Guia de bateria de robô móvel autônomo para AMRs agrícolas e externos

Um bateria de robô móvel autônomo para trabalhos agrícolas e ao ar livre tem de fazer mais do que fornecer energia suficiente para um tempo de funcionamento planeado. Ele deve suportar cargas de tração variáveis, implementos motorizados, sensores, computação a bordo, comunicações e rajadas curtas de alta corrente enquanto opera em terrenos irregulares e mudanças climáticas.

Isso torna a seleção da bateria uma decisão de engenharia no nível do sistema. Tensão, energia utilizável, corrente contínua e de pico, estratégia de carregamento, proteção ambiental, integração BMS e embalagem física, todos afetam a confiabilidade com que um AMR agrícola pode concluir seu trabalho.

O ponto de partida correto é o ciclo de trabalho real do robô. Uma bateria projetada com base em cargas de campo realistas é mais útil do que uma selecionada apenas com amperes-hora.

O que uma bateria de robô móvel autônomo deve suportar em ambientes externos

Os AMRs externos operam em condições menos previsíveis do que os robôs que seguem rotas internas controladas. A condição do solo, a inclinação, a carga útil, a resistência dos pneus, o clima e os equipamentos auxiliares podem alterar a demanda de energia durante uma única missão.

Para a engenharia de baterias, a principal diferença é a variabilidade. O pacote deve fornecer energia suficiente para todo o percurso, ao mesmo tempo que suporta breves períodos em que o sistema de transmissão ou implemento consome consideravelmente mais corrente do que a sua carga operacional média.

Longo tempo de execução sob cargas variáveis

Uma AMR agrícola raramente consome energia constante.

Os motores de acionamento podem consumir energia relativamente moderada ao viajar em terreno firme e nivelado e, em seguida, exigir substancialmente mais corrente quando o robô acelera, puxa uma carga, sobe, gira em solo solto ou opera um implemento conectado. A computação, os sensores, as comunicações e a eletrônica de controle criam cargas adicionais ao longo da missão.

Por esta razão, o dimensionamento da bateria deve avaliar pelo menos duas condições de potência:

• Potência operacional média, que determina em grande parte o tempo de execução e a capacidade de energia necessária.
• Potência e corrente de pico, que determinam se a bateria e o BMS podem suportar eventos curtos de alta carga sem atingir seus limites de descarga.

Um pacote com watt-hora suficiente, mas com capacidade de descarga insuficiente, ainda pode ser mal adaptado ao robô.

Calor, frio e mudanças sazonais

As RAM agrícolas podem funcionar durante grandes mudanças sazonais e diárias de temperatura. A temperatura da bateria influencia o comportamento de carga e descarga, portanto o sistema deve operar dentro dos limites especificados para suas células, BMS, carregador e bateria completa.

Os requisitos de temperatura devem ser definidos no nível do projeto, em vez de serem tratados com um rótulo genérico de “bateria externa”. Perguntas importantes incluem:

• Quais são as temperaturas de carregamento e operação mais baixas esperadas?
• O robô permanecerá ao ar livre entre as missões?
• O carregamento ocorrerá num edifício com temperatura controlada ou no campo?
• A embalagem requer aquecimento ou outro método de gerenciamento térmico?
• Como o BMS responderá quando a temperatura da bateria sair da faixa permitida?

Para projetos em climas frios, o aquecimento pode ser incorporado em um pacote projetado adequadamente. A atual bateria do robô 48V 50Ah da MANLY Battery, por exemplo, fornece aquecimento como uma configuração opcional.

Exposição à poeira, água e lama

As baterias agrícolas precisam de uma estratégia de invólucro que corresponda ao ambiente operacional real. Poeira, respingos de água, vegetação molhada, lama e procedimentos de limpeza podem afetar os requisitos do gabinete.

O Código IP definido pela IEC 60529 fornece uma maneira padronizada de classificar a proteção que um gabinete elétrico fornece contra entrada. Uma designação IP deve, portanto, ser tratada como uma especificação de gabinete definida, em vez de um termo geral de marketing, como “à prova de ambientes externos”.”

Para um projeto de AMR, os engenheiros devem avaliar o sistema instalado, bem como o invólucro da bateria. Saídas de cabos, conectores, interfaces de montagem, coberturas de serviço e outros pontos de integração podem afetar o desempenho ambiental.

Vibração e choque em terrenos acidentados

Os robôs de campo enfrentam vibrações repetidas e choques mecânicos provenientes de sulcos, solo compactado, cascalho, fileiras de culturas, transições e outras superfícies irregulares.

Isso torna a integração mecânica parte da seleção da bateria. Os engenheiros devem avaliar:

• Retenção e montagem da bateria
• Suporte para células e módulos
• Retenção do conector
• Alívio de tensão do cabo
• Rigidez do gabinete
• Espaço livre ao redor da bateria
• Acesso ao serviço após a instalação

A bateria deve então ser validada no robô acabado sob condições representativas de terreno e carga útil. Os testes elétricos de bancada por si só não reproduzem as tensões mecânicas da operação agrícola.

Por que a corrente de pico aumenta em encostas e terrenos macios

Um robô móvel requer força de tração adicional quando sobe um declive, se move através de solo deformável, puxa uma carga útil mais pesada ou encontra maior resistência ao rolamento. O sistema de acionamento, portanto, exige mais energia elétrica da bateria.

Esta é uma das razões pelas quais a corrente de pico do motor merece atenção separada do consumo médio de energia.

Se a tensão do sistema for (V) e a carga exigir energia elétrica (P), a corrente pode ser aproximada como:

Eu = P ÷ V

A corrente real depende da eficiência do sistema de transmissão, do controle do motor, das condições de tração e de outras perdas, mas a relação mostra por que eventos de alta potência podem produzir uma demanda substancial de corrente.

As especificações da bateria devem, portanto, ser verificadas em relação à corrente de pico medida do robô, e não apenas à sua potência média.

Como os ciclos de trabalho agrícola alteram a demanda de energia AMR

Uma especificação útil de bateria agrícola começa com a missão.

Em vez de perguntar apenas quantas horas o AMR deve funcionar, divida o dia de trabalho em estados operacionais: dirigir vazio, dirigir carregado, rebocar, subir, virar, parar, processar dados, operar implementos, esperar e carregar.

Isso produz um modelo energético mais realista.

Transporte de Colheita e Reboque de Cargas

Os AMRs de transporte podem apresentar grandes diferenças entre o consumo de energia de saída e de retorno.

Um robô que movimenta recipientes vazios através de um campo pode exigir menos força de tração do que o mesmo robô que retorna com os produtos colhidos. Rebocar carrinhos adicionais pode aumentar ainda mais a diferença.

Um modelo de ciclo de trabalho deve, portanto, incluir:

1. Viagem vazia
2. Viagem carregada
3. Aceleração e desaceleração
4. Notas esperadas
5. Condição da superfície
6. Massa de reboque ou carga útil
7. Frequência de parada e partida

Usar apenas um teste sem carga pode subestimar o uso médio de energia e a demanda de pico de descarga.

Demanda de energia para remoção de ervas daninhas, pulverização e corte

As RAM agrícolas são muitas vezes mais do que plataformas de transporte. Eles podem transportar equipamentos de pulverização, sistemas de corte, equipamentos de controle de ervas daninhas, bombas, atuadores ou outras ferramentas elétricas.

Esses sistemas precisam ser incluídos no cálculo da carga da bateria.

Por exemplo, um AMR pode ter energia adequada para o seu sistema de transmissão e sistema de navegação, mas exigir consideravelmente mais energia total, uma vez que um implemento motorizado opera durante grande parte da missão.

Separe as cargas de tração das cargas do implemento durante os primeiros cálculos. Isso torna mais fácil ver qual subsistema atende aos requisitos de bateria.

Como as Implementações de Campo Alteram a Demanda Média e de Pico de Energia

Os implementos podem alterar a demanda da bateria de duas maneiras.

Primeiro, uma ferramenta elétrica adiciona uma carga direta. Em segundo lugar, uma ferramenta acoplada pode alterar a resistência mecânica experimentada pelo sistema de transmissão. Ambos os efeitos podem ocorrer simultaneamente.

Crie uma tabela de estado operacional antes de selecionar uma bateria:

Estado operacional	Demanda de tração	Implementar a demanda	Preocupação com a bateria
Inativo ou esperando	Baixo	Baixo ou desligado	Carga eletrônica básica
Viagem de campo normal	Moderado	Varia	Energia média
Transporte carregado	Mais alto	Geralmente baixo	Tempo de execução e atual
Trabalho de campo ativo	Varia	Moderado a alto	Energia total
Grau ou obstáculo	Alto	Varia	Corrente de pico

Os valores exatos devem vir de dados de componentes e medições de protótipos, em vez de suposições genéricas de robôs agrícolas.

Sensores, computação e cargas de conectividade

LiDAR, câmeras, hardware GNSS, computadores embarcados, controladores de motor, comunicações celulares, equipamentos Wi-Fi e outros eletrônicos podem operar durante a maior parte ou toda a missão.

Individualmente, essas cargas podem ser menores que o sistema de transmissão. Coletivamente, porém, contribuem para o consumo diário total de energia.

Crie um inventário de energia para cada subsistema alimentado eletricamente:

Potência = Tensão × Corrente

Se o equipamento operar através de um conversor CC/CC ou outro estágio de potência intermediário, seu efeito deverá ser incluído na medição de potência no nível do sistema, em vez de assumir a conversão ideal.

Isto é especialmente importante para robôs que usam computação integrada de alto desempenho ou sensores de percepção múltipla.

Como o comprimento da rota e as necessidades diárias de energia mudam no terreno

Dois AMRs funcionando durante o mesmo número de horas podem exigir diferentes capacidades de bateria.

Um robô que percorre longas rotas sobre solo macio pode gastar mais energia em tração do que um robô que realiza um trabalho mais lento em uma área compacta. As inclinações, a frequência de viragem, as alterações de carga útil, a humidade da superfície e os arranques repetidos podem alterar ainda mais a procura de energia.

O planejamento da rota deve, portanto, registrar mais do que o tempo decorrido. Dados úteis de teste de campo incluem:

• Distância percorrida
• Potência média
• Corrente de pico
• Carga útil
• Condição do terreno
• Nota
• Implementar tempo de operação
• Energia consumida por tarefa concluída

A energia por missão concluída costuma ser mais útil para o dimensionamento da bateria do que um único número de “horas de autonomia”.

Planejamento para operação de robô agrícola de dia inteiro

Um dia inteiro de trabalho não exige necessariamente que uma bateria contenha energia suficiente para cada hora de operação.

A questão mais útil é se a estratégia completa de bateria e carregamento pode suportar a carga de trabalho diária necessária.

Três estratégias operacionais comuns são:

• Uma bateria maior que suporta um longo turno contínuo
• Carregamento programado durante pausas naturais
• Troca de bateria entre períodos de operação

A arquitetura certa depende dos padrões de trabalho reais. Se um AMR retornar regularmente a um ponto de serviço, a cobrança de oportunidade poderá reduzir a quantidade de energia necessária a bordo. Se o robô trabalhar longe da infraestrutura de carregamento, mais capacidade a bordo ou pacotes trocáveis ​​em campo podem fazer mais sentido operacional.

Como dimensionar uma bateria de robô móvel autônomo

Dimensionando um bateria de robô móvel autônomo requer um cálculo de energia e uma verificação de energia. A energia determina quanto tempo o robô pode funcionar; a capacidade atual determina se ele pode lidar com seus eventos operacionais mais exigentes.

Uma sequência prática de dimensionamento é:

Etapa	Entrada de engenharia	Pergunta principal
1	Tensão do sistema	Que tensão o pacote deve fornecer?
2	Potência média	Quanta energia um ciclo de trabalho normal consome?
3	Tempo de execução necessário	Quanto tempo o robô deve funcionar entre as cargas?
4	Reserva de energia	Quanta energia utilizável é necessária em condições reais?
5	Corrente contínua	A mochila pode suportar cargas pesadas sustentadas?
6	Corrente de pico	Ele consegue lidar com aceleração, inclinações e implementos?
7	Janela de carregamento	A energia necessária pode ser restaurada durante o tempo de inatividade disponível?

Comece com a tensão do sistema do robô

A tensão da bateria deve corresponder à arquitetura elétrica do robô.

Motores de acionamento, controladores de motor, conversores CC/CC, atuadores, carregadores e outros componentes de alta potência são normalmente projetados em torno de uma faixa de tensão definida. A seleção da bateria deve, portanto, começar com a tensão nominal necessária do robô e a janela de tensão operacional permitida.

Tensão mais alta pode transmitir uma determinada quantidade de energia com corrente mais baixa:

P = V × I

Contudo, a tensão não deve ser aumentada simplesmente para reduzir a corrente. A bateria deve corresponder ao projeto elétrico do robô completo.

Para uma plataforma existente, utilize a arquitetura de tensão especificada. Para um novo AMR, defina a tensão juntamente com o sistema de transmissão, a eletrônica de potência, o carregador e a bateria, em vez de tratar esses sistemas de forma independente.

Estime a potência média do ciclo de trabalho real

Crie um inventário de carga antes de calcular a capacidade da bateria.

Incluir:

• Motores de acionamento
• Controladores de motor
• Sistemas de direção
• Computadores incorporados
• LiDAR e câmeras
• GNSS e equipamento de posicionamento
• Hardware de comunicação sem fio
• Atuadores
• Bombas
• Implementos agrícolas motorizados
• Equipamento de carga útil
• Outros eletrônicos auxiliares

Para cada estado operacional, calcule ou meça a potência consumida pelas cargas ativas.

Um cálculo simples do ciclo de trabalho ponderado pode então estimar a potência média:

Potência média = Σ (potência no estado operacional × fração do tempo operacional)

As medições do protótipo devem eventualmente substituir as suposições sempre que possível.

Converta a demanda de energia em watts-hora de bateria necessários

Uma vez conhecidos a potência média e o tempo de funcionamento necessário, o cálculo básico da energia é simples:

Energia necessária (Wh) = Potência média (W) × Tempo de execução (h)

Por exemplo, um robô com uma potência média de 500 W durante um período de funcionamento de seis horas necessitaria de 3.000 Wh antes de contabilizar a capacidade de reserva, limites de funcionamento, efeitos ambientais, perdas de conversão ou envelhecimento.

Amperes-hora por si só não devem ser usados ​​para comparar baterias com tensões diferentes.

A energia está relacionada à tensão e capacidade por:

Energia (Wh) = Tensão Nominal (V) × Capacidade (Ah)

Ao usar uma bateria de lítio comercialmente denominada “24V” ou “48V”, use o tensão nominal real da folha de dados do projeto para cálculos de energia final. As convenções de nomenclatura de baterias nem sempre mostram a tensão nominal eletroquímica exata.

Adicione margem de capacidade para variabilidade e envelhecimento do campo

O cálculo teórico da energia não deve tornar-se a especificação final da embalagem sem margem adicional de engenharia.

A operação agrícola real introduz variáveis ​​que uma simples equação de potência média não consegue capturar totalmente, incluindo:

• Alterando carga útil
• Condição do solo
• Mudanças de rota
• Temperatura
• Eficiência dos componentes
• Envelhecimento da bateria
• Esperas ou desvios não planejados
• Estado de reserva de carga necessário na conclusão da missão

Não existe uma percentagem de reserva universal correta para cada RAM agrícola. A margem apropriada deve basear-se na variabilidade de campo medida, na confiabilidade necessária da missão, na janela SOC operacional pretendida e nos requisitos de desempenho de longo prazo do projeto.

O teste de protótipo é, portanto, uma parte essencial do dimensionamento final da bateria.

Verifique os requisitos de corrente de descarga contínua e de pico

A capacidade energética responde apenas metade do problema de dimensionamento da bateria.

A bateria e o seu BMS também devem suportar a corrente necessária do robô.

Calcular ou medir:

• Corrente contínua normal
• Corrente contínua durante trabalho pesado sustentado
• Corrente de partida do motor
• Corrente de aceleração
• Corrente de subida de nível
• Implementar corrente de inicialização
• Carga máxima combinada

Uma bateria deve ser avaliada usando sua corrente máxima de descarga contínua especificada e corrente de pico permitida com a duração associada.

Uma classificação de corrente de pico curta não pode ser automaticamente tratada como uma classificação contínua.

Esta distinção é importante para os robôs agrícolas porque uma curta travessia de obstáculos e uma longa subida podem colocar demandas térmicas e elétricas muito diferentes na mesma bateria.

Combine a capacidade da bateria com o carregamento e troque as janelas

A capacidade da bateria e a estratégia de carregamento devem ser concebidas em conjunto.

Para cada dia, determine:

1. Energia consumida por missão
2. Número de missões
3. Tempo disponível entre missões
4. Saída do carregador
5. Limite de corrente de carga da bateria
6. Tempo disponível para carregamento noturno
7. Se os pacotes podem ser trocados

Uma bateria maior pode reduzir a frequência de carregamento, enquanto um carregamento de oportunidade bem planeado pode restaurar a energia durante pausas operacionais.

O carregador, o BMS e a bateria também devem ser eletricamente compatíveis. A compatibilidade da comunicação deve ser validada ao nível do protocolo quando o carregador e o BMS trocam dados; simplesmente ter hardware CAN ou RS485 em ambos os lados não define, por si só, mensagens compatíveis. A orientação atual de integração AMR da MANLY também trata tensão, limites de carga, mapeamento de comunicação e controle de carga como requisitos de sistema coordenados.

Opções de bateria de robô MANLY 48V

A MANLY Battery oferece baterias de robô LiFePO4 que podem servir como plataformas iniciais para projetos AMR classe 48V. A seleção final ainda deve seguir a demanda de energia medida do robô, a corrente de descarga, os requisitos de comunicação, as condições ambientais, o espaço do gabinete e a arquitetura de carregamento.

Bateria de robô VIRIL 48V 50Ah

A bateria do robô MANLY 48V 50Ah usa química LiFePO4 e uma especificação nominal de 51,2V com capacidade de 50Ah. Sua especificação de produto atual fornece:

• Tensão nominal de 51,2V
• Capacidade nominal de 50Ah
• 2.560Wh de energia nominal
• Corrente máxima de descarga contínua de 50A
• Comunicação via barramento RS485 ou CAN
• Aquecimento opcional
• Proteção BMS para sobrecarga, descarga excessiva, sobrecorrente, sobretensão, curto-circuito e sobretemperatura
• Dimensões personalizáveis
• Carcaça de metal
• Classe de proteção IP65

Estas especificações tornam-no um ponto de referência prático para AMRs cuja carga calculada se enquadra no seu envelope de energia e descarga.

A configuração final do pacote deve corresponder ao robô, em vez de ser selecionada apenas com base na capacidade. O tipo de conector, os requisitos de aquecimento, as dimensões do gabinete, o mapeamento de comunicação, os parâmetros do carregador e a validação ambiental devem ser resolvidos durante a integração.

Bateria de robô VIRIL 48V 100Ah

Para projetos que exigem mais capacidade a bordo dentro da mesma classe geral de tensão, Bateria MANLY também oferece uma bateria LiFePO4 de 48V 100Ah para robôs industriais.

Sua especificação atual fornece:

• Capacidade nominal de 100Ah
• Informações de configuração de 48 V/51,2 V
• Corrente máxima de descarga contínua de até 100A
• Capacidade de corrente de pico de curta duração
• Comunicação opcional RS485, RS232 ou CAN bus
• Dimensões personalizáveis
• Proteção BMS contra sobrecarga, descarga excessiva, sobrecorrente, sobretemperatura e curto-circuito

A tabela de especificações detalhadas identifica uma configuração de gabinete IP65, enquanto outras características do pacote podem ser personalizadas de acordo com os requisitos do projeto.

Para um AMR agrícola, a decisão de 50Ah versus 100Ah deve, portanto, vir após a análise do ciclo de trabalho. Um pacote de 100Ah fornece maior capacidade nominal de amperes-hora, mas os engenheiros ainda precisam verificar o espaço de instalação disponível, os limites de massa, os requisitos de corrente, o tempo de carregamento e o perfil de energia diário do robô.

Recursos de design de bateria para AMRs agrícolas de longa duração

Após a seleção da tensão e da capacidade, o projeto do sistema de bateria determina a eficácia com que a energia armazenada pode ser usada no campo.

Para AMRs externos, o BMS, a interface de comunicação, o projeto térmico, o gabinete, o método de cobrança e a arquitetura de serviço devem ser todos especificados como partes do mesmo sistema.

Por que o LiFePO4 se adapta a repetidos ciclos de trabalho ao ar livre

LiFePO4 é amplamente utilizado em aplicações de baterias robóticas onde o ciclo de vida, a estabilidade térmica e o carregamento repetido são prioridades de projeto importantes.

Para AMRs agrícolas que funcionam frequentemente ao longo de uma estação, o desempenho do ciclo pode ser particularmente importante porque a frequência de substituição da bateria afeta o planeamento da manutenção e o custo operacional total.

Os valores do ciclo de vida devem sempre ser lidos juntamente com as condições de teste. Profundidade de descarga, temperatura, taxas de carga e descarga, definição de fim de vida útil e janela operacional afetam o resultado. Um número de ciclo principal sem essas condições não é suficiente para prever a vida útil de um robô agrícola.

A atual linha de baterias de robôs da MANLY usa LiFePO4 em múltiplas plataformas de 24V e 48V.

Precisão inteligente de BMS e SOC

O BMS protege e supervisiona a bateria.

As funções principais podem incluir o monitoramento da tensão da célula, da corrente do pacote e da temperatura enquanto controlam ou respondem a condições como:

• Sobrecarga
• Sobredescarga
• Sobrecorrente
• Curto-circuito
• Excesso de temperatura

Para um AMR, o BMS também fornece as informações necessárias para a gestão de energia.

O estado de carga é particularmente útil porque o controlador do robô pode usar as informações disponíveis da bateria para determinar se há energia suficiente para iniciar outra missão, retornar ao carregador ou programar uma troca de bateria.

Isto torna a integração do BMS parte da autonomia do robô, em vez de um recurso isolado dentro da bateria.

Comunicação CAN e RS485

CAN e RS485 são interfaces de comunicação comumente usadas em sistemas de baterias de robôs móveis.

Uma bateria conectada pode fornecer dados operacionais como tensão, corrente, temperatura, informações de estado e status de falha ao controlador do robô ou ao sistema de carregamento.

No entanto, a interface física é apenas uma parte da integração.

Dois dispositivos podem suportar CAN e ainda usar diferentes:

• Taxas de transmissão
• Identificadores de mensagens
• Dimensionamento de dados
• Regras de tempo
• Estruturas de comando
• Definições de falha

O mesmo princípio se aplica à comunicação baseada em RS485.

A interface elétrica e o protocolo de mensagens devem, portanto, ser definidos durante o desenvolvimento da bateria e testados com o controlador e carregador AMR reais antes da produção. O portfólio de baterias para robôs da MANLY inclui pacotes com opções de comunicação CAN, RS485 e, em configurações selecionadas, RS232.

Como o gerenciamento térmico suporta carregamento e tempo de execução em climas frios

O gerenciamento térmico deve ser baseado nas faixas de temperatura permitidas pelo fabricante da célula e da bateria e no ambiente operacional esperado do robô.

Os projetos em climas frios merecem atenção especial durante o carregamento. Se um AMR precisar ser carregado ao ar livre ou logo após operar em condições de congelamento, o sistema de bateria precisará de um método definido para evitar o carregamento fora da janela de temperatura permitida.

Dependendo do design, isso pode envolver:

• Monitoramento de temperatura BMS
• Inibição de carga
• Aquecimento controlado
• Isolamento
• Mover o robô para um local de carregamento condicionado

A bateria do robô 48V 50Ah da MANLY fornece aquecimento opcional, permitindo que os requisitos térmicos sejam incorporados em uma configuração de projeto personalizada quando necessário.

A estratégia de aquecimento deve ser integrada com o BMS e o carregador, em vez de ser tratada como um acessório independente.

Gabinetes Selados para Exposição à Poeira e Água

Um invólucro de bateria para robótica agrícola deve ser especificado de acordo com as condições de exposição esperadas.

A IEC 60529 estabelece o sistema de classificação IP para graus de proteção fornecidos por gabinetes de equipamentos elétricos.

Para revisões de projeto, especifique a classificação de ingresso necessária em vez de simplesmente solicitar uma “bateria à prova d’água”. Em seguida, avalie se esse requisito se aplica apenas à caixa da bateria ou ao conjunto de bateria instalado com conectores e cabos conectados.

As tabelas de especificações detalhadas da MANLY para suas atuais baterias de robô 48V 50Ah e 48V 100Ah identificam configurações IP65. Os requisitos ambientais específicos do projeto devem ser confirmados durante a customização.

Cobrança de oportunidade e trocas de campo

As frotas agrícolas podem reduzir a energia necessária a bordo, tornando o carregamento parte do ciclo de trabalho.

Um AMR que retorna repetidamente a um ponto de coleta, área de manutenção ou estação de descarga pode ter oportunidades naturais para recarregar. Outro robô operando em um campo grande pode se beneficiar mais com a troca de pacotes e o retorno imediato ao trabalho.

A comparação de engenharia deve considerar:

• Energia restaurada durante cada janela de carregamento
• Limites de corrente de carga
• Número de oportunidades de cobrança disponíveis
• Mão de obra necessária para troca
• Design de conector ou dock
• Acessibilidade da bateria
• Número de pacotes sobressalentes
• Taxa de transferência diária necessária

Nenhuma das arquiteturas é automaticamente melhor. O objetivo é combinar a energia armazenada e o acesso ao carregamento com a forma como o robô realmente funciona.

Projeto de pacote utilizável para manutenção de frota agrícola

A embalagem da bateria afeta o serviço em campo tanto quanto o desempenho elétrico.

Um AMR agrícola utilizável deve proporcionar aos técnicos acesso controlado à bateria sem comprometer a integridade da montagem ou a segurança elétrica.

Durante o projeto mecânico, considere:

• Caminho de remoção da bateria
• Requisitos de levantamento de embalagens
• Acessibilidade do conector
• Conectores chaveados ou protegidos
• Alívio de tensão do cabo
• Acesso ao fixador
• Tempo de substituição
• Proteção contra instalação incorreta
• Acesso a diagnósticos

Para frotas, a padronização de interfaces de bateria em plataformas robóticas relacionadas também pode simplificar o gerenciamento de pacotes sobressalentes e os procedimentos de manutenção onde os requisitos elétricos permitirem uma arquitetura compartilhada.

Como avaliar um fabricante de baterias para AMRs externos

UM fabricante de baterias para a robótica agrícola devem ser avaliados em mais do que a química celular e os ampères-hora citados.

O fornecedor deve ser capaz de traduzir os requisitos elétricos, mecânicos, ambientais, de carregamento, comunicação e documentação do robô em uma bateria que possa ser validada na máquina acabada.

Defina os requisitos de engenharia de pacotes personalizados antes da seleção do fornecedor

Prepare uma especificação de engenharia antes de solicitar orçamentos.

No mínimo, defina:

• Tensão nominal do sistema
• Faixa de tensão permitida
• Energia necessária
• Corrente contínua
• Corrente de pico e duração
• Método de carregamento
• Espaço máximo disponível para bateria
• Alvo em massa
• Requisitos do conector
• Interface de comunicação
• Exposição ambiental
• Requisitos de temperatura operacional
• Funções BMS
• Estratégia de serviço
• Requisitos aplicáveis ​​de transporte e produto

Fornecer apenas “bateria de 48 V 100 Ah” deixa muitas decisões críticas de projeto sem solução.

Um fabricante de baterias competente deve ser capaz de trabalhar com base nos requisitos do sistema do robô, em vez de tratar a tensão e a capacidade como especificações completas.

Verifique a documentação de segurança e transporte antes da produção

A documentação da bateria deve ser verificada por escopo e finalidade.

O ONU 38.3 não deve ser tratado como uma certificação geral de segurança operacional de RAM. A subseção 38.3 faz parte do Manual de Testes e Critérios das Nações Unidas e aborda células e baterias de lítio no âmbito do transporte de mercadorias perigosas.

Para a segurança de baterias de lítio industriais, a IEC 62619:2022 especifica requisitos e testes para a operação segura de células e baterias secundárias de lítio usadas em aplicações industriais.

As reivindicações de proteção ambiental também devem estar vinculadas ao padrão e configuração apropriados; A IEC 60529 define o sistema de classificação IP.

Antes da produção, os compradores devem, portanto, determinar:

• Quais requisitos se aplicam à bateria
• Que se aplicam ao transporte
• Que se aplicam ao robô completo
• Quais relatórios correspondem à configuração exata de produção

Evite tratar uma coleção de logotipos de certificação como um substituto para a revisão dos requisitos reais do projeto.

Combine carregador, conector e interfaces de comunicação antecipadamente

A integração da bateria torna-se muito mais fácil quando os requisitos de carregamento e comunicação são definidos antes da finalização do gabinete e do chicote.

O fabricante da bateria e a equipe de engenharia do robô devem resolver:

Elétrica

• Tensão nominal
• Tensão de carga
• Corrente máxima de carga
• Corrente de descarga contínua
• Demanda de pico de descarga

Mecânico

• Família de conectores
• Pinagem
• Tamanho e comprimento do cabo
• Dimensões da bateria
• Pontos de montagem

Comunicação

• Interface CAN ou RS485
• Definições de mensagens
• Taxa de transmissão
• Relatórios SOC
• Mensagens de falha
• Lógica de permissão de cobrança

A combinação completa de bateria, carregador e controlador deve ser testada em conjunto. A correspondência de formatos de conectores ou nomes de interfaces de comunicação por si só não estabelece compatibilidade do sistema.

Construa validação ambiental em testes de protótipo

Os testes de protótipo devem reproduzir as condições que determinam a demanda da bateria.

Para RAM agrícolas, cenários de validação úteis podem incluir:

• Carga útil máxima pretendida
• Condições representativas do solo
• Rotas longas
• Voltas repetidas
• Notas sustentadas
• Implementar operação
• Aceleração de alta carga
• Condições de temperatura esperadas
• Carregamento após operação em campo
• Exposição representativa à poeira e umidade, quando aplicável

Registre a tensão da bateria, corrente, temperatura, comportamento do SOC, consumo de energia e eventos BMS relevantes durante os testes.

Esses dados podem revelar se a margem de capacidade original, a classificação de descarga, a estratégia térmica ou o plano de cobrança precisam de ajustes antes da produção em massa.

Exigir rastreabilidade desde o protótipo até a produção em massa

A bateria aprovada durante os testes de campo deve permanecer claramente conectada à bateria que entra em produção.

O controle de configuração útil inclui:

• Especificação de célula
• Revisão de hardware BMS
• Revisão de firmware BMS
• Fiação do pacote
• Conector e pinagem
• Revisão do gabinete
• Especificação do carregador
• Versão do protocolo de comunicação
• Critérios de teste de produção

Se algum destes elementos mudar, o efeito no robô deverá ser revisto.

Para um programa OEM, a rastreabilidade torna a solução de problemas mais precisa e ajuda a evitar que uma especificação de protótipo aprovada se desvie à medida que o projeto é dimensionado.

Capacidades do pacote de robôs personalizados com bateria MANLY

A bateria MANLY suporta o desenvolvimento de baterias LiFePO4 personalizadas para aplicações de robôs e AMR, com plataformas de baterias de robôs existentes cobrindo múltiplas configurações de 24 V e 48 V.

Seus atuais produtos robóticos demonstram diversas opções de integração relevantes para projetos OEM. A bateria do robô LiFePO4 de 24 V 30 Ah, por exemplo, suporta comunicação opcional de barramento RS485, RS232 e CAN, dimensões e carcaça personalizáveis, conectores configuráveis ​​e proteção BMS. MANLY também afirma que os projetos OEM/ODM podem personalizar tensão, capacidade, dimensões, corrente de carga e descarga BMS, conector, caixa e fiação.

Para projetos de robôs de alta tensão, a plataforma 48V 50Ah da MANLY fornece comunicação CAN ou RS485, aquecimento opcional, dimensões personalizáveis ​​e uma especificação de descarga contínua de 50A. Sua bateria de robô industrial de 48V 100Ah expande a capacidade de amp-hora disponível e suporta comunicação opcional de barramento RS485, RS232 ou CAN com embalagem mecânica personalizável.

Para um projeto de AMR ao ar livre ou agrícola, a maneira mais eficaz de trabalhar com um fabricante de baterias é fornecer o ciclo de trabalho real, em vez de começar com uma estimativa da capacidade da bateria. A tensão do sistema, as cargas médias e de pico medidas, o tempo de execução esperado, o terreno, a temperatura, o acesso de carregamento, os requisitos de comunicação, as restrições do gabinete e as condições de teste do protótipo fornecem à equipe de engenharia as informações necessárias para definir um pacote personalizado apropriado.

Essa abordagem transforma o bateria de robô móvel autônomo de um componente de catálogo a uma parte projetada da arquitetura de energia, carregamento e operação da frota do robô.

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