GAILU ANALOGIKOAK ADI Analog Dialogue Smarter Mobile Robots
Zehaztapenak
- Eredua: ADI Baterien Kudeaketa Soluzioak
- Liburukia: 58
- Ez: 3
- Data: 2024ko iraila
Eraginkortasuna desblokeatzea: Nola ADI Baterien Kudeaketa Soluzioek Robot Mugikor Seguruagoak eta Adimentsuagoak Ahalbidetzen dituzten
Rafael Marengo, Sistema Aplikazioen Ingeniaria
Abstraktua
Biltegi automatizatuen eta fabrikazio-instalazioen paisaia azkar eboluzionatzen ari den honetan, prozesuko osagai bakoitzaren kontrol zorrotza ezinbestekoa da. Geldialdi txikienak ere ondorio nabarmenak izan ditzake. Robot mugikor autonomoek eta ibilgailu gidatu automatizatuek funtsezko zeregina dute ekosistema honetan, monitorizazio zehatza eta hutsegiteen aurkako sistemak ezartzea eskatzen baitute. Beste gai garrantzitsu bat baterien monitorizazio eraginkorra da, eta horrek haien errendimendua optimizatu eta bizitza osoa luzatu dezake, horrela beharrezkoak ez diren hondakinak minimizatuz eta baliabide baliotsuak aurreztuz. Artikulu honek baterien eraginkortasuna hobetzeko erabiltzen diren metrika garrantzitsu batzuen deskribapen laburra emango du, eta aplikazio horietarako bateriak kudeatzeko sistemak hautatzerakoan kontuan hartu beharreko faktore nagusien inguruko orientazioa emango du.
Sarrera
Bateria-pakete egoki bat eta dagokion bateria kudeatzeko sistema (BMS) aukeratzea erabaki kritikoa da robot mugikor autonomo (AMR) bat diseinatzerakoan, 1. irudian ikusten den bezala. Fabrikak eta biltegiak bezalako ingurune estuki integratuetan, non funtzionamenduaren segundo bakoitza garrantzitsua den, osagai guztien funtzionamendu segurua eta fidagarria bermatzea oso garrantzitsua da.
BMS irtenbideek baterien kargatzeari eta deskargatzeari buruzko neurketa zehatzak eman ditzakete, erabilgarri den edukiera maximizatuz. Gainera, neurketa zehatzek karga-egoera (SoC) eta deskarga-sakonera (DoD) zehatz-mehatz kalkulatzea ahalbidetzen dute, eta hauek funtsezko parametroak dira robot mugikorren lan-fluxu adimentsuagoak ahalbidetzeko. Era berean, garrantzitsuak dira sistema horien segurtasun-alderdiak, eta ezinbestekoa da gainkarga-babesa eta gainkorronte-detekzioa eskaintzen dituzten BMS teknologiak kontuan hartzea aplikazio horietarako sistemak hautatzerakoan.
Zer dira bateriak kudeatzeko sistemak?
BMS bat bateria-multzo baten eta/edo bere zelula indibidualen hainbat parametro gertutik kontrolatzeko erabil daitekeen sistema elektroniko bat da. Ezinbestekoa da baterien erabilgarritasun-ahalmen maximoa lortzeko, funtzionamendu segurua eta fidagarria bermatuz. Sistema eraginkor batek ez die bateriaren erabilgarritasun-ahalmena modu seguruan optimizatzen bakarrik, baita ingeniariei parametro baliotsuak ere eman diezaieke, hala nola zelularen bolumena.tage, SoC, DoD, osasun-egoera (SoH), tenperatura eta korrontea, eta horiek guztiak erabil daitezke sistema baten errendimendu onena lortzeko.
Zer dira SoC, DoD eta SoH, eta zergatik dira garrantzitsuak ibilgailu gidatu automatizatuentzat (AGV) eta AMRentzat?
SoC, DoD eta SoH BMS-n erabiltzen diren parametro ohikoenetako batzuk dira sistema osasuntsu dagoen, akatsak goiz detektatzen dituen, zelulen zahartzea eta funtzionamendu-denbora geratzen den zehazteko.
- SoC Karga-egoera esan nahi du eta bateria baten karga-mailaren arabera defini daiteke, bere edukiera osoarekin alderatuta. SoC normalean ehuneko gisa adierazten da.tage non %0 = hutsik eta %100 = beteta.
- SoH edo osasun-egoera bateriaren gehienezko edukieraren (Cmax) bidez defini daiteke, bere edukiera nominalarekiko (Cmax) askatu daitekeena.
- DoD edo deskargaren sakonera SoC-ren aurkako metrika da eta ehunekoaren bidez definitzen da.tagDeskargatu den bateriaren e-a (Creleased) bere edukiera nominalarekiko (Crated) alderatuta.
Nola dira horiek garrantzitsuak AMR irtenbide baterako?
Bateria baten SoC-a bateriaren arkitekturaren arabera aldatzen da, baina bateriaren egoera neurtzeko sistema zehatz bat beharrezkoa da. Bi bateria mota nagusi erabiltzen dira: Li-ioizko bateriak eta berun-azidozko bateriak. Bakoitzak bere alde onak eta txarrak ditu, azpikategoria desberdinekin. Oro har, Li-ioizko bateriak aukera hobea dira robotentzat, honako hauek eskaintzen dituztelako:
- Energia-dentsitate handiagoa, berun-azidozko bateria baten energia-dentsitatea baino 8 eta 10 aldiz handiagoa izan daitekeena.
- Li-ioizko bateriak arinagoak dira edukiera bereko berun-azidozko bateriak baino.
- X Berun-azidozko bateria bat kargatzeak Li-ioizko bateria bat kargatzeak baino denbora gehiago behar du.
- X Li-Ion bateriek bizi-ziklo luzeagoa eskaintzen dute, karga-ziklo kopuru nabarmen handiagoa ahalbidetuz.
Hala ere, abantaila hauektagkostu handiagoa dute eta erronka batzuk dakartzate, eta horiei aurre egin behar zaie beren errendimendu-onurak guztiz lortzeko.
Hau hobeto azaltzeko benetako bizitzako aplikazio batean, 2. irudiko grafikoa azter daiteke, non berun-azidozko bateria baten eta litio-ioizko bateria baten DoD alderatzen den. Ikus daiteke paketearen bolumenatage gutxi aldatzen da Li-Ion bateria batean % 0ko DoD-tik % 80ko DoD-ra doanean. % 80ko DoD da normalean Li-Ion baterien beheko muga, eta horren azpitik dagoen edozer maila arriskutsutzat har daiteke.
Hala ere, paketearen bolumena delakotagLi-ioi bateria batean e gutxieneko aldaketa egiten den arren erabilgarri dagoen tartean, neurketa-errore txiki batek ere errendimenduaren jaitsiera nabarmena ekar dezake.
liburukiatage vs. deskarga-sakonera konposatu kimiko desberdinetako baterien kasuan
Hau benetako bizitzako egoera batean ilustratzeko:
Imajinatu hurrengo AMR 24 V-ko sistema bat dela eta 27.2 V-ko LiFePo4 bateria pakete bat erabiltzen duela, non zelula bakoitzak 3.4 V-ko edukiera duen guztiz kargatuta dagoenean. Ikusi 3. irudia.
Profesional arrunt bat.file Bateria horretarako SoC baten irudia 1. taulan ikus daiteke.
1. taula. AdibampLiFePo4 bateria-zelula eta paketearen datuaktage
LiFePo4 baterien kasuan, erabilgarritasun-tartea alda daiteke, baina arau ona da kontuan hartzea SoC minimoa % 10ean dagoela eta maximoa % 90ean.
Gutxieneko mailaren azpitik dagoen edozerk bateriaren barne zirkuitulabur bat eragin dezake, eta % 90etik gora kargatzeak bateria hauen iraupena murrizten du.
1. taula kontuan hartuta, kontuan izan bolumenaktagZelula bakoitzeko tartea 350 mV da, eta 27.2 zelula dituen 8 V-ko pakete baterako, 3.2 V da. Hori kontuan hartuta, honako hipotesi hauek egin ditzakegu:
Erabil daitekeen zelula-bolumenaren kasuantagLiFePo4 bateria baten irismena 350 mV da, orduan zelularen neurketa-errore 1 mV bakoitzak % 0.28 murrizten du irismena.
Bateria pakete baten kostua 4000 $ bada, errorearen kostua hau da:
4000 $ × % 0.28 = 11.20 $/mV-ko errorea, eta horrek esan nahi du bateria-paketeak gutxiegi erabiliko liratekeela autonomia horretarako.
Barrutiaren % 0.28 hutsala iruditu daitekeen arren, AMR sistema anitzetara eskalatzen denean, ehuneko horitage ehunka edo milaka biderkatu daiteke, eta horrek faktore esanguratsu bihurtzen du. Faktore hau are garrantzitsuagoa da bateriaren degradazio naturala kontuan hartzen bada.
Degradazio naturalak ere zeregin garrantzitsua du bateriaren osasunean, denborarekin bateriaren SoC maximoa degradatu egingo baita (4. irudia), horregatik zelulen neurketa zehatza da errendimendua maila optimoan mantentzeko modurik onena, degradazio naturalaren ondoren ere.
4. irudia. Degradazio naturalaren ondorioz erabilgarri den irismenaren gehienezko murrizketa.
Bateriaren parametro guztiak kontrolatzea eta erabilera zehatz-mehatz kontrolatzea da bizitza-zikloa luzatzeko eta abantailak lortzeko modurik onena.tagkarga-unitate bakoitzaren e.
Nola handitu dezakete ADIren BMS irtenbideek produktibitatea eta arazoak konpondu?
- Beraz, zer teknologia eskain ditzake ADIren BMS-k robotika mugikorreko aplikazioetan errendimendu handia hobetzeko eta lortzeko?
- Baterien kudeaketaren zehaztasunak nabarmen hobetzen du baterien eraginkortasuna, zelulak zehatz-mehatz neurtuz, eta horrek SoC-aren kontrol eta kalkulu zehatzagoa ahalbidetzen du bateria-konposizio desberdinetan. Zelula bakoitza banan-banan neurtzeak bateriaren osasunaren jarraipen segurua bermatzen du. Jarraipen zehatz honek kargatze orekatua errazten du, zelulak gehiegi kargatzea eta deskargatzea saihestuz. Gainera, korronte eta bolumen sinkronoak...tagNeurketek lortutako datuen zehaztasuna handitzen dute. Gehiegizko korrontearen detekzio oso azkarrak matxurak azkar detektatzea eta larrialdiko geldialdiak egitea ahalbidetzen du, segurtasuna eta fidagarritasuna bermatuz.
ADBMS6948-k robot mugikorrentzako beharrezkoak diren zehaztapen gako guztiak eskaintzen ditu, baina robot mugikor baten BMS diseinuari buruzko zenbait zehaztapen kritiko hauek dira:
- Neurketa-errore oso txikia (TME) bizitza osoan zehar (–40 °C-tik +125 °C-ra)
- Zelulen bolumenaren neurketa aldiberekoa eta jarraituatages
- Barneratutako isoSPI™ interfazea
- Kanpoko babesik gabe bero-konektatzeko tolerantzia
- Zelulen oreka pasiboa
- Energia baxuko zelulen monitorizazioa (LPCM) zelulen eta tenperaturaren monitorizaziorako giltza itzalita dagoenean
- Lo egiteko moduko hornidura-korronte baxua
Hondakinak murriztea eta ingurumena laguntzea
- Nazioarteko Energia Agentziaren 2023ko bateriei buruzko txostenaren arabera, “Bateriak energia garbiaren trantsizioaren funtsezko eraikuntza-blokeak dira”.1 Ezinbestekoa da baliabide hauek behar bezala kudeatzearen garrantzia aitortzea. Bateria bat osatzen duten materialak zailak dira ingurumenetik ateratzen, eta horrek azpimarratzen du haien erabilera optimoa behar bezala egiteko beharra. Kargatzeko eta deskargatzeko parametroak modu eraginkorrean kudeatuz, baterien iraupena luzatu dezakegu, eta horrek denbora gehiagoz erabili ahal izango ditu ordezkatu beharrik gabe.
- ADIren BMS funtzioak eskaintzen duen gehiegizko korrontearen aurkako babesarekin batera, funtzionamendu oso segurua ahalbidetzen du eta bateria eta karga gisa konektatutako sistema kaltetzeko arriskua murrizten du.
Adibide batzukampLi-ioi baterien degradazio faktore gutxi batzuk 5. irudian ikus daitezke, eta garrantzitsua da kontuan izatea egoera arriskutsuak sor ditzaketela, hala nola errekuntza eta leherketa, eta horiek azkar katastrofiko bihur daitezkeela.2
All the parameters that influence battery degradation can be measured, treated, and acted upon, providing the system with the most optimal conditions to operate over the required lifetime. Increasing the battery’s lifetime is an important factor in the reduction of waste as now the batteries can be used longer due to optimized man-agement, effectively reducing the unnecessary disposal of battery cells.
Ondorioa
Laburbilduz, ondoriozta dezakegu BMS-k ez duela sistemaren errendimendu orokorra handitu bakarrik parametro guztiak zehatz-mehatz kontrolatzea ahalbidetuz, baita kostuak eta hondakinak murriztu ere. Eboluzionatzen ari den fabrikazio-ingurune batean, gero eta automatizatuagoa dena eta ehuneko gehigarria bilatzen ari dena...tagbere robot mugikorren errendimenduaren arabera, aktiboak zehaztasunez kontrolatzea eta kudeatzea ezinbestekoa bihurtzen da.
Industria-robot mugikorrentzako ADI eskaintzen inguruko informazio gehiago lortzeko, begiratu gure robotika irtenbideen orrialdea.
Erreferentziak
- Bateriak eta energia-trantsizio seguruakNazioarteko Energia Agentzia, 2023.
- Xiaoqiang Zhang, Yue Han eta Weiping Zhang. “Eta Review Litio-ioizko bateriaren iraupenean eragina duten faktoreak"Material elektriko eta elektronikoei buruzko transakzioak, 22. liburukia, 2021eko uztaila."
Egileari buruz
Limericken bizi den Rafael Marengo Analog Devices-eko Connected Motion and Robotics Business Unit-eko sistema aplikazioen ingeniaria da, BMS, mugimendu-kontrola eta beste hainbat teknologia laguntzen dituena. 2019an sartu zen ADI-n Precision Converters Technology taldeko diseinu-ebaluazio ingeniari gisa. Rafaelek kontrol eta automatizazio ingeniaritzan lizentziatura du Brasilgo Lavras Unibertsitate Federaletik. ADI-n sartu aurretik, I+G kudeatzaile gisa lan egin zuen agroteknologiako merkatuan zentratutako makina-ikusmeneko startup batean, non produktu asko mundu mailan merkatura ateratzeaz arduratu zen.
Eskualdeko egoitza, salmenta eta banatzaileetarako edo bezeroarentzako zerbitzuarekin eta laguntza teknikoarekin harremanetan jartzeko, bisitatu analog.com/contact.
Egin galdera zailak gure ADI teknologiako adituei, arakatu maiz egiten diren galderak edo batu zaitez EngineerZone Online Laguntza komunitateko elkarrizketa bati. Bisitatu ez.analog.com.
©2024 Analog Devices, Inc. Eskubide guztiak erreserbatuta. Markak eta erregistratutako marka komertzialak dagozkien jabeen jabetzakoak dira.
BISITA ANALOG.COM
Ohiko galderak
- G: Zergatik nahiago dira Li-ioizko bateriak berun-azidozko baterien aldean AMRetarako?
- A: Li-ioizko bateriek energia-dentsitate handiagoa, pisu arinagoa, kargatzeko denbora azkarragoak eta bizitza-ziklo luzeagoak eskaintzen dituzte berun-azidozko baterien aldean, eta horrek aukera hobea bihurtzen ditu AMRetarako.
- G: Zein da SoC, DoD eta SoH-ren garrantzia bateriak kudeatzeko sistemetan?
- A: SoC-k bateriaren karga-maila adierazten du, DoD-k ehunekoa.tagbateria deskargatuta dagoenean, eta SoH-k bateriaren egoera islatzen du. Parametro hauek kontrolatzea ezinbestekoa da bateriaren kudeaketa eraginkorrerako eta errendimendu optimoa bermatzeko.
Dokumentuak / Baliabideak
 |
GAILU ANALOGIKOAK ADI Analog Dialogue Smarter Mobile Robots [pdf] Erabiltzailearen eskuliburua ADI Analog Dialogue Smarter Mobile Robots, ADI Analog Dialogue, Smarter Mobile Robots, Mobile Robots |
