HLÝRÆN TÆKI ADI Hljóðræn samræða Snjallari færanleg vélmenni

Tæknilýsing

• Gerð: ADI rafhlöðustjórnunarlausnir
• bindi: 58
• Nei: 3
• Dagsetning: september 2024

Að opna skilvirkni: Hvernig rafhlöðustjórnunarlausnir ADI styrkja öruggari og snjallari farsímavélmenni
Rafael Marengo, kerfisforritaverkfræðingur

Ágrip
Í ört vaxandi umhverfi sjálfvirkra vöruhúsa og framleiðslustöðva er nákvæm stjórnun á hverjum þætti ferlisins afar mikilvæg. Jafnvel minnsta niðurtími getur haft veruleg áhrif. Sjálfvirkir færanlegir vélmenni og sjálfvirk stýrð ökutæki gegna mikilvægu hlutverki í þessu vistkerfi og krefjast innleiðingar á nákvæmum eftirlits- og bilunaröryggiskerfum. Annað mikilvægt atriði er skilvirk eftirlit með rafhlöðum, sem getur hámarkað afköst þeirra og lengt heildarlíftíma þeirra, og þar með lágmarkað óþarfa sóun og varðveitt verðmætar auðlindir. Þessi grein mun veita stutta lýsingu á nokkrum mikilvægum mælikvörðum sem notaðir eru til að bæta skilvirkni rafhlöðu og leiðbeina um lykilatriði við val á rafhlöðustjórnunarkerfum fyrir þessi forrit.

Inngangur

Að velja viðeigandi rafhlöðupakka og meðfylgjandi rafhlöðustjórnunarkerfi (BMS) er mikilvæg ákvörðun við hönnun sjálfvirks færanlegs vélmennis (AMR) eins og sýnt er á mynd 1. Í þétt samþættum umhverfum eins og verksmiðjum og vöruhúsum, þar sem hver sekúnda skiptir máli, er afar mikilvægt að tryggja örugga og áreiðanlega virkni allra íhluta.

BMS lausnir geta veitt nákvæmar mælingar á hleðslu og afhleðslu rafhlöðunnar, sem hámarkar nýtanlega afkastagetu. Að auki gera nákvæmar mælingar kleift að reikna út hleðsluástand (SoC) og afhleðsludýpt (DoD) nákvæmlega, sem eru nauðsynlegir þættir til að gera kleift að framkvæma snjallari vinnuflæði færanlegra vélmenna. Jafn mikilvægir eru öryggisþættir slíkra kerfa og það verður mikilvægt að huga að BMS tækni sem veitir bæði ofhleðsluvörn og ofstraumsgreiningu við val á kerfum fyrir þessi forrit.

Hvað eru rafhlöðustjórnunarkerfi?
BMS er rafeindakerfi sem hægt er að nota til að fylgjast náið með ýmsum breytum rafhlöðupakka og/eða einstakra frumna hans. Það er mikilvægt til að ná hámarksnýtingargetu rafhlöðunnar og tryggja jafnframt öruggan og áreiðanlegan rekstur. Skilvirkt kerfi getur ekki aðeins hámarkað nýtingargetu rafhlöðunnar á öruggan hátt heldur einnig veitt verkfræðingum verðmætar breytur eins og hleðslugetu frumna.tage, SoC, DoD, heilsufarsástand (SoH), hitastig og straumur, sem allt er hægt að nota til að fá sem bestu afköst úr kerfinu.

Hvað eru SoC, DoD og SoH og hvers vegna eru þau mikilvæg fyrir sjálfvirk stýrð ökutæki (AGV) og AMR?
SoC, DoD og SoH eru nokkrar af algengum breytum sem notaðar eru í BMS til að ákvarða hvort kerfið sé heilbrigt, greina bilanir snemma, öldrun frumna og hversu langan rekstrartíma það eftir er.

• SoC stendur fyrir hleðsluástand og er hægt að skilgreina það sem hleðslustig rafhlöðunnar miðað við heildarafkastagetu hennar. Hleðslustig rafhlöðunnar er venjulega gefið upp sem prósenta.tage þar sem 0% = tómt og 100% = fullt.

• SoH Eða heilsufarsástand getur verið skilgreint með hámarksafköstum (Cmax) rafhlöðunnar sem hægt er að losa miðað við nafnafköst hennar (Cmax).
• DoD eða útblástursdýpt er andstæða mælikvarða SoC og er skilgreindur með prósentunnitage rafhlöðunnar sem hefur verið tæmd (Creleased) miðað við nafnafköst hennar (Crated).

Hvernig eru þetta viðeigandi fyrir lausn á þolmyndunaraflsvandamálum?
SoC rafhlöðu er breytileg eftir uppbyggingu rafhlöðunnar, en engu að síður er nauðsynlegt að hafa nákvæmt kerfi til að mæla ástand rafhlöðunnar. Tvær helstu gerðir af algengum rafhlöðum eru litíum-jón rafhlöður og blýsýru rafhlöður. Hvor um sig hefur sína kosti og galla, með ýmsum undirflokkum. Almennt eru litíum-jón rafhlöður taldar betri kostur fyrir vélmenni vegna þess að þær bjóða upp á:

• Meiri orkuþéttleiki, sem gæti verið í stærðargráðunni 8 til 10 sinnum orkuþéttleiki blýsýrurafhlöðu.
• Li-ion rafhlöður eru léttari en blýsýrurafhlöður með sömu afkastagetu.
• X Það tekur lengri tíma að hlaða blýsýrurafhlöðu en að hlaða litíum-jón rafhlöðu.
• X Li-Ion rafhlöður bjóða upp á lengri líftíma, sem gerir kleift að hlaða þær oft.

Hins vegar eru þessir kostirtagÞessar aðferðir hafa hærri kostnað og valda ákveðnum áskorunum sem þarf að taka á til að ná fullum ávinningi af afköstum þeirra.

Til að útskýra þetta betur í raunverulegum aðstæðum er hægt að greina línuritið á mynd 2, sem ber saman DoD blýsýrurafhlöðu og litíum-jón rafhlöðu. Það má sjá að rúmmál pakkanstage breytist lítillega fyrir Li-Ion rafhlöðu þegar hún fer frá 0% DoD upp í 80% DoD. 80% DoD er venjulega neðri mörk fyrir Li-Ion rafhlöður og allt undir því getur talist hættulegt.

Hins vegar vegna þess að pakkningarmagniðtagE á Li-Ion rafhlöðu færist aðeins lítillega til innan nothæfs drægis, jafnvel lítil mælingarvilla gæti leitt til verulegrar lækkunar á afköstum.

Voltage samanborið við úthleðsludýpt fyrir rafhlöður af mismunandi efnasamsetningum

Til að útskýra þetta í raunverulegu atburðarás:
Ímyndaðu þér að eftirfarandi AMR sé 24 V kerfi og noti 27.2 V LiFePo4 rafhlöðupakka þar sem hver fruma hefur 3.4 V afkastagetu þegar hún er fullhlaðin. Sjá mynd 3.
Algengur atvinnumaðurfile fyrir SoC fyrir slíka rafhlöðu má sjá í töflu 1.

Tafla 1. DæmiampGögn fyrir LiFePo4 rafhlöðufrumur og pakkamagntage

Fyrir LiFePo4 rafhlöður getur nothæft svið verið mismunandi, en það er góð þumalputtaregla að hafa í huga að lágmarks SoC er 10% og hámarkið er 90%.
Allt undir lágmarksgildinu getur valdið innri skammhlaupi í rafhlöðunni og hleðsla yfir 90% styttir líftíma þessara rafhlöðu.

Með hliðsjón af töflu 1 skal hafa í huga að rúmmáliðtagSpennusviðið á hverja frumu er 350 mV, og fyrir 27.2 V pakka með 8 frumu er það 3.2 V. Með það í huga getum við dregið eftirfarandi forsendur:
Ef nothæft frumumagntagSviðið fyrir LiFePo4 rafhlöðu er 350 mV, og þá minnkar hver 1 mV mælingarvilla í rafhlöðu sviðið um 0.28%.

Ef rafhlöðupakki kostar $4000, þá er kostnaðurinn við villuna:
$4000 × 0.28% = $11.20/mV villa, sem þýðir að rafhlöðupakkarnir yrðu vannýttir fyrir drægnina.

Þó að 0.28% af bilinu virðist hverfandi, þá er þetta hlutfall, þegar það er aukið í mörg AMR kerfi,tagHægt er að margfalda e með hundruðum eða jafnvel þúsundum, sem gerir það að mikilvægum þætti. Þessi þáttur verður enn mikilvægari ef tekið er tillit til náttúrulegrar hnignunar rafhlöðu.

Náttúruleg niðurbrot gegnir einnig mikilvægu hlutverki í heilsu rafhlöðu þar sem með tímanum mun hámarks SoC rafhlöðunnar rýrna (Mynd 4). Þess vegna er nákvæm mæling á frumunum besta leiðin til að viðhalda afköstum á sem bestu mögulegu stigi, jafnvel eftir náttúrulegt niðurbrot.

Mynd 4. Hámarks minnkun á nothæfu drægi vegna náttúrulegs niðurbrots.
Að fylgjast með öllum breytum og stjórna notkun rafhlöðunnar nákvæmlega er besta leiðin til að lengja líftíma hennar og nýta sér hana betur.tage af hverri einustu einingu af hleðslu.

Hvernig geta BMS lausnir ADI aukið framleiðni og leyst vandamál?

• Hvaða tækni getur BMS frá ADI boðið upp á til að auka og ná hámarksafköstum í farsímavélmennaforritum?
• Nákvæmni rafhlöðustjórnunar eykur skilvirkni rafhlöðunnar verulega með því að mæla frumurnar nákvæmlega, sem gerir kleift að stjórna og meta SoC fyrir mismunandi efnasambönd rafhlöðunnar. Mæling á hverri frumu fyrir sig tryggir örugga eftirlit með heilsu rafhlöðunnar. Þessi nákvæma eftirlit auðveldar jafnvæga hleðslu og kemur í veg fyrir að frumurnar ofhleðist og tæmist. Að auki er samstilltur straumur og spenna möguleg.tagMælingar auka nákvæmni gagnanna sem aflað er. Mjög hröð ofstraumsgreining gerir kleift að greina bilanir fljótt og stöðva neyðarbúnað, sem tryggir öryggi og áreiðanleika.

ADBMS6948 býður upp á allar helstu forskriftir sem krafist er fyrir færanlega vélmenni, en nokkrar mikilvægar forskriftir varðandi hönnun BMS fyrir færanlega vélmenni eru:

• Lítil heildarmælingarvilla (TME) yfir líftíma, (–40°C til +125°C)
• Samtímis og samfelld mæling á frumumagnitages
• Innbyggt isoSPI™ tengi
• Þolir hitatengingu án ytri verndar
• Óvirk frumujöfnun
• Lágspennufrumuvöktun (LPCM) fyrir frumu- og hitastigsvöktun þegar slökkt er á lyklinum
• Lágur straumur í svefnham

Að draga úr úrgangi og hjálpa umhverfinu

• Samkvæmt skýrslu Alþjóðaorkumálastofnunarinnar frá árinu 2023 um rafhlöður eru „rafhlöður nauðsynlegur byggingareining í umbreytingu yfir í hreina orku.“1 Það er afar mikilvægt að viðurkenna mikilvægi þess að stjórna þessum auðlindum á réttan hátt. Efnin sem rafhlöður mynda eru erfið að vinna úr umhverfinu, sem undirstrikar þörfina fyrir bestu nýtingu þeirra. Með því að stjórna hleðslu- og afhleðslubreytum á skilvirkan hátt getum við lengt líftíma rafhlöðu, sem gerir þeim kleift að nota þær í lengri tíma án þess að þurfa að skipta um þær.
• Lágáhættuþátturinn með ofstraumsvörn sem BMS-eiginleiki ADI veitir gerir kleift að nota rafgeyminn mjög öruggan og dregur úr hættu á að skemma bæði rafhlöðuna og kerfið sem er tengt sem álag.

Nokkrir fyrrvampMinna niðurbrotsþátta í litíum-jón rafhlöðum má sjá á mynd 5 og það er mikilvægt að hafa í huga að þeir geta leitt til hættulegra aðstæðna eins og bruna og sprengingar, sem geta fljótt orðið stórslys.2
Hægt er að mæla, meðhöndla og bregðast við öllum þeim breytum sem hafa áhrif á niðurbrot rafhlöðu, sem veitir kerfinu bestu mögulegu rekstrarskilyrði yfir tilskilinn líftíma. Að auka líftíma rafhlöðunnar er mikilvægur þáttur í að draga úr úrgangi þar sem nú er hægt að nota rafhlöðurnar lengur vegna hagræðingar á stjórnun, sem dregur verulega úr óþarfa förgun rafhlöðufrumna.

Niðurstaða

Í stuttu máli getum við ályktað að BMS getur ekki aðeins aukið heildarafköst kerfisins með því að leyfa nákvæmri stjórnun á öllum breytum heldur einnig dregið úr kostnaði og úrgangi. Í síbreytilegu framleiðsluumhverfi sem er að verða sífellt sjálfvirkara og leitast við að auka prósentustig...tagHvað varðar afköst færanlegra vélmenna sinna verður nákvæm stjórnun og stjórnun eigna nauðsynleg.
Til að læra meira um ADI tilboð fyrir iðnaðarhreyfanlega vélmenni, vinsamlegast skoðið Síða um lausnir í vélmennafræði.

Heimildir

1. Rafhlöður og örugg orkuskipti„Alþjóðaorkustofnunin, 2023.“
2. Xiaoqiang Zhang, Yue Han og Weiping Zhang. “Og Review Þættir sem hafa áhrif á líftíma litíumjónarafhlöðu„Færslur um rafmagns- og rafeindabúnað, 22. bindi, júlí 2021.“

Um höfundinn
Rafael Marengo er kerfisforritaverkfræðingur í viðskiptaeiningunni Connected Motion and Robotics hjá Analog Devices, sem starfar í Limerick og styður við ýmsa tækni, allt frá BMS til hreyfistýringar og fleira. Hann hóf störf hjá ADI árið 2019 sem hönnunarmatsverkfræðingur fyrir Precision Converters Technology hópinn. Rafael er með BA-gráðu í stýringar- og sjálfvirkniverkfræði frá Federal University of Lavras í Brasilíu. Áður en hann hóf störf hjá ADI starfaði hann sem rannsóknar- og þróunarstjóri hjá sprotafyrirtæki í vélasjón sem einbeitti sér að landbúnaðartæknimarkaðinum þar sem hann bar ábyrgð á að koma mörgum vörum á markað á heimsvísu.

Fyrir svæðisbundnar höfuðstöðvar, sölu og dreifingaraðila eða til að hafa samband við þjónustuver og tæknilega aðstoð, heimsækja analog.com/contact.
Spyrjið ADI tæknisérfræðinga okkar erfiðra spurninga, skoðið algengar spurningar eða takið þátt í samtali í netþjónustu EngineerZone. Heimsækið ez.analog.com.

©2024 Analog Devices, Inc. Allur réttur áskilinn. Vörumerki og skráð vörumerki eru eign viðkomandi eigenda.
Í heimsókn ANALOG.COM

Algengar spurningar

• Sp.: Hvers vegna eru litíum-jón rafhlöður æskilegri en blýsýrurafhlöður fyrir AMR-rafhlöður?
  • A: Li-ion rafhlöður bjóða upp á meiri orkuþéttleika, léttari þyngd, hraðari hleðslutíma og lengri líftíma samanborið við blýsýrurafhlöður, sem gerir þær að betri valkosti fyrir AMR-rafhlöður.
• Sp.: Hver er þýðing SoC, DoD og SoH í rafhlöðustjórnunarkerfum?
  • A: SoC gefur til kynna hleðslustig rafhlöðunnar, DoD táknar prósentunatage af tæmdri rafhlöðu og SoH endurspeglar ástand rafhlöðunnar. Eftirlit með þessum breytum er mikilvægt fyrir skilvirka rafhlöðustjórnun og að tryggja bestu mögulegu afköst.

Skjöl / auðlindir

HLÝRÆN TÆKI ADI Hljóðræn samræða Snjallari færanleg vélmenni [pdf] Handbók eiganda ADI Analog Dialogue snjallari færanlegir vélmenni, ADI Analog Dialogue, snjallari færanlegir vélmenni, færanlegir vélmenni

Heimildir

• Notendahandbók