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提高效率ADI电池管理解决方案如何帮助实现更安全更智能的移动机器人
2025-02-17 【智能硬件】 0人已围观
简介作者：Rafael Marengo，ADI公司系统应用工程师 摘要 随着自动化仓库和制造设施的迅速发展，谨慎控制过程中的每个组件至关重要。即使是短暂的停机也会造成严重影响。自主移动机器人和自动导引车在该生态系统中发挥着重要作用，需要实施精确的监控和故障安全系统。另一个重点是有效监控电池，以便优化电池性能并延长电池的整体寿命，从而最大限度减少不必要的浪费，保护宝贵的资源
| 作者：Rafael Marengo，ADI公司系统应用工程师 摘要 随着自动化仓库和制造设施的迅速发展，谨慎控制过程中的每个组件至关重要。即使是短暂的停机也会造成严重影响。自主移动机器人和自动导引车在该生态系统中发挥着重要作用，需要实施精确的监控和故障安全系统。另一个重点是有效监控电池，以便优化电池性能并延长电池的整体寿命，从而最大限度减少不必要的浪费，保护宝贵的资源。本文将简要介绍一些用于提高电池效率的重要指标，以及为这些应用选择电池管理系统时需要考虑的关键因素。 简介 在设计如图1所示的自主移动机器人(AMR)时，选择合适的电池包及其配套的电池管理系统(BMS)是一个关键决策。在工厂和仓库等紧密集成的环境中，每一秒钟的运行都至关重要，确保所有组件能够安全可靠地正常运转则是重中之重。 BMS解决方案能够准确测量电池的充电和放电，从而最大限度提高可用容量。此外，获得精确的测量结果后，便可以准确计算充电状态(SoC)和放电深度(DoD)，这些重要参数有助于提高移动机器人工作流程的智能程度。这些系统的安全性同样重要，在为这些应用选择系统时，请务必考虑能够提供过充保护和过流检测的BMS技术。  图1.AMR图。 什么是电池管理系统？ BMS是一个电子系统，可用于密切监控电池包和/或其各个电池单元的各种参数。对实现电池的最大可用容量并确保安全及可靠运行而言，BMS至关重要。高效的系统不仅能够以安全的方式优化电池的可用容量，还能够为工程师提供有价值的参数，例如电池单元电压、SoC、DoD、健康状态(SoH)、温度和电流，所有这些参数均有助于使系统发挥优异性能。 什么是SoC、DoD和SoH？为什么它们对自动导引车(AGV)和AMR很重要？ SoC、DoD和SoH是BMS中常用的一些参数，用于确定系统是否健康、早期故障检测、电池单元老化以及剩余运行时间。 SoC表示充电状态，定义为相对于电池总容量的电池充电水平。SoC通常以百分比表示，其中0% = 空，100% = 充满。  SoH表示健康状态，定义为相对于电池额定容量(Cmax)的电池最大可释放容量(Cmax)。  DoD表示放电深度，与SoC指标相反，定义为相对于电池额定容量(Crated)的电池已放电百分比(Creleased)。  这些参数与AMR解决方案有何关系？ 电池的SoC根据电池架构而变化，尽管如此，仍需要一个精确的系统来测量电池状态。目前常用的电池主要有两种类型：锂离子电池和铅酸电池。每种电池各有利弊，并包含不同的子类别。总体而言，普遍认为锂离子电池更适合用于机器人，因为此类电池具有以下特点： ► 能量密度更高，可达到铅酸电池能量密度的8到10倍。 ► 锂离子电池比相同容量的铅酸电池更轻。 ► 铅酸电池所需的充电时间比锂离子电池更长。 ► 锂离子电池的使用寿命更长，因此充电周期次数明显更多。 然而，这些优势意味着成本增加，并带来了一些挑战，要想充分发挥其性能优势，就需要解决这些挑战。 为了在实际应用中更好地说明这一点，可以分析图2，该图比较了铅酸电池和锂离子电池的DoD。可以观察到，当锂离子电池的DoD从0%增加到80%时，电池包电压变化极小。80% DoD通常是锂离子电池的下限，如果低于该值，可能被视为危险水平。 然而，由于锂离子电池的电池包电压在可用范围内的变化非常小，即使是微小的测量误差也可能会导致性能大幅下降。  图2.电池包电压电平与DoD。  图3.AMR通用电池和BMS架构。 为了在真实场景中说明这一点： 假设以下AMR是一个24 V系统，使用27.2 V LiFePo4电池包，其中每个电池单元充满电时的容量为3.4 V。参见图3。 此电池的常见SoC曲线如表1所示。 表1.LiFePo4电池单元和电池包电压的示例数据
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