Аккумулятор для робота и мощной мобильной платформы

Главное для робота - напряжение под нагрузкой

Когда подбирают аккумулятор для робота, обычно смотрят на ёмкость: сколько часов машина проработает без заряда. Но на практике отказы мобильных платформ чаще связаны с другим. Старт с места, подъём по пандусу, переезд через порог или рельс, резкий разгон - в эти секунды ток вырастает в несколько раз, напряжение батареи проседает, и контроллер двигателей начинает ограничивать мощность или вовсе уходит в защиту. Робот, у которого исправна механика и отлажена программа, застревает на пороге просто потому, что батарея не удержала напряжение.

Поэтому для роботов и мощных платформ мы предлагаем ячейки Winston LYP. У них очень низкое внутреннее сопротивление, они выдерживают постоянный разряд до 3 C и импульсы до 10 C, и напряжение под пиковой нагрузкой у них проседает заметно меньше. Подробно о физике этого явления - в статье «Просадка напряжения при больших токах».

Как просадка отнимает мощность

Просадка напряжения равна произведению тока на сопротивление цепи: ячеек, перемычек и проводов. Разберём на условном примере. Платформа на 48 В собрана из 16 ячеек 100 Ач, на рывке она потребляет 300 А.

• Если сопротивление каждой ячейки вместе с перемычкой 1 мОм, батарея теряет 16 × 0,001 × 300 = 4,8 В. Напряжение падает с 51,2 до 46,4 В - контроллер работает в штатном режиме.
• Если сопротивление 3 мОм, потери составят 14,4 В, и напряжение упадёт почти до 37 В. Большинство контроллеров на 48 В отключаются при 40-42 В: машина встаёт.

Потерянное напряжение не исчезает бесследно: оно превращается в тепло внутри батареи. При токе 300 А и сопротивлении 3 мОм на каждой ячейке выделяется 270 Вт - втрое больше, чем при 1 мОм. Отсюда ускоренное старение, которого можно избежать, если с самого начала выбрать ячейки с малым сопротивлением и не экономить на сечении шин.

Где работают ячейки LYP

• Складские тележки и автономные мобильные роботы. Автоматические тележки (AGV) ездят по разметке, автономные роботы (AMR) прокладывают путь сами. Работают в две-три смены с подзарядом в перерывах.
• Роботы-инспекторы. Обход подстанций, трубопроводов, кабельных туннелей, производственных цехов. Важны стабильная работа датчиков и длинный маршрут без заряда.
• Патрульные роботы охраны. Круглосуточная работа на улице, зимой и летом.
• Шагающие роботы. Каждое движение ноги - короткий импульс тока, и таких импульсов тысячи за смену.
• Тяжёлые гусеничные и колёсные платформы. Носители оборудования, транспортные платформы для стройки и карьера, машины для работы в опасных зонах.

Расчёт: складская тележка и тяжёлая платформа

Складская тележка 24 В. За смену расходует около 1,5 кВт·ч, между сменами стоит на заряде. Восемь ячеек WB-LYP90AHA последовательно дают 25,6 В × 90 Ач = 2,3 кВт·ч, глубина разряда за смену - около 65 %. Ячейки весят 24 кг. При двух сменах в сутки и 300 рабочих днях в году это 600 циклов в год, а ресурс 8000 циклов при глубине разряда 70 % растягивается больше чем на 13 лет - тележка скорее устареет морально, чем потребует новой батареи.

Тяжёлая платформа 48 В. Средняя мощность 3 кВт, пиковая на подъёме - 15 кВт, работа без заряда 4 часа. Нужно 12 кВт·ч и ток в пике около 300 А. Шестнадцать ячеек WB-LYP300AHA дают 51,2 В × 300 Ач = 15,4 кВт·ч, и за смену батарея разряжается примерно на 78 %. Если маршрут короче и за смену уходит не больше 7 кВт·ч, подойдут более лёгкие WB-LYP200AHA - 10,2 кВт·ч. Пиковый ток 300 А для ячейки 300 Ач - это 1 C, втрое ниже допустимого длительного тока. Батарея работает с запасом и почти не греется.

Какие ячейки под какую машину

Плоские ячейки на 200 и 300 Ач толщиной 55,5 мм удобно ставить в низкое шасси в один ряд, а WB-LYP160AHA при высоте 278 мм хорошо ложится в вертикальный отсек.

Что учесть при сборке

• Стяжка и виброзащита. Ячейки стягивают пластинами, блок крепят к раме через демпферы. Проверяйте затяжку клемм после первых недель работы.
• Сечение шин и проводов. Шины рассчитывают на пиковый ток, а не на средний: именно на рывке слабое соединение нагревается.
• Система управления батареей (BMS). Она должна пропускать пиковый ток платформы, контролировать каждую ячейку и отключать заряд и разряд за пределами рабочего диапазона: для ячеек Winston LYP это от −45 до +85 °C.
• Подзаряд. Частые короткие подзаряды током до 0,5 C удобны и безвредны: литий-железо-фосфату не нужен полный заряд после каждой смены. Режимы заряда описаны в статье «Зарядка LiFePO4 аккумуляторов».

Если ваша машина ближе к транспорту, чем к роботу, посмотрите страницу «Ячейки для транспорта и силовых систем». А для расчёта под конкретную платформу пришлите инженерам АйПи напряжение контроллера, график токов и размеры отсека.