Robotin akkupaketti tulisi suunnitella tehtäväprofiilin perusteella sen sijaan, että se valitaan pelkän kapasiteettitavoitteen perusteella. Moottorit, toimilaitteet, tietokoneita, anturit, radiot, valaistus, ja hyötykuormat luovat erilaisia virtakuvioita. Käynnistys, kiihtyvyys, toipuminen pysähtyy, kiipeilyä, manipulointi, ja siirto voi tuottaa huiput paljon keskimääräistä korkeampaa tehoa. Luotettava spesifikaatio tallentaa jokaisen tilan, sen kesto, ja kuinka usein sitä esiintyy.
Pakkauksen tulee myös sopia robotin jännitearkkitehtuuriin, painopisteen kohde, kotelo, latauksen työnkulku, ympäristön altistuminen, palvelustrategia, ja viestintä. Nämä rajoitukset määräävät solukemian, muoto, S/P-kokoonpano, BMS-toiminnot, liittimen valinta, ja validointisuunnitelma.
Aloita robotin tehtäväprofiilista
Jännitteen tulee tukea moottorin ohjaimia ja DC/DC-muuntimia pakkauksen koko toiminta-alueella, ei vain nimellisjännite. Sarjamäärä määrittää maksimilatauksen ja minimikäyttöjännitteen. Rinnakkaislaskenta tukee energiaa ja virtaa, mutta lisää soluja, massa, vikaenergia, ja latausaika.
BMS voi valvoa soluryhmän jännitettä, nykyinen, ja lämpötila; tarjota ylihintaa, ylipurkaus, ylivirta, oikosulku, ja tasapainotustoiminnot; ja välittää valtiotietoja. Tarvittava ominaisuussarja riippuu robotin riskistä, pakkauskoko, huollettavuus, ja laturin integrointi. Mekaaninen sulake ja järjestelmätason sammutus saattavat myös olla tarpeen.
Tekniset tiedot, joilla on merkitystä todellisessa laitteessa
Määrittele nimellis- ja maksimijännite, jatkuva ja regeneratiivinen virta, käynnistys- ja pysähtymishuiput, käyttökelpoista energiaa, tavoite suoritusaika, suurin massa ja tilavuus, latausaika, liittimen syklit, tunkeutua odotuksiin, tärinää, järkyttää, käyttölämpötila, varastointilämpötila, ja viestintäprotokolla.
Regeneratiiviset kuormat ansaitsevat erityistä huomiota, koska moottorit voivat palauttaa energiaa pakkaukseen. BMS- ja laturiarkkitehtuurin on siedettävä tai säädettävä tämä virta, varsinkin lähes täyden latauksen tilassa. Liittimen esilataus- tai kipinänestotoimenpiteitä voidaan tarvita korkeakapasitanssisissa ohjaimissa.
| Suunnittelusyöte | Miksi sillä on väliä | Validointi |
|---|---|---|
| Tehtävän kuormitusprofiili | Asettaa energian ja huippuvirran | Instrumentoitu robottijuoksu |
| Jänniteikkuna | Suojaa ohjaimia ja muuntimia | Täyden/tyhjän pakkauksen testi |
| Ympäristö | Ohjaa tiivistys- ja lämpötilasuunnittelua | Ingress, tärinää, lämpötestit |
| Palvelumalli | Vaikuttaa liittimeen ja koteloon | Kierto- ja väärinkäyttötestaus |
Kuinka tehdä oikea valinta
Valitse solut tehtäväprofiilin mittaamisen tai arvioinnin jälkeen. Korkeaenergiset solut suosivat ajonaikaa; suuritehoiset kennot suosivat kiihtyvyyttä ja huippuja. Paras valinta voi yhdistää riittävän tehon suurempaan rinnakkaislukumäärään, tai käytä muotoa, kuten 21700 kun mekaaninen rakenne tukee sitä.
Päätä, onko pakkaus irrotettava, kuumalla vaihdettavissa, kentällä huollettavissa, tai asennettu pysyvästi. Irrotettavat pakkaukset tarvitsevat vankat, käyttäjälle turvalliset liittimet, säilyttäminen, merkitseminen, ja lataustilan käsittely. Pysyvästi asennetut paketit tarvitsevat pääsyn palveluun, eristäytyminen, ja loppuelämän suunnittelu.
Yleisiä virheitä välttää
Pelkästään keskivirta on huono suunnittelutulo. Moottoripysähdys, pyörän tukos, toimilaitteen päätepisteet, ja radiopurskeet voivat laukaista suojan tai purkaa jännitteen. Toinen virhe on lämpötila-anturien sijoittaminen paikkaan, jossa ne mittaavat ilmaa tai koteloa edustavien kennojen ja kuumaliitosten sijaan.
Vältä käsittelemästä koteloa pelkkänä laatikkona. Se ohjaa pakkausta, soluvälit, iskusuojaus, lämmönsiirto, tiivistys, tuuletus, kaapelin vedonpoisto, ja painopiste. Vedeneristys ilman lämpö- ja painestrategiaa voi luoda uusia vikatiloja.
Sovellus- ja OEM-näkökohdat
Mobiilirobotit asettavat massan etusijalle, suoritusaika, vetohuiput, ja vaihda nopeutta. Vedenalaiset tai tarkastusrobotit lisäävät tiivistystä ja painetta. Varastorobotit saattavat vaatia pitkän käyttöiän ja tilausmaksun. Palvelurobotit voivat korostaa hiljaista toimintaa, käyttäjäystävällinen vaihto, ja vaatimustenmukaisuusasiakirjat.
Prototyyppitestauksen tulee sietää jännite, nykyinen, solujen lämpötilat, liittimen lämpötila, lataustila, ja vikatapahtumat oikeiden tehtävien aikana. Testaa minimilämpötilaa, suurin ympäristö, kulunut mekaniikka, suurin hyötykuorma, estetty liike, viestintä katkeaa, ja latauksen kierto. Päivitä tehobudjetti mitatuilla tuloksilla.
Toiminut esimerkki
Robotti on keskiarvo 120 W kahden tunnin tehtävälle, mutta huippu on klo 600 W kolmen sekunnin ajan kiipeämisen aikana. Yksinkertainen 240 Wh-laskennassa ei huomioida muunnoshäviötä, varata, ikääntyminen, ja huippuvirta. Suunnitteluryhmä saattaa kohdistaa huomattavasti enemmän nimellisenergiaa, tarkista sitten solut, BMS, hitsit, liitin, ja johdotus voi toimittaa toistuvasti 600 W huippu alhaisessa lataustilassa ja minimilämpötilassa.
Turvallisuus, vahvistusta, ja ostokuri
Akun valinnan ei tulisi koskaan perustua pelkästään suurimman kapasiteetin määrään. Varmista laitteen valmistajan sallimat kemiat, nimellisjännite, enimmäislatausjännite, vastakkaisuus, terminaalin tyyli, fyysinen kirjekuori, ja jatkuvat ja huippuvirtavaatimukset. Mekaanisesti sopiva kenno voi silti olla sähköisesti viallinen. Robottien akuille, turvallisin tapa on käsitellä laiteopasta ja akun tietolehteä yhteensovitettuna parina sen sijaan, että oletetaan, että kaksi samannimistä kennoa ovat keskenään vaihdettavissa.
Osta jäljitettävältä toimittajalta ja tarkista nykyinen tekniset tiedot, suojauksen yksityiskohdat, testidokumentaatio, ja tarkan mallin kuljetustiedot. Pidä solut poissa irtonaisista metalliesineistä, vettä, murskaamalla, puhkaisu, liiallinen kuumuus, ja luvaton muuttaminen. Lopeta epätavallisen kuuman akun käyttö, turvonnut, kolhuttu, syöpynyt, vuotaa, tai mekaanisesti vaurioitunut. Käytä yhteensopivaa laturia äläkä koskaan ylitä ilmoitettua latausvirtaa tai -jännitettä. Nämä käytännöt tukevat luotettavaa toimintaa, mutta eivät korvaa laitteen mukana toimitettuja ohjeita, laturi, tai akku.
Käytännöllinen valintatyönkulku
- Aloita kuormituksesta. Tallenna nimellisjännite, käyttövirta, huippuvirta, suoritusaikatavoite, ja käyttömäärä.
- Tarkista lokero. Mittaa käytettävissä oleva halkaisija, pituus, liittimen välys, terminaalin tyyppi, ja jousen puristus.
- Valitse turvallisuusarkkitehtuuri. Päätä, odottaako sovellus suojattua solua, suojaamaton solu, jota isäntä hallitsee, tai täydellinen pakkaus BMS:llä tai PCM:llä.
- Vastaa latausta. Tarkista kemia, enimmäislatausjännite, latausvirta, lopetusmenetelmä, ja lämpötilarajat.
- Vahvista todellinen järjestelmä. Testaa edustavia akkuja lopullisessa laitteessa odotetulla lämpötila- ja kuormitusalueella ennen tuotannon hyväksymistä.
Tämä työnkulku on erityisen tärkeä OEM-ohjelmille. Akun käyttäytyminen riippuu solukemian vuorovaikutuksesta, suojaelektroniikkaa, mekaaninen pakkaus, laiteohjelmisto, lataaminen, ja käyttäjäympäristö. Varhainen validointi on halvempaa kuin akkutilan tai tehovaiheen uudelleensuunnittelu työkalujen valmistumisen jälkeen.
Usein kysytyt kysymykset
Kuinka mitoitan robotin akun?
Rakenna aikaperusteinen tehtävän tehobudjetti, lisää konversiohäviö, reservi ja ikääntymismarginaali, tarkista sitten huippuvirta ja jännite.
Pitäisikö robotin käyttää 18650 tai 21700 soluja?
Kumpikin voi toimia; vertailla energiaa, tehoa, pakkaus, lämpökäyttäytyminen, toimitusten jatkuvuutta, ja pakkausgeometria.
Mitkä BMS-toiminnot ovat tärkeitä?
Jännite, nykyinen, lämpötila, katkaisu, tasapainottaa, ja viestintää saatetaan tarvita paketin ja järjestelmäriskin mukaan.
Miten regeneratiivista jarrutusta tulisi käsitellä?
Määrittele palautusvirta ja varmista pakkaus, BMS, ja ohjain voi hyväksyä tai rajoittaa sen lataustilan ja lämpötilan välillä.
Aiheeseen liittyvät Keeppower-resurssit
- Robotti, ROV- ja AUV-akkuratkaisut
- Räätälöidyt akkupaketit
- Suojattu 21700 paristot
- Suojattu 18650 paristot
- Purkautuvat akut
- Suojauspiirilevyt ja tarvikkeet
- Laturit ja virtapankit
- Ota yhteyttä Keeppoweriin
Johtopäätös
Robottien akun suunnittelu alkaa mitatuilla tehtäväkuormilla ja päättyy täydelliseen järjestelmän validointiin. Sovita jännite, energiaa, jatkuva ja huippuvirta, lataaminen, BMS, liittimet, kotelo, lämpötila, ja palvelustrategia. Paketti, joka näyttää riittävältä keskitehoisella laskentataulukolla, voi silti epäonnistua käynnistyksen aikana, pilttuu, uudistumista, kylmä toiminta, tai kenttäkäsittelyä.
Tarvitsetko apua akun yhdistämisessä laitteeseen tai OEM-ratkaisun kehittämiseen? Ota yhteyttä Keeppoweriin jännitteen kanssa, nykyinen, suoritusaika, mitat, liitin, lataustapa, ja hankkeesi ympäristövaatimukset.
