Akumulatory, baterie. Jakie jeszcze możliwości zasilania mają roboty AMR?
Stworzenie wydajnych i elastycznych systemów zasilania robotów AMR (Autonomous Mobile Robot) jest wyzwaniem, z którym zmaga się każdy producent tego typu urządzeń. Niezależnie od tego, jaka technologia zasilania zostanie zastosowana, musi spełniać podobne wymagania: niewielkie rozmiary baterii trakcyjnej, relatywnie długi czas pracy, łatwość i szybkość procesu ładowania (lub wymiany baterii). Celem jest wykorzystanie w pełni możliwości robota, czyli w praktyce – praca w trybie zmianowym lub nawet ciągłym.
źródło: materiały Versabox
Zdecydowanie najbardziej pożądane w cyklu zmianowym jest to, aby robot AMR mógł wykonywać powierzone zadania logistyczne nieprzerwanie przez minimum 8 godzin, czyli przez czas jednej pełnej zmiany. Takie możliwości oferują roboty VERSABOT 500, dzięki czemu elastycznie dopasowują się do harmonogramów pracy w magazynach i zakładach produkcyjnych.
Robot sam dba o stan akumulatora
W przeciwieństwie do innych, bardzo licznych maszyn zasilanych za pośrednictwem akumulatorów, roboty AMR nie tylko monitorują stan baterii, ale też same dbają o ich ładowanie. Po odnotowaniu spadku naładowania baterii trakcyjnej poniżej określonego poziomu, robot udaje się do stacji ładowania. Podłączenie i proces ładowania odbywają się całkowicie automatycznie i nie wymagają ingerencji człowieka. Po uzupełnieniu zapasów energii, robot wraca do pracy i podejmuje ją dokładnie w tym miejscu, w którym została przerwana.
Częstotliwość i czas ładowania w głównej mierze uzależnione są od technologii, w jakiej zostały wyprodukowane baterie trakcyjne. Zależnie od typu mogą one pozwalać na wielokrotne, szybkie podładowywanie lub wymagać długotrwałego cyklu ładowania, ale w zamian oferować długi czas pracy.
Baterie żelowe, litowo-jonowe czy może supercapsy?
Wśród akumulatorów możliwych do zastosowania w robotach AMR, najdłużej stosowane są akumulatory żelowe. Są one unowocześnioną wersją akumulatora kwasowo-ołowiowego, w którym płynny elektrolit zastąpiono żelem (kwas siarkowy zmieszany z krzemionką). Zagęszczenie elektrolitu sprawia, że nie trzeba już tak rygorystycznie zachowywać pozycji poziomej, w obawie przed wyciekiem. Drugą niezwykle ważną cechą elektrolitu żelowego jest to, że nie paruje, a co za tym idzie – nie ma potrzeby okresowego uzupełniania wodą destylowaną. Akumulatory żelowe są w pełni bezobsługowym źródłem zasilania. Podobnie jak tradycyjne akumulatory kwasowo-ołowiowe, wykazują się dużą trwałością i odpornością na głębokie rozładowanie, lecz potrzebują stosunkowo długiego czasu ładowania. Częste, lecz krótkie doładowania, które są bardzo przydatne w intensywnej eksploatacji robotów AMR, działają destrukcyjnie na akumulatory żelowe.
źródło: materiały Versabox
Rozwiązaniem problemu częstych doładowań jest zastosowanie baterii trakcyjnych litowo-jonowych. W przeciwieństwie do akumulatorów żelowych ładują się bardzo szybko (kilkanaście, do kilkudziesięciu minut) i bardzo dobrze znoszą ładowanie „w ratach”, czyli podładowywanie przez taki czas, jaki akurat jest możliwy do wykorzystania. Ponadto bateria litowo-jonowa jest znacznie mniejsza i lżejsza od porównywalnych baterii kwasowych. Odznacza się też znacznie większą żywotnością (większa liczba cykli ładowania). Ma większą gęstość elektryczną, co oznacza, że nawet przy niskim poziomie naładowania, zapewniają większą moc, niż baterie kwasowe. Jedyna słabą stroną baterii litowo-jonowych jest wrażliwość na głębokie rozładowanie, które może prowadzić do nieodwracalnych uszkodzeń.
Najnowszym i rokującym największe nadzieje źródłem zasilania robotów AMR są tzw. supercapsy, czyli superkondensatory (supercapacitors). Charakteryzują się one ekstremalnie krótkimi czasami ładowania, lecz nie oferują gęstości energii porównywalnej z bateriami litowo-jonowymi. Mocną stroną superkondensatorów jest imponująca liczba ładowań: liczy się ją setkach tysięcy, a może sięgać nawet ponad miliona cykli. Dla porównania – wcześniej wymienione typy akumulatorów wytrzymują maksymalnie kilka tysięcy cykli.
Przy wyborze rodzaju zasilania niezwykle ważny jest też aspekt finansowy. Relacja oferowanych możliwości do kosztów sprawia, że baterie żelowe cieszą się niezmiennie dużą popularnością, coraz chętniej wybierane są akumulatory litowo-jonowe, natomiast superkondensatory (zdecydowanie najdroższa technologia) – ciągle czekają na swoje wielkie rynkowe otwarcie.
Technologia ładowania dopasowana do procesu
W każdym przypadku wybór technologii zasilania (a co za tym idzie – również sposobów i częstotliwości ładowania) dostosowuje się zazwyczaj do rodzaju procesu logistycznego obsługiwanego przez robota. Możliwe jest takie zaprogramowanie robota, aby wykorzystywał na ładowanie każdą technologiczną przerwę w pracy. W takich błyskawicznych podładowaniach najlepiej sprawdzają się superkondensatory. Ładowania muszą być bardzo częste, bo jedno wystarcza zaledwie na kilkadziesiąt minut aktywności maszyny. Z kolei baterie litowo-jonowe zazwyczaj wymagają poświęcenia na ładowanie około 10-20% czasu pracy robota. Kompensują to długimi okresami pracy bez konieczności uzupełniania zapasów energii. W efekcie wymagają innego grafiku pracy i ładowania. Znając możliwości i ograniczenia poszczególnych rozwiązań można je elastycznie dobrać do konkretnego środowiska pracy.
Opcją, która zapewnia użytkowanie robota w trybie ciągłym, jest zastosowanie systemu szybkiej wymiany baterii – dzięki temu można skrócić operację odnowienia zapasów energii o czas potrzebny na ładowanie baterii. Ze względu na relatywnie niskie ceny zakupu, idealnie do pracy w systemie zmianowym (jedna bateria w pracy, druga równolegle w ładowaniu) nadają się akumulatory żelowe.
Energia bez wtyczki, czyli stacje zdalnego ładowania akumulatorów
Automatyczne zjeżdżanie robota AMR do stacji ładowania i samodzielne podłączanie się do ładowarki jest wielkim usprawnieniem. Ale można pójść o krok dalej i wykorzystać możliwości zdalnego ładowania, czyli bezprzewodowego transferu energii, które wykorzystuje magnetyczne sprzężenie indukcyjne. W ten sposób uzupełniają energię najnowsze modele VERSABOT 500. Urządzenie nie musi łączyć się fizycznie ze stacją ładowania, co eliminuje konieczność dbania o stan styków oraz tworzenia zabezpieczeń (przed zwarciami i porażeniami).
Warto nadmienić, że większość stacji ładowania nie wymaga specjalnego przystosowania instalacji elektrycznej. Wystarczy przyłącze do prądu 230 V. Wyjątkiem są superkondensatory, które ze względu na dużą energię przesyłaną w bardzo krótkim czasie, wymagają mocnych instalacji, najlepiej oddzielonych od innych gałęzi sieci energetycznej.
Jeśli interesuje Cię tematyka robotyzacji, zapraszamy na bloga Versabox.
Versabox jest partnerem merytorycznym sekcji Przemysł.
Versabox
Versabox
VersaBox jest producentem autonomicznych robotów mobilnych (AMR). Działają one w ramach kompleksowej platformy inteligentnej intralogistyki 4.0, która wdrażana jest w przedsiębiorstwach produkcyjnych i logistycznych.