Základní elektronika, kterou potřebujete pro svou rybářskou výbavu na kajaku. Představte si inženýra, který vybavuje rybářský kajak na turnaj: prostor je omezený, váha kritická, prostředí slané vody brutální a selhání nepřipadá v úvahu. Napájíte senzory, navigaci a pohon. Pokud váš napájecí systém selže, vaše mise skončila.
Tento scénář je mikrokosmem návrhu napájení průmyslových mobilních zařízení, jako jsou AGV nebo přenosné zdravotnické přístroje. Základní úkoly jsou totožné: dosáhnout maximálního výkonu a spolehlivosti v rámci omezených fyzikálních limitů.
Jako zkušený odborník na baterie jsem viděl skvělé konstrukce, které byly zničeny tím, že se zdroj energie považoval za vedlejší. To je největší chyba - baterie není příslušenství, je to srdce vašeho stroje. Tento průvodce je strukturován od zdroje energie směrem ven a ukáže vám, jak vytvořit systém, který bude fungovat v terénu.
12V 100ah lifepo4 baterie
Váš napájecí systém je důležitější než vaše primární užitečné zatížení
Inženýrské týmy příliš často začínají s hlavní událostí - senzorem, robotickým ramenem, vysílačem. Z našich zkušeností s průmyslovými klienty však víme, že když tento scénář obrátíme, ušetříme si spoustu bolesti hlavy. Ještě předtím, než začnete přemýšlet o hlavním užitečném zatížení, musíte definovat své rozpočet na energii.
Jaké je celkové trvalé a špičkové zatížení? Jakou dobu provozu nezbytně potřebujete? Jaké jsou přesné limity objemu a hmotnosti, které můžete dát akumulátoru? Odpovědi na tyto otázky vám nejprve zabrání navrhnout systém, který potřebuje fyzicky příliš velký nebo těžký akumulátor. Nakonec zdroj energie definuje, co celá vaše platforma dokáže a co ne.
Velká debata: LiFePO4 vs. AGM a noví soupeři
Výběr chemického složení baterie je nejdůležitějším rozhodnutím, které učiníte. Má přímý vliv na hmotnost, dobu provozu a celkové náklady na vlastnictví (TCO). U většiny moderních mobilních zařízení se diskuse obvykle zužuje na dva hlavní hráče.
- LiFePO4 (lithium-železo-fosfát): Tato chemie je moderním šampionem, a to z dobrého důvodu. Její energetická hustota je fantastická a poskytuje vám větší výkon v menší a lehčí krabičce. Hmotnost je obrovským faktorem. Sada LiFePO4 může mít doslova méně než poloviční hmotnost než olověný akumulátor se stejnou kapacitou. použitelný kapacitu. Poskytují také pěknou, plochou křivku vybíjecího napětí, takže vaše zařízení bude mít stabilní výkon až do konce. A co je nejdůležitější, jejich životnost cyklu je neuvěřitelná - mluvíme o 2 000 až 5 000 hlubokých cyklech. Není divu, že se hodí pro skladové roboty a lehká elektrická vozidla, která jsou každý den vystavena tvrdé práci.
- AGM (Absorbent Glass Mat): Představte si tento uzavřený olověný akumulátor jako spolehlivého pracovního koně předchozí generace. Je odolný a má nižší cenu. Problémem je její hmotnost a velmi omezená využitelná kapacita - můžete bezpečně využívat jen asi polovinu jejího jmenovitého výkonu, aniž by došlo k dlouhodobému poškození. Zatímco ve stacionárních systémech UPS se s nimi stále setkáváme, pro nové mobilní konstrukce prostě nemá hmotnostní postih smysl.
Zde je jednoduchý způsob, jak se na to podívat u průmyslového projektu:
| Funkce | LiFePO4 | AGM |
|---|
| Hmotnost | Velmi lehké | Těžké |
| Využitelná kapacita | 80-100% | 50-60% |
| Délka života (cykly) | 2,000-5,000 | 300-700 |
| Počáteční náklady | Vysoká | Nízká |
| Výběr odborníka | Pro vysoce výkonná mobilní zařízení citlivá na hmotnost | Pro stacionární zálohování nebo starší systémy s omezeným rozpočtem |
Vím, že další otázka se často týká nově vznikajících technologií, zejména. Sodíkovo-iontová baterie (Na-iont). Pracovníci veřejných zakázek ji milují, protože suroviny jsou levné a je jich dostatek. V současné době se jeho energetická hustota nevyrovná energetické hustotě Baterie LiFePO4, což je pro náš kompaktní kajak těžký oříšek. Ale jeho působivý bezpečnostní profil a fantastický výkon při extrémních teplotách je to technologie, kterou je třeba sledovat pro stacionární skladování energie a některá průmyslová zařízení, kde hmotnost není na prvním místě.
Tady přichází na řadu matematika, která je neoddiskutovatelná. Pokud je příliš malý, doba běhu je neúnosná. Když bude příliš velký, promarníte rozpočet, prostor i hmotnost. Ampérhodiny (Ah) jsou jen měřítkem kapacity - představte si je jako velikost palivové nádrže.
Samotný vzorec je jednoduchý: Celkový odběr zařízení (A) x požadovaná doba provozu (h) = požadovaná kapacita (Ah)
Pak vždy přidejte bezpečnostní rezervu (20-25% je dobré pravidlo) a zvažte chemii. U baterie AGM budete muset výsledek zdvojnásobit, abyste zohlednili její využitelnou kapacitu 50%. U LiFePO4 je vypočtené číslo mnohem blíže tomu, co skutečně potřebujete.
- Podívejme se na čísla: Řekněme, že soustava senzorů odebírá 0,7 A a musí běžet celých 24 hodin.
0,7 A x 24h = 16,8 Ah.- S vyrovnávací pamětí 20%:
16,8 x 1,2 = 20,16 Ah.
- Spekulujte o tom. 12V 20Ah baterie LiFePO4. Abyste dosáhli stejného výkonu s AGM, museli byste použít mnohem těžší 40Ah baterii.
Úroveň 1: Systémy, které musíte mít (základní provozní zátěž)
Představte si to jako základní součástky, které vaše zařízení potřebuje k tomu, aby mohlo vykonávat svou primární práci.
1. Vyhledávač ryb / mapovač: Váš primární snímač a řídicí jednotka
To je dobrý zástupce vaší hlavní provozní zátěže. Je to LIDAR na AGV, telemetrický balíček na dronu nebo hlavní procesor v diagnostickém nástroji. Tyto komponenty mají obvykle nízký, ale stálý odběr energie a vyžadují čisté, stabilní napětí. Malá, vyhrazená 12V baterie LiFePO4 s kapacitou 10-20 Ah je chytrý způsob, jak izolovat tuto citlivou elektroniku od elektrického "šumu" větších motorů.
2. Vysílačka VHF nebo PLB: váš kritický bezpečnostní a komunikační systém
Pro každý autonomní nebo vzdálený systém je neprůstřelné komunikační spojení nepostradatelné. Může to být mobilní modem, GPS tracker nebo řídicí jednotka odolná proti selhání. Mnohé z nich mají malé interní baterie, ale skutečně profesionální konstrukce zahrnuje spolehlivý port USB námořní třídy, který zajistí, že budou neustále dobíjeny. Vše je o redundanci.
Úroveň 2: Systémy, které mění pravidla hry (vysoce náročné a pomocné zátěže)
Jedná se o komponenty, které posunou výkon vašeho zařízení na vyšší úroveň. Jsou také bezpodmínečně nejhladovější po výkonu.
1. Trollingový motor: Váš pohonný systém nebo systém s vysokým výkonem
To je přímá analogie pro jakýkoli systém s velkým odběrem: hnací motor na ROV, těžké robotické rameno nebo hydraulické čerpadlo. Tyto věci mohou při práci odebírat 30-50 A nebo více.
Upřímně řečeno, v tomto případě už LiFePO4 není luxus - je to nutnost. Snaha napájet takový systém pomocí AGM v mobilní aplikaci povede pouze k frustraci. Při zatížení dojde k obrovskému poklesu napětí a zničíte životnost baterie. Vyhrazený 12V nebo 24V baterie LiFePO4 50Ah-100Ah je zde průmyslovým standardem, který je konstruován tak, aby poskytoval trvalý výkon, který tyto systémy potřebují.
2. Navigační světla a porty USB: Pomocné a servisní systémy
Neřešte maličkosti, ale ani na ně nezapomínejte. Kontrolky LED, ventilátory chlazení, servisní porty - to vše se sčítá. Zde je profesionální tip: integrujte vodotěsný port USB, který má přímo v sobě zabudovaný displej voltmetru. Je to levný a neuvěřitelně efektivní způsob, jak může technik v terénu okamžitě zjistit stav nabití a celkový stav systému.
Jednoduchý a bezpečný plán integrace
Nejlepší komponenty neznamenají mnoho, pokud nejsou správně zapojeny. Uvnitř každé lithiové baterie je Systém správy baterií (BMS) je mozek, který chrání buňky. Ale vnější zapojení je na vašem týmu.
Kontrolní seznam pro upevnění:
- Začněte s krytem s krytím IP: Chraňte baterii před povětrnostními vlivy. Je to životní síla vašeho systému.
- Nikdy nevynechávejte pojistkový blok: To není volitelné. Je to nejdůležitější bezpečnostní zařízení, které chrání vaši drahou elektroniku před přepětím.
- Trvejte na pocínovaném vodiči námořní kvality: Koroze je tichým zabijákem elektrických systémů. Měděný pocínovaný vodič je nezbytný pro každé prostředí, které není dokonale klimatizované.
- Vodotěsnost každého připojení: Používejte teplem smrštitelné konektory. Voda a elektřina nejsou přátelé.
- Plánujte provozuschopnost: Udržujte kabeláž přehlednou a označenou. Čistá sestava vám v budoucnu desetkrát usnadní řešení problémů.
ČASTO KLADENÉ DOTAZY
Mohu provozovat náš motor s vysokým odběrem a citlivou řídicí elektroniku ze stejného akumulátoru?
Odpověď: Je to častá otázka. Zatímco vy může je to nastavení, které důrazně nedoporučujeme. Motory s vysokým odběrem vytvářejí spoustu elektrického šumu a zvlnění napětí, které mohou způsobit, že citlivé regulátory a snímače se budou chovat nevyzpytatelně. Profesionální přístup spočívá v použití dvou baterií: velké pro "špinavou" zátěž motoru a menší, izolované pro "čistou" elektroniku.
Co když naše zařízení pracuje při teplotách pod bodem mrazu? Jak to ovlivní LiFePO4?
Odpověď: To je důležitý aspekt návrhu. Nemůžete nabíjení standardní baterie LiFePO4 pod bodem mrazu (0 °C), aniž by došlo k jejímu trvalému poškození. Pro použití v chladném počasí je nutné specifikovat akumulátor s vestavěnými topnými prvky. Systém BMS automaticky využívá malou část vlastního výkonu baterie k zahřátí článků na bezpečnou teplotu před zahájením nabíjení.
Jak správně nabíjet bateriový systém LiFePO4 v našem zařízení?
Odpověď: Musíte použít nabíječku určenou speciálně pro LiFePO4 (s profilem CC/CV). Pokud použijete standardní olověnou nabíječku, v lepším případě se vám nepodaří baterii plně nabít a v horším případě poškodíte články nebo BMS. Vždy přizpůsobte nabíječku chemickému složení.
Vyplatí se vyšší počáteční náklady na LiFePO4 než na AGM?*
Odpověď: Když se podíváte na celkové náklady na vlastnictví (TCO), odpověď je jednoznačně ano. Baterie LiFePO4 může stát dvakrát až třikrát více, ale má pětkrát až desetkrát delší životnost. To znamená, že baterii AGM můžete vyměnit pětkrát dříve, než původní sada LiFePO4 začne degenerovat. Když k tomu připočtete zvýšení výkonu díky nižší hmotnosti a snížení počtu servisních zásahů, je návratnost investice do LiFePO4 jasná.
Závěr
Jaký je tedy výsledek? Vytvoření skutečně spolehlivého mobilního napájecího systému - ať už pro rybářský kajak, nebo průmyslového robota - spočívá v několika základních myšlenkách. K napájecímu systému přistupujte jako k základu. Zvolte správnou chemii pro danou misi a pro většinu mobilních úloh to dnes bude LiFePO4. Správně jej dimenzujte a integrujte s ohledem na bezpečnost a provozuschopnost.
Investice do dobře navrženého napájecího systému není jen položkou v kusovníku. Je to investice do výkonu a pověsti vašeho výrobku. Je to to, co zajistí, že vaše zařízení pokaždé odvede svou práci.
Pokud jste připraveni navrhnout napájecí systém, který v provozu nezklame, Kontaktujte nás. Můžeme s vámi probrat konkrétní požadavky vašeho příštího projektu a navrhnout řešení, které vydrží.