Guida alla batteria dei robot mobili autonomi per AMR per esterni e agricoli

UN batteria di robot mobile autonomo per i lavori agricoli e all’aperto deve fare molto di più che fornire energia sufficiente per un tempo di funzionamento pianificato. Deve supportare carichi di trazione variabili, attrezzi motorizzati, sensori, computer di bordo, comunicazioni e brevi raffiche di corrente elevata durante il funzionamento su terreni irregolari e condizioni meteorologiche mutevoli.

Ciò rende la scelta della batteria una decisione ingegneristica a livello di sistema. Tensione, energia utilizzabile, corrente continua e di picco, strategia di ricarica, protezione ambientale, integrazione BMS e imballaggio fisico influiscono sull'affidabilità con cui un AMR agricolo può completare il proprio lavoro.

Il giusto punto di partenza è il ciclo di lavoro effettivo del robot. Una batteria progettata in base a carichi di campo realistici è più utile di una selezionata solo in ampere-ora.

Cosa deve gestire la batteria di un robot mobile autonomo all'aperto

Gli AMR per esterni operano in condizioni meno prevedibili rispetto ai robot che seguono percorsi interni controllati. Le condizioni del terreno, la pendenza, il carico utile, la resistenza dei pneumatici, le condizioni meteorologiche e le attrezzature ausiliarie possono tutti modificare la richiesta di energia durante una singola missione.

Per l’ingegneria delle batterie, la differenza principale è la variabilità. Il gruppo deve fornire energia sufficiente per l'intero percorso, supportando anche brevi periodi in cui il sistema di trasmissione o l'attrezzo assorbe molta più corrente rispetto al suo carico operativo medio.

Lunga autonomia con carichi variabili

Un AMR agricolo raramente assorbe energia costante.

I motori di azionamento possono consumare una potenza relativamente moderata durante lo spostamento su terreno solido e pianeggiante, quindi richiedono una corrente sostanzialmente maggiore quando il robot accelera, tira un carico, si arrampica, gira su terreno sciolto o aziona un attrezzo collegato. Informatica, sensori, comunicazioni ed elettronica di controllo creano carichi aggiuntivi durante la missione.

Per questo motivo il dimensionamento della batteria dovrebbe valutare almeno due condizioni di alimentazione:

• Potenza operativa media, che determina in gran parte l'autonomia e la capacità energetica richiesta.
• Potenza e corrente di picco, che determinano se la batteria e il BMS possono supportare brevi eventi di carico elevato senza raggiungere i limiti di scarica.

Un pacco con wattora sufficienti ma capacità di scarica insufficiente può ancora essere scarsamente adattato al robot.

Caldo, freddo e cambiamenti stagionali

Gli AMR agricoli possono funzionare attraverso grandi cambiamenti di temperatura stagionali e giornalieri. La temperatura della batteria influenza sia il comportamento di carica che di scarica, quindi il sistema deve funzionare entro i limiti specificati per le celle, il BMS, il caricabatterie e il pacco batteria completo.

I requisiti di temperatura dovrebbero essere definiti a livello di progetto piuttosto che affrontati con un’etichetta generica di “batteria esterna”. Le domande importanti includono:

• Quali sono le temperature di ricarica e di funzionamento più basse previste?
• Il robot rimarrà all'aperto tra una missione e l'altra?
• La ricarica avverrà in un edificio a temperatura controllata o sul campo?
• Il pacco richiede riscaldamento o un altro metodo di gestione termica?
• Come risponderà il BMS quando la temperatura della batteria supera l'intervallo consentito?

Per i progetti in climi freddi, il riscaldamento può essere incorporato in un pacchetto appositamente progettato. L’attuale batteria del robot da 48 V 50 Ah di MANLY Battery, ad esempio, fornisce il riscaldamento come configurazione opzionale.

Esposizione a polvere, acqua e fango

Le batterie agricole necessitano di una strategia di recinzione che corrisponda all’ambiente operativo reale. Polvere, spruzzi d'acqua, vegetazione bagnata, fango e procedure di pulizia possono influenzare i requisiti della custodia.

Il codice IP definito dalla norma IEC 60529 fornisce un modo standardizzato per classificare la protezione fornita da un quadro elettrico contro l'ingresso. Una designazione IP dovrebbe quindi essere trattata come una specifica di custodia definita piuttosto che come un termine di marketing generale come “prova per esterni”.”

Per un progetto AMR, gli ingegneri dovrebbero valutare il sistema installato e l'involucro della batteria. Le uscite dei cavi, i connettori, le interfacce di montaggio, i coperchi di servizio e altri punti di integrazione possono influire sulle prestazioni ambientali.

Vibrazioni e urti su terreni accidentati

I robot sul campo sono soggetti a vibrazioni ripetute e shock meccanici dovuti a solchi, terreno compattato, ghiaia, filari di colture, transizioni e altre superfici irregolari.

Ciò rende l’integrazione meccanica parte della scelta della batteria. Gli ingegneri dovrebbero valutare:

• Ritenzione e montaggio della batteria
• Supporto per celle e moduli
• Conservazione del connettore
• Pressacavo per cavo
• Rigidità dell'involucro
• Spazio attorno alla batteria
• Accesso al servizio dopo l'installazione

La batteria dovrebbe quindi essere convalidata nel robot finito in condizioni rappresentative del terreno e del carico utile. Le sole prove elettriche al banco non riproducono le sollecitazioni meccaniche delle operazioni agricole.

Perché la corrente di picco aumenta su pendii e terreni morbidi

Un robot mobile richiede una forza di trazione aggiuntiva quando sale una pendenza, si muove su un terreno deformabile, traina un carico utile più pesante o incontra una maggiore resistenza al rotolamento. Il sistema di azionamento richiede quindi più energia elettrica dalla batteria.

Questo è uno dei motivi per cui la corrente di picco del motore merita un'attenzione separata dal consumo energetico medio.

Se la tensione del sistema è (V) e il carico richiede energia elettrica (P), la corrente può essere approssimata come:

Io = P ÷ V

La corrente effettiva dipende dall’efficienza della trasmissione, dal controllo del motore, dalle condizioni di trazione e da altre perdite, ma la relazione mostra perché eventi ad alta potenza possono produrre una domanda di corrente sostanziale.

Le specifiche della batteria dovrebbero quindi essere verificate rispetto alla corrente di picco misurata del robot, non solo alla sua potenza media.

In che modo i cicli di lavoro agricolo modificano la domanda di energia AMR

Una specifica utile per le batterie agricole inizia con la missione.

Invece di chiedere solo quante ore dovrebbe funzionare l’AMR, suddividi la giornata lavorativa in stati operativi: guida a vuoto, guida carica, traino, salita, svolta, arresto, elaborazione dati, funzionamento di attrezzi, attesa e ricarica.

Ciò produce un modello energetico più realistico.

Trasporto del raccolto e traino di carichi

Gli AMR per i trasporti possono presentare grandi differenze tra il consumo energetico in andata e quello in ritorno.

Un robot che sposta contenitori vuoti attraverso un campo può richiedere meno potenza di trazione rispetto allo stesso robot che ritorna con i prodotti raccolti. Trainare carrelli aggiuntivi può aumentare ulteriormente la differenza.

Un modello di ciclo di lavoro dovrebbe quindi includere:

1. Viaggio a vuoto
2. Viaggio carico
3. Accelerazione e decelerazione
4. Voti attesi
5. Condizioni superficiali
6. Massa di traino o di carico utile
7. Frequenza stop-and-go

Utilizzando solo un ciclo di prova senza carico è possibile sottostimare sia il consumo medio di energia che la domanda di scarico di punta.

Richiesta di potenza per diserbo, irrorazione e falciatura

Gli AMR agricoli sono spesso più che semplici piattaforme di trasporto. Possono trasportare attrezzature per l'irrorazione, sistemi di taglio, attrezzature per il controllo delle infestanti, pompe, attuatori o altri strumenti alimentati elettricamente.

Tali sistemi devono essere inclusi nel calcolo del carico della batteria.

Ad esempio, un AMR può disporre di energia adeguata per la trasmissione e il sistema di navigazione, ma richiedere un'energia totale notevolmente maggiore una volta che l'attrezzo motorizzato è in funzione per gran parte della missione.

Separare i carichi di trazione dai carichi dell'attrezzo durante i primi calcoli. Ciò rende più semplice vedere quale sottosistema determina il fabbisogno di batteria.

In che modo gli attrezzi sul campo modificano la domanda di potenza media e di picco

Gli attrezzi possono modificare la richiesta della batteria in due modi.

Innanzitutto, uno strumento alimentato elettricamente aggiunge un carico diretto. In secondo luogo, uno strumento collegato può modificare la resistenza meccanica sperimentata dalla trasmissione. Entrambi gli effetti possono verificarsi contemporaneamente.

Creare una tabella degli stati operativi prima di selezionare una batteria:

Stato operativo	Domanda di trazione	Implementare la domanda	Preoccupazione per la batteria
Inattivo o in attesa	Basso	Basso o spento	Carico dell'elettronica di base
Corsa normale sul campo	Moderare	Varia	Energia media
Trasporto carico	Più alto	Solitamente basso	Runtime e corrente
Lavoro attivo sul campo	Varia	Da moderato ad alto	Energia totale
Grado o ostacolo	Alto	Varia	Corrente di picco

I valori esatti dovrebbero provenire dai dati dei componenti e dalle misurazioni del prototipo piuttosto che da ipotesi generiche sui robot agricoli.

Carichi di sensori, elaborazione e connettività

LiDAR, telecamere, hardware GNSS, computer integrati, controller di motori, comunicazioni cellulari, apparecchiature Wi-Fi e altri dispositivi elettronici possono funzionare per la maggior parte o tutta la missione.

Individualmente, questi carichi possono essere inferiori a quelli della trasmissione. Collettivamente, tuttavia, contribuiscono al consumo energetico giornaliero totale.

Crea un inventario energetico per ogni sottosistema alimentato elettricamente:

Potenza = Tensione × Corrente

Se l'apparecchiatura funziona tramite un convertitore CC/CC o un altro stadio di potenza intermedio, il suo effetto dovrebbe essere incluso nella misurazione della potenza a livello di sistema anziché ipotizzare una conversione ideale.

Ciò è particolarmente importante per i robot che utilizzano computer di bordo ad alte prestazioni o sensori di percezione multipli.

Come la lunghezza del percorso e il terreno modificano il fabbisogno energetico quotidiano

Due AMR che funzionano per lo stesso numero di ore possono richiedere capacità della batteria diverse.

Un robot che copre lunghi percorsi su un terreno soffice può spendere più energia per la trazione rispetto a un robot che esegue un lavoro più lento all’interno di un’area compatta. Pendenze, frequenza di svolta, variazioni del carico utile, umidità superficiale e avviamenti ripetuti possono modificare ulteriormente la domanda di energia.

La pianificazione del percorso dovrebbe quindi registrare più del tempo trascorso. I dati utili dei test sul campo includono:

• Distanza percorsa
• Potenza media
• Corrente di picco
• Carico utile
• Condizioni del terreno
• Grado
• Implementare il tempo operativo
• Energia consumata per attività completata

L’energia per missione completata è spesso più utile per il dimensionamento della batteria rispetto a una singola cifra di “ore di autonomia”.

Pianificazione del funzionamento del robot agricolo per l'intera giornata

Una giornata lavorativa intera non richiede necessariamente che una batteria contenga energia sufficiente per ogni ora di funzionamento.

La domanda più utile è se la batteria completa e la strategia di ricarica possono supportare il carico di lavoro giornaliero richiesto.

Tre strategie operative comuni sono:

• Una batteria più grande che supporta un lungo turno continuo
• Ricarica programmata durante le pause naturali
• Sostituzione della batteria tra i periodi di funzionamento

La giusta architettura dipende dai modelli di lavoro effettivi. Se un AMR ritorna regolarmente a un punto di servizio, la ricarica occasionale può ridurre la quantità di energia richiesta a bordo. Se il robot lavora lontano dalle infrastrutture di ricarica, una maggiore capacità a bordo o pacchetti scambiabili sul campo potrebbero avere più senso operativo.

Come dimensionare la batteria di un robot mobile autonomo

Dimensionamento e batteria di robot mobile autonomo richiede sia un calcolo energetico che un controllo della potenza. L'energia determina per quanto tempo il robot può funzionare; la capacità attuale determina se è in grado di gestire gli eventi operativi più impegnativi.

Una pratica sequenza di dimensionamento è:

Fare un passo	Input di ingegneria	Domanda principale
1	Tensione del sistema	Che tensione deve fornire il pacco?
2	Potenza media	Quanta energia consuma un normale ciclo di lavoro?
3	Tempo di esecuzione richiesto	Quanto tempo deve funzionare il robot tra una ricarica e l'altra?
4	Riserva energetica	Quanta energia utilizzabile è necessaria in condizioni reali?
5	Corrente continua	Lo zaino può sostenere carichi pesanti sostenuti?
6	Corrente di picco	È in grado di gestire l'accelerazione, le pendenze e gli attrezzi?
7	Finestra di ricarica	È possibile ripristinare l'energia necessaria nei tempi di inattività disponibili?

Inizia con la tensione del sistema robotico

La tensione della batteria deve corrispondere all'architettura elettrica del robot.

I motori di azionamento, i controller dei motori, i convertitori CC/CC, gli attuatori, i caricabatterie e altri componenti ad alta potenza sono normalmente progettati attorno a un intervallo di tensione definito. La selezione della batteria dovrebbe quindi iniziare con la tensione nominale richiesta del robot e con l’intervallo di tensione operativa consentita.

Una tensione più elevata può trasmettere una determinata quantità di potenza a una corrente inferiore:

P = V × I

Tuttavia, la tensione non dovrebbe essere aumentata semplicemente per ridurre la corrente. La batteria deve corrispondere al progetto elettrico del robot completo.

Per una piattaforma esistente, utilizzare l'architettura di tensione specificata. Per un nuovo AMR, definire la tensione insieme alla trasmissione, all'elettronica di potenza, al caricabatterie e alla batteria anziché trattare questi sistemi in modo indipendente.

Stima della potenza media dal ciclo di lavoro reale

Crea un inventario dei carichi prima di calcolare la capacità della batteria.

Includere:

• Motori di azionamento
• Controller del motore
• Sistemi di sterzo
• Computer integrati
• LiDAR e telecamere
• GNSS e apparecchiature di posizionamento
• Hardware di comunicazione wireless
• Attuatori
• Pompe
• Attrezzi agricoli a motore
• Attrezzatura per il carico utile
• Altra elettronica ausiliaria

Per ogni stato operativo, calcolare o misurare la potenza consumata dai carichi attivi.

Un semplice calcolo del ciclo di lavoro ponderato può quindi stimare la potenza media:

Potenza media = Σ (potenza nello stato operativo × frazione del tempo di funzionamento)

Le misurazioni del prototipo dovrebbero eventualmente sostituire le ipotesi, ove possibile.

Converti la domanda di energia in wattora della batteria richiesti

Una volta noti la potenza media e l'autonomia richiesta, il calcolo energetico di base è semplice:

Energia richiesta (Wh) = Potenza media (W) × Autonomia (h)

Ad esempio, un robot con una potenza media di 500 W su un periodo di funzionamento di sei ore richiederebbe 3.000 Wh prima di tenere conto della capacità di riserva, dei limiti operativi, degli effetti ambientali, delle perdite di conversione o dell’invecchiamento.

I soli ampere-ora non dovrebbero essere utilizzati per confrontare batterie con tensioni diverse.

L'energia è legata alla tensione e alla capacità da:

Energia (Wh) = Tensione nominale (V) × Capacità (Ah)

Quando si utilizza una batteria al litio denominata in commercio “24 V” o “48 V”, utilizzare il tensione nominale effettiva dalla scheda tecnica del progetto per i calcoli energetici finali. Le convenzioni di denominazione delle batterie non mostrano sempre l'esatta tensione nominale elettrochimica.

Aggiungi margine di capacità per variabilità e invecchiamento del campo

Il calcolo energetico teorico non dovrebbe diventare la specifica finale del pacchetto senza un ulteriore margine ingegneristico.

Le operazioni agricole reali introducono variabili che una semplice equazione della potenza media non può catturare completamente, tra cui:

• Modifica del carico utile
• Condizioni del terreno
• Cambiamenti di percorso
• Temperatura
• Efficienza dei componenti
• Invecchiamento della batteria
• Attese o deviazioni non pianificate
• Stato di carica di riserva richiesto al completamento della missione

Non esiste una percentuale di riserva universale corretta per ogni resistenza antimicrobica agricola. Il margine appropriato dovrebbe basarsi sulla variabilità del campo misurata, sull'affidabilità richiesta della missione, sulla finestra operativa del SOC prevista e sui requisiti di prestazione a lungo termine del progetto.

Il test del prototipo è quindi una parte essenziale del dimensionamento finale della batteria.

Controllare i requisiti di corrente di scarica continua e di picco

La capacità energetica risponde solo alla metà del problema del dimensionamento della batteria.

Anche la batteria e il suo BMS devono supportare la corrente richiesta dal robot.

Calcola o misura:

• Corrente continua normale
• Corrente continua durante lavori pesanti e prolungati
• Corrente di avviamento del motore
• Corrente di accelerazione
• Corrente di salita
• Implementare la corrente di avvio
• Carico combinato massimo

Una batteria deve essere valutata utilizzando la corrente di scarica continua massima specificata e la corrente di picco consentita con la durata associata.

Una corrente nominale di picco breve non può essere trattata automaticamente come una corrente nominale continua.

Questa distinzione è importante per i robot agricoli perché un breve superamento di ostacoli e un lungo percorso in salita possono sottoporre la stessa batteria a requisiti termici ed elettrici molto diversi.

Adatta la capacità della batteria alla ricarica e scambia Windows

La capacità della batteria e la strategia di ricarica dovrebbero essere progettate insieme.

Per ogni giorno determinare:

1. Energia consumata per missione
2. Numero di missioni
3. Tempo disponibile tra le missioni
4. Uscita del caricatore
5. Limite della corrente di carica della batteria
6. Tempo a disposizione per la ricarica notturna
7. Se i pacchetti possono essere scambiati

Una batteria più grande può ridurre la frequenza di ricarica, mentre una ricarica occasionale ben pianificata può ripristinare l’energia durante le interruzioni operative.

Anche il caricabatterie, il BMS e la batteria devono essere compatibili elettricamente. La compatibilità della comunicazione dovrebbe essere convalidata a livello di protocollo quando il caricatore e il BMS scambiano dati; il semplice fatto di avere hardware CAN o RS485 su entrambi i lati non definisce di per sé la messaggistica compatibile. Allo stesso modo, l’attuale guida all’integrazione AMR di MANLY tratta la tensione, i limiti di carica, la mappatura delle comunicazioni e il controllo della carica come requisiti di sistema coordinati.

Opzioni batteria robot MANLY da 48 V

MANLY Battery offre batterie per robot LiFePO4 che possono fungere da piattaforme di partenza per progetti AMR di classe 48 V. La selezione finale dovrebbe comunque seguire la richiesta di energia misurata del robot, la corrente di scarica, i requisiti di comunicazione, le condizioni ambientali, lo spazio del recinto e l’architettura di ricarica.

Batteria robot MANLY 48V 50Ah

La batteria del robot MANLY da 48 V 50 Ah utilizza la chimica LiFePO4 e una specifica nominale di 51,2 V con capacità di 50 Ah. La sua attuale specifica di prodotto prevede:

• Voltaggio nominale 51,2 V
• Capacità nominale 50 Ah
• Energia nominale 2.560 Wh
• Corrente di scarica continua massima 50 A
• Comunicazione RS485 o CAN bus
• Riscaldamento opzionale
• Protezione BMS per sovraccarico, sovraccarico, sovracorrente, sovratensione, cortocircuito e temperatura eccessiva
• Dimensioni personalizzabili
• Alloggiamento in metallo
• Classe di protezione IP65

Queste specifiche lo rendono un punto di riferimento pratico per gli AMR il cui carico calcolato rientra nel suo involucro di energia e scarica.

La configurazione finale del pacco dovrebbe essere abbinata al robot piuttosto che essere selezionata solo in base alla capacità. Il tipo di connettore, i requisiti di riscaldamento, le dimensioni dell'involucro, la mappatura delle comunicazioni, i parametri del caricabatterie e la convalida ambientale dovrebbero essere risolti durante l'integrazione.

Batteria robot MANLY 48V 100Ah

Per progetti che richiedono una maggiore capacità a bordo all'interno della stessa classe di tensione generale, Batteria MANLY offre anche una batteria LiFePO4 da 48V 100Ah per robot industriali.

Le sue specifiche attuali prevedono:

• Capacità nominale 100 Ah
• Informazioni sulla configurazione 48 V/51,2 V
• Fino a 100 A corrente di scarica continua massima
• Capacità di corrente di picco di breve durata
• Comunicazione RS485, RS232 o CAN bus opzionale
• Dimensioni personalizzabili
• Protezione BMS da sovraccarico, sovraccarico, sovracorrente, sovratemperatura e cortocircuito

La tabella delle specifiche dettagliate identifica una configurazione della custodia IP65, mentre altre caratteristiche del pacchetto possono essere personalizzate per i requisiti del progetto.

Per un AMR agricolo, la decisione 50 Ah rispetto a 100 Ah dovrebbe quindi avvenire dopo l’analisi del ciclo di lavoro. Un pacco da 100 Ah fornisce una maggiore capacità nominale A/ora, ma gli ingegneri devono comunque verificare lo spazio di installazione disponibile, i limiti di massa, i requisiti di corrente, il tempo di ricarica e il profilo energetico giornaliero del robot.

Caratteristiche di progettazione delle batterie per AMR agricoli a lungo termine

Dopo aver selezionato tensione e capacità, la progettazione del sistema batteria determina l’efficacia con cui l’energia immagazzinata può essere utilizzata sul campo.

Per gli AMR per esterni, il BMS, l'interfaccia di comunicazione, la progettazione termica, l'involucro, il metodo di ricarica e l'architettura del servizio dovrebbero essere tutti specificati come parti dello stesso sistema.

Perché LiFePO4 è adatto a cicli di lavoro esterni ripetuti

LiFePO4 è ampiamente utilizzato nelle applicazioni di batterie per robot in cui la durata del ciclo, la stabilità termica e la ricarica ripetuta sono importanti priorità di progettazione.

Per gli AMR agricoli che lavorano frequentemente durante una stagione, le prestazioni del ciclo possono essere particolarmente importanti perché la frequenza di sostituzione della batteria influisce sulla pianificazione della manutenzione e sui costi operativi totali.

I dati relativi alla durata del ciclo devono essere sempre letti insieme alle condizioni di prova. La profondità di scarica, la temperatura, la velocità di carica e scarica, la definizione di fine vita e la finestra operativa influiscono tutti sul risultato. Un numero di cicli senza tali condizioni non è sufficiente per prevedere la vita utile di un robot agricolo.

L’attuale gamma di batterie per robot di MANLY utilizza LiFePO4 su più piattaforme da 24 V e 48 V.

BMS intelligente e precisione SOC

Il BMS protegge e supervisiona il pacco batteria.

Le funzioni principali possono includere il monitoraggio della tensione della cella, della corrente del pacco e della temperatura durante il controllo o la risposta a condizioni quali:

• Sovraccarico
• Scarica eccessiva
• Sovracorrente
• Cortocircuito
• Sovratemperatura

Per un AMR, il BMS fornisce anche le informazioni necessarie per la gestione dell’energia.

Lo stato di carica è particolarmente utile perché il controller del robot può utilizzare le informazioni disponibili sulla batteria per determinare se c'è abbastanza energia per iniziare un'altra missione, tornare al caricabatterie o programmare una sostituzione della batteria.

Ciò rende l’integrazione del BMS parte dell’autonomia del robot piuttosto che una funzionalità isolata all’interno della batteria.

Comunicazione CAN e RS485

CAN e RS485 sono interfacce di comunicazione comunemente utilizzate nei sistemi di batterie dei robot mobili.

Una batteria collegata può fornire dati operativi quali tensione, corrente, temperatura, informazioni sullo stato e stato di guasto al controller del robot o al sistema di ricarica.

Tuttavia, l'interfaccia fisica è solo una parte dell'integrazione.

Due dispositivi possono entrambi supportare CAN e comunque utilizzare diversi:

• Velocità di trasmissione
• Identificatori del messaggio
• Ridimensionamento dei dati
• Regole temporali
• Strutture di comando
• Definizioni di guasto

Lo stesso principio vale per la comunicazione basata su RS485.

L'interfaccia elettrica e il protocollo dei messaggi dovrebbero quindi essere definiti durante lo sviluppo della batteria e testati con il controller e il caricabatterie AMR effettivi prima della produzione. Il portafoglio di batterie per robot MANLY comprende pacchetti con opzioni di comunicazione CAN, RS485 e, su configurazioni selezionate, RS232.

In che modo la gestione termica supporta la ricarica e l'autonomia in climi freddi

La gestione termica dovrebbe basarsi sugli intervalli di temperatura consentiti dal produttore della cella e della batteria e sull’ambiente operativo previsto del robot.

I progetti per climi freddi meritano particolare attenzione durante la ricarica. Se un AMR deve caricarsi all’aperto o subito dopo aver funzionato in condizioni di gelo, il sistema batteria necessita di un metodo definito per impedire la ricarica al di fuori dell’intervallo di temperatura consentito.

A seconda del progetto, ciò può comportare:

• Monitoraggio della temperatura BMS
• Inibizione della carica
• Riscaldamento controllato
• Isolamento
• Spostare il robot in una posizione di ricarica condizionata

La batteria del robot MANLY da 48 V 50 Ah fornisce un riscaldamento opzionale, consentendo di incorporare i requisiti termici in una configurazione di progetto personalizzata quando necessario.

La strategia di riscaldamento dovrebbe essere integrata con il BMS e il caricabatterie anziché trattata come un accessorio indipendente.

Involucri sigillati per esposizione a polvere e acqua

Dovrebbe essere specificata una custodia per batterie per la robotica agricola in base alle condizioni di esposizione previste.

La norma IEC 60529 stabilisce il sistema di classificazione IP dei gradi di protezione forniti dagli involucri delle apparecchiature elettriche.

Per le revisioni della progettazione, specificare la classificazione di ingresso richiesta anziché richiedere semplicemente una “batteria impermeabile”. Quindi valutare se tale requisito si applica solo alla custodia della batteria o al gruppo batteria installato con connettori e cavi collegati.

Le tabelle delle specifiche dettagliate di MANLY per le attuali batterie per robot da 48 V 50 Ah e 48 V 100 Ah identificano le configurazioni IP65. I requisiti ambientali specifici del progetto devono essere confermati durante la personalizzazione.

Addebito di opportunità e scambi di campo

Le flotte agricole possono ridurre l’energia richiesta a bordo rendendo la ricarica parte del ciclo di lavoro.

Un AMR che ritorna ripetutamente a un punto di raccolta, un'area di manutenzione o una stazione di scarico può avere naturali opportunità di ricaricarsi. Un altro robot che opera su un campo di grandi dimensioni potrebbe trarre maggiori vantaggi dallo scambio di pacchi e dal ritorno immediato al lavoro.

Il confronto ingegneristico dovrebbe considerare:

• Energia ripristinata durante ogni finestra di ricarica
• Limiti della corrente di carica
• Numero di opportunità di ricarica disponibili
• Manodopera necessaria per lo scambio
• Design del connettore o del dock
• Accessibilità alla batteria
• Numero di pacchi di riserva
• Throughput giornaliero richiesto

Nessuna delle due architetture è automaticamente migliore. L’obiettivo è abbinare l’energia immagazzinata e l’accesso alla ricarica al modo in cui funziona effettivamente il robot.

Progettazione di pacchetti riparabili per la manutenzione della flotta agricola

L'imballaggio delle batterie influisce sull'assistenza sul campo tanto quanto sulle prestazioni elettriche.

Un AMR agricolo riparabile dovrebbe fornire ai tecnici un accesso controllato alla batteria senza compromettere l’integrità del montaggio o la sicurezza elettrica.

Durante la progettazione meccanica, considerare:

• Percorso di rimozione della batteria
• Requisiti per il sollevamento del pacco
• Accessibilità del connettore
• Connettori codificati o protetti
• Pressacavo per cavo
• Accesso ai dispositivi di fissaggio
• Tempo di sostituzione
• Protezione contro l'installazione errata
• Accesso alla diagnostica

Per le flotte, la standardizzazione delle interfacce delle batterie tra le piattaforme robotiche correlate può anche semplificare le procedure di gestione e manutenzione dei ricambi laddove i requisiti elettrici consentono un’architettura condivisa.

Come valutare un produttore di batterie per AMR per esterni

UN produttore di batterie per la robotica agricola dovrebbe essere valutato su qualcosa di più della semplice chimica cellulare e degli ampere-ora indicati.

Il fornitore deve essere in grado di tradurre i requisiti elettrici, meccanici, ambientali, di ricarica, di comunicazione e di documentazione del robot in una batteria che possa essere convalidata nella macchina finita.

Definire i requisiti di progettazione del pacchetto personalizzato prima della selezione del fornitore

Preparare una specifica tecnica prima di richiedere preventivi.

Come minimo, definire:

• Tensione nominale del sistema
• Intervallo di tensione consentito
• Energia richiesta
• Corrente continua
• Corrente di picco e durata
• Metodo di ricarica
• Spazio massimo disponibile nella batteria
• Obiettivo di massa
• Requisiti del connettore
• Interfaccia di comunicazione
• Esposizione ambientale
• Requisiti di temperatura operativa
• Funzioni del BMS
• Strategia di servizio
• Requisiti applicabili di trasporto e prodotto

Fornire solo una “batteria da 48 V 100 Ah” lascia irrisolte molte decisioni critiche di progettazione.

Un produttore di batterie competente dovrebbe essere in grado di lavorare in base ai requisiti di sistema del robot anziché considerare la tensione e la capacità come specifiche complete.

Verificare la documentazione di sicurezza e di trasporto prima della produzione

La documentazione della batteria deve essere controllata in base all'ambito e allo scopo.

La norma UN 38.3 non dovrebbe essere trattata come una certificazione generale di sicurezza operativa contro la resistenza antimicrobica. La sottosezione 38.3 fa parte del Manuale dei test e dei criteri delle Nazioni Unite e affronta le celle e le batterie al litio nell'ambito del trasporto di merci pericolose.

Per la sicurezza delle batterie al litio industriali, la norma IEC 62619:2022 specifica i requisiti e i test per il funzionamento sicuro delle celle e delle batterie al litio secondarie utilizzate nelle applicazioni industriali.

Allo stesso modo, le richieste di protezione ambientale dovrebbero essere legate allo standard e alla configurazione appropriati; La norma IEC 60529 definisce il sistema di classificazione IP.

Prima della produzione, gli acquirenti dovrebbero quindi determinare:

• Quali requisiti si applicano alla batteria
• Che si applicano ai trasporti
• Che si applicano al robot completo
• Quali report corrispondono all'esatta configurazione di produzione

Evitare di considerare una raccolta di loghi di certificazione come un sostituto della revisione dei requisiti effettivi del progetto.

Abbina in anticipo caricabatterie, connettore e interfacce di comunicazione

L'integrazione della batteria diventa molto più semplice quando i requisiti di ricarica e comunicazione vengono definiti prima che l'involucro e il cablaggio siano finalizzati.

Il produttore della batteria e il team di ingegneri del robot dovrebbero risolvere:

Elettrico

• Tensione nominale
• Tensione di carica
• Corrente di carica massima
• Corrente di scarica continua
• Domanda di scarico di punta

Meccanico

• Famiglia di connettori
• Piedinatura
• Dimensioni e lunghezza del cavo
• Dimensioni della batteria
• Punti di montaggio

Comunicazione

• Interfaccia CAN o RS485
• Definizioni dei messaggi
• Velocità di trasmissione
• Reportistica del SOC
• Messaggi di guasto
• Logica di autorizzazione all'addebito

La combinazione completa di batteria, caricabatterie e controller deve essere testata insieme. La sola corrispondenza delle forme dei connettori o dei nomi delle interfacce di comunicazione non stabilisce la compatibilità del sistema.

Integra la convalida ambientale nei test dei prototipi

I test sui prototipi dovrebbero riprodurre le condizioni che determinano la domanda della batteria.

Per gli AMR agricoli, scenari di validazione utili possono includere:

• Carico utile massimo previsto
• Condizioni rappresentative del terreno
• Percorsi lunghi
• Giri ripetuti
• Voti sostenuti
• Implementare l'operazione
• Accelerazione ad alto carico
• Condizioni di temperatura previste
• Ricarica dopo l'operazione sul campo
• Esposizione rappresentativa alla polvere e all'umidità, ove applicabile

Registra la tensione, la corrente, la temperatura, il comportamento del SOC, il consumo energetico e gli eventi BMS rilevanti della batteria durante i test.

Questi dati possono rivelare se il margine di capacità originale, il livello di scarica, la strategia termica o il piano di ricarica necessitano di aggiustamenti prima della produzione di massa.

Richiedono la tracciabilità dal prototipo alla produzione di massa

La batteria approvata durante i test sul campo deve rimanere chiaramente collegata alla batteria che entra in produzione.

Il controllo della configurazione utile include:

• Specifica della cella
• Revisione hardware BMS
• Revisione firmware BMS
• Cablaggio del pacchetto
• Connettore e piedinatura
• Revisione dell'involucro
• Specifiche del caricabatterie
• Versione del protocollo di comunicazione
• Criteri di prova di produzione

Se uno qualsiasi di questi elementi cambia, l'effetto sul robot dovrebbe essere rivisto.

Per un programma OEM, la tracciabilità rende la risoluzione dei problemi più precisa e aiuta a evitare che le specifiche di un prototipo approvato si discostino man mano che il progetto si espande.

Funzionalità del pacchetto robot personalizzato MANLY Battery

MANLY Battery supporta lo sviluppo di batterie LiFePO4 personalizzate per applicazioni robotiche e AMR, con le piattaforme di batterie per robot esistenti che coprono molteplici configurazioni a 24 V e 48 V.

I suoi attuali prodotti robotici dimostrano diverse opzioni di integrazione rilevanti per i progetti OEM. La batteria del robot LiFePO4 da 24 V 30 Ah, ad esempio, supporta la comunicazione RS485, RS232 e CAN bus opzionale, dimensioni e alloggiamento personalizzabili, connettori configurabili e protezione BMS. MANLY afferma inoltre che i progetti OEM/ODM possono personalizzare tensione, capacità, dimensioni, corrente di carica e scarica BMS, connettore, custodia e cablaggio.

Per progetti robotici ad alta tensione, la piattaforma 48V 50Ah di MANLY fornisce comunicazione CAN o RS485, riscaldamento opzionale, dimensioni personalizzabili e una specifica di scarica continua da 50A. La batteria del robot industriale da 48 V 100 Ah espande la capacità amperora disponibile e supporta la comunicazione opzionale RS485, RS232 o bus CAN con imballaggio meccanico personalizzabile.

Per un progetto AMR all'aperto o agricolo, il modo più efficace di lavorare con a produttore di batterie è fornire il ciclo di lavoro effettivo anziché iniziare con un'ipotesi sulla capacità della batteria. La tensione del sistema, i carichi medi e di picco misurati, l'autonomia prevista, il terreno, la temperatura, l'accesso alla ricarica, i requisiti di comunicazione, i vincoli dell'involucro e le condizioni di test del prototipo forniscono al team di ingegneri le informazioni necessarie per definire un pacchetto personalizzato appropriato.

Questo approccio trasforma il batteria di robot mobile autonomo da un componente di catalogo a una parte ingegnerizzata dell’architettura di alimentazione, ricarica e funzionamento della flotta del robot.

Scopri di più sulla batteria