encapsulation permettent d'améliorer la sécurité dans les environnements difficiles. Les composés d'enrobage thermoconducteurs contribuent à dissiper la chaleur et à prévenir la surchauffe localisée. Les circuits intégrés de batterie avancés ajoutent une protection thermique, coupant ou limitant le courant si la température devient trop élevée. Des ventilateurs axiaux à courant continu ou un refroidissement passif peuvent également être utilisés pour réguler la température pendant la charge et la décharge.
Des circuits de charge intelligents et des systèmes de surveillance de la tension protègent contre la surcharge. Ces systèmes coupent automatiquement l'alimentation lorsque la batterie est pleine. Des mécanismes de sécurité interrompent le fonctionnement si les seuils de tension sont dépassés.
Fonction de protection | Fonction | Bénéfice |
|---|---|---|
Enrobage/Encapsulation | Améliore la diffusion de la chaleur, prévient les points chauds | Réduit le stress thermique |
Circuits de charge intelligents | Coupe l'alimentation lorsque la charge est complète. | Prévient les surcharges |
Surveillance de la tension | Garantit une plage de tension sûre | Évite d'endommager la batterie |
Capteurs thermiques/circuits intégrés | Limite le courant ou s'arrête en cas de températures élevées. | Prévient les incidents de surchauffe |
3.3 Protocoles de sécurité pour les batteries au lithium
Vous devez respecter des protocoles de sécurité stricts lors de la conception de batteries pour robots industriels. Les causes les plus fréquentes d'incidents de sécurité sont les suivantes :
Dommages mécaniques, tels que des chutes ou des perforations.
Abus électriques, notamment surcharges ou courts-circuits.
Contraintes thermiques dues aux températures extrêmes.
Défauts de fabrication, tels que courts-circuits internes ou impuretés.
Il est essentiel de mettre en œuvre des inspections régulières, un boîtier robuste et une surveillance automatisée afin de réduire ces risques. Une communication efficace entre le BMS et le chargeur est indispensable pour la sécurité et la longévité de la batterie.
Partie 4 : Qualité, conformité et collaboration avec les fournisseurs
4.1 Normes et certifications industrielles
Vous devez vous assurer que vos batteries répondent aux normes industrielles strictes avant leur déploiement dans les systèmes AMR et AGV. Ces normes garantissent la sécurité, la fiabilité et la conformité légale sur les marchés internationaux. Le tableau ci-dessous récapitule les certifications les plus pertinentes :
Standard | Application | Focus | Produits typiques |
|---|---|---|---|
IEC 62133-2 | Applications de batteries portables | Sécurité pour une utilisation portable | Appareils portables, outils médicaux |
IEC 62619 | applications industrielles de batteries | Sécurité au niveau du système | AGV, chariots élévateurs, robotique |
UN38.3 | Essais de transport | tests d'abus liés aux transports | Batteries au lithium pour le transport |
Il est important d'intégrer la conformité dès le début de votre projet. Les exigences peuvent varier d'une région à l'autre et évoluer rapidement. Un alignement précoce avec des normes telles que la CEI 62619 et l'UN38.3 vous permettra d'éviter des modifications coûteuses et des retards.
À noter: Batteries personnalisées Les tests et la documentation nécessitent souvent plusieurs semaines. Cela peut avoir un impact sur le calendrier de votre projet et vos décisions en matière d'approvisionnement.
4.2 Communication et évaluation des fournisseurs
Choisir le bon fournisseur est essentiel à la réussite de votre projet. Vous devez évaluer les fournisseurs en fonction de leur capacité à respecter les normes de sécurité industrielle et à fournir une documentation complète. Le tableau ci-dessous présente les principaux critères d'évaluation :
Sujet | IEC 62133-2 | IEC 62619 |
|---|---|---|
Cas d'utilisation typique | Produits portables | Systèmes industriels |
Focus | sécurité des piles et des batteries | Sécurité au niveau du système |
Évaluation de la protection | abus et protection de base | Accent mis davantage sur la protection des systèmes et les conditions industrielles |
Vous devriez également demander les éléments suivants à votre fournisseur :
Résumé du test UN38.3
Identification du modèle de batterie correspondant à votre produit
Fiche de données de sécurité (FDS), si votre chaîne logistique l'exige.
Informations relatives à l'emballage et à l'étiquetage pour votre transporteur ou marché de destination
Rapports sous-jacents ou preuves supplémentaires pour les colis personnalisés ou à haut risque
Une communication claire avec votre fournisseur vous assure de recevoir des batteries conformes à vos exigences techniques et réglementaires.
4.3 Tests de fiabilité et cycle de vie
Vous devez valider la fiabilité des batteries par des tests rigoureux et une analyse de leur cycle de vie. Ce processus renforce la fiabilité de vos systèmes AMR et AGV. Des microcontrôleurs avancés et l'analyse prédictive vous permettent de surveiller en temps réel l'état et les performances des batteries. Le tableau ci-dessous présente les principaux aspects de la validation du cycle de vie :
Aspect | Description |
|---|---|
Modélisation de la dégradation des batteries | Prédit la dégradation de la batterie en conditions réelles, facilitant ainsi l'optimisation de la garantie et du BMS. |
Durée de vie utile restante (RUL) | Détermine le potentiel de réutilisation des batteries usagées, optimisant ainsi les stratégies de mise au rebut et de recyclage. |
Suivi de l'état de santé en temps réel | Intègre des modèles de dégradation dans le système de gestion technique du bâtiment (GTB) pour le suivi de l'état de santé et la détection des anomalies. |
Vous pouvez utiliser des solutions basées sur l'IA pour minimiser la dégradation et prolonger la durée de vie de la batterie. La surveillance en temps réel de l'état de charge (SoC) et de l'état de santé (SoH) fournit des diagnostics prédictifs pour une durée de vie accrue.
Conseil : Des batteries fiables réduisent les temps d’arrêt et les coûts de maintenance, assurant ainsi une efficacité opérationnelle à long terme.
Partie 5 : Conseils pratiques et pièges courants
5.1 Conseils de conception tirés de situations concrètes
Vous pouvez optimiser vos projets de batteries pour robots mobiles autonomes (AMR) et véhicules à guidage automatique (AGV) en suivant des stratégies de conception pratiques. Commencez par cartographier la charge de travail quotidienne de votre robot. Mesurez la consommation de courant réelle pendant les périodes de pointe et d'inactivité. Cela vous permettra de choisir la chimie de batterie la plus adaptée, comme le LiFePO4 ou le NMC, en fonction de vos besoins en termes d'autonomie et de durée de vie.
Privilégiez une approche modulaire pour l'intégration des batteries. Les modules simplifient la maintenance et permettent des remplacements rapides, réduisant ainsi les temps d'arrêt. Prévoyez systématiquement une gestion thermique adéquate, notamment pour les robots compacts. Installez des capteurs de température et des solutions de refroidissement afin d'éviter toute surchauffe.
Conseil : Planifiez des contrôles réguliers de l’état de votre batterie. Les outils de maintenance prédictive peuvent vous alerter des premiers signes de dégradation, vous aidant ainsi à éviter les pannes inattendues.
Il est également important de documenter tous les cycles de charge et de décharge. Ces données permettent une analyse précise du cycle de vie de la batterie et vous aident à optimiser les programmes de charge pour une durée de vie accrue.
5.2 erreurs à éviter
De nombreuses équipes rencontrent des difficultés communes lors de l'utilisation de batteries au lithium pour les systèmes AMR et AGV. Soyez vigilants face aux problèmes suivants :
Alimentation électrique irrégulière due aux fluctuations de tension ou de courant.
Une mauvaise gestion thermique dans les espaces restreints peut entraîner une surchauffe.
Mesure de charge inexacte, entraînant une décharge inattendue de la batterie.
Maintenance prédictive limitée, entraînant un remplacement des batteries trop tôt ou trop tard.
Vous pouvez éviter des revers majeurs en évitant ces erreurs fréquentes :
Se concentrer uniquement sur le prix initial et ignorer le coût total du cycle de vie.
Confondre les exigences des AGV et des AMR peut conduire à choisir le mauvais type de batterie.
Remarque : Choisissez toujours une batterie adaptée au profil opérationnel de votre robot. Tenez compte des aspects techniques et financiers avant de prendre votre décision finale.
Il est possible de concevoir des batteries fiables pour les systèmes AMR et AGV en suivant une démarche claire. Commencez par définir les exigences opérationnelles et les besoins énergétiques. Tenez compte des conditions environnementales et des contraintes budgétaires. Effectuez des tests de résistance aux vibrations, aux chocs et aux températures extrêmes. Validez la logique du système de gestion de batterie (BMS) afin d'éviter les arrêts. Utilisez la charge rapide et les solutions sans fil pour réduire les temps d'arrêt. La surveillance en temps réel et la maintenance prédictive améliorent la sécurité. Collaborez avec les fournisseurs et les experts pour harmoniser les spécifications techniques, la sécurité et la conformité. Cette approche garantit une fiabilité à long terme et des opérations efficaces.
QFP
Quelle est la meilleure chimie de batterie au lithium pour les systèmes AMR/AGV ?
Chimie | Tension (V) | Densité énergétique (Wh/kg) | Cycle de vie (cycles) | Avantage clé |
|---|---|---|---|---|
LiFePO4 | 3.2 | 90-140 | 3,000-5,000 | Longue durée de vie |
NMC | 3.6-3.7 | 150-220 | 2,000-3,000 | haute densité d'énergie |
CDO | 3.7 | 1,000-2,000 | Format compact | |
LMO | 3.7 | 100-150 | 1,000-2,000 | Charge rapide |
Choisissez LiFePO4 pour une longue durée de vie et une sécurité accrue des flottes d'AGV. Choisissez NMC lorsque votre plateforme AMR nécessite une densité énergétique plus élevée et un poids plus léger. solutions de batteries robotiques et projets de batteries AGV, Large Power peut vous aider à adapter la chimie, la tension, la capacité et la stratégie de charge à votre cycle de fonctionnement.
Comment prolonger la durée de vie des batteries au lithium ?
Utilisez un système de gestion de batterie (BMS).
Gardez les batteries au frais.
Planifiez un entretien régulier.
Utilisez le chargeur approprié à votre réaction chimique.
Ces étapes vous aident à réduire l'usure et à optimiser le nombre de cycles de batterie.
Pourquoi un système de gestion de bâtiment (BMS) est-il important pour les robots industriels ?
Quelles certifications les batteries au lithium doivent-elles posséder pour une utilisation avec les véhicules robotisés autonomes (AMR) et les véhicules à guidage automatique (AGV) ?
Standard | Focus | Application |
|---|---|---|
IEC 62619 | Sécurité du système | Robots industriels |
UN38.3 | Sécurité des transports | Batteries d'expédition |
IEC 62133-2 | Sécurité portable | Équipement portatif |
Il est important de vérifier les exigences de certification avant le déploiement, notamment pour les projets de véhicules à guidage automatique (AGV), de véhicules robotisés autonomes (AMR), d'automatisation d'entrepôts et de robots industriels. Contactez-nous. Large Power pour discuter de la conception personnalisée des batteries, de la protection du BMS, du support en matière de certification et de la planification de la production pour votre plateforme robotique.
