A kajakhorgászathoz szükséges alapvető elektronika. Képzeljünk el egy mérnököt, aki egy horgász kajakot szerel fel egy versenyre: a hely szűkös, a súly kritikus, a sósvízi környezet brutális, és a hiba nem opció. Érzékelőket, navigációt és meghajtást kell ellátnia. Ha az energiarendszered leáll, a küldetésednek vége.
Ez a forgatókönyv az ipari mobil berendezések, például AGV-k vagy hordozható orvosi eszközök energiaellátásának tervezésének mikrokozmosza. Az alapvető kihívások azonosak: maximális teljesítmény és sziklaszilárd megbízhatóság elérése szűk fizikai korlátok között.
Mint veterán akkumulátorspecialista, láttam már olyan briliáns terveket, amelyeket az energiaforrás utólagos kezelésével megnyomorítottak. Ez a legnagyobb hiba - az akkumulátor nem tartozék, hanem a gép szíve. A kajak analógiáját használva ez az útmutató az áramforrástól kifelé haladva mutatja be, hogyan építsen olyan rendszert, amely a terepen is teljesít.
12v 100ah lifepo4 akkumulátor
Az Ön energiarendszere fontosabb, mint az elsődleges hasznos teher
A mérnöki csapatok túl gyakran kezdik a fő eseményt - az érzékelőt, a robotkart, az adót. Az ipari ügyfelekkel való együttműködés tapasztalatai alapján azonban a forgatókönyv megfordítása sok fejfájástól kíméli meg az embert. Mielőtt még az elsődleges hasznos teherre gondolna, meg kell határoznia a energiafelhasználás.
Mekkora a teljes folyamatos és csúcsterhelés? Milyen üzemidőre van feltétlenül szüksége? Milyen pontos térfogat- és súlyhatárokat adhat az akkumulátorcsomagnak? Ha előbb megválaszolja ezeket a kérdéseket, elkerülheti, hogy olyan rendszert tervezzen, amelyhez fizikailag túl nagy vagy túl nehéz akkumulátorra van szüksége. Végső soron az áramforrás határozza meg, hogy az egész platform mit tud és mit nem.
A nagy vita: LiFePO4 vs. AGM és az új versenytársak
Az akkumulátor kémiai összetételének megválasztása a legkritikusabb döntés, amelyet meg kell hoznia. Ez közvetlenül befolyásolja a súlyt, az üzemidőt és a teljes üzemeltetési költséget (TCO). A legtöbb modern mobil berendezés esetében a beszélgetés általában két fő szereplőre szűkül.
- LiFePO4 (lítiumvas-foszfát): Ez a kémia a modern bajnok, és nem véletlenül. Energiasűrűsége fantasztikus, nagyobb teljesítményt biztosít egy kisebb, könnyebb dobozban. A súly hatalmas tényező. Egy LiFePO4 csomag szó szerint kevesebb, mint feleannyi súlyú lehet, mint egy ólom-sav akkumulátor, ugyanolyan teljesítmény mellett. használható kapacitás. Emellett szép, lapos feszültségkisülési görbét biztosítanak, így a berendezés a végsőkig egyenletes teljesítményt kap. A legfontosabb, hogy a ciklus élettartama hihetetlen - 2000-5000 mély ciklusról beszélünk. Nem csoda, hogy a raktárrobotok és a könnyű EV-k, amelyek minden egyes nap keményen dolgoznak, a legjobb választásnak bizonyulnak.
- AGM (Abszorbens üvegszőnyeg): Gondoljon erre a zárt ólom-sav akkumulátorra úgy, mint egy korábbi generáció megbízható munkagépére. Kemény és alacsonyabb árcédulával rendelkezik. A probléma a súlya és a nagyon korlátozott felhasználható kapacitása - a névleges teljesítményének csak körülbelül a felét használhatja biztonságosan anélkül, hogy hosszú távú károkat okozna. Bár még mindig találkozhatunk velük a helyhez kötött UPS-rendszerekben, a súlycsökkentésnek egyszerűen nincs értelme az új mobil konstrukciókban.
Itt van egy egyszerű módja annak, hogy egy ipari projekt esetében nézzük meg a dolgot:
| Jellemző | LiFePO4 | AGM |
|---|
| Súly | Nagyon könnyű | Nehéz |
| Használható kapacitás | 80-100% | 50-60% |
| Élettartam (ciklusok) | 2,000-5,000 | 300-700 |
| Előzetes költség | Magas | Alacsony |
| Szakértő választása | Nagy teljesítményű, súlyérzékeny mobil berendezésekhez | Helyhez kötött biztonsági mentésekhez vagy régi rendszerekhez szűkös költségvetés mellett |
Tudom, hogy a következő kérdés gyakran a feltörekvő technológiákkal kapcsolatos, különösen a Nátrium-ion akkumulátor (Na-ion). A beszerzési tisztviselők szeretik, mert a nyersanyagok olcsók és bőségesek. Jelenleg az energiasűrűsége nem éri el a LiFePO4 akkumulátor, így a kompakt kajakunk nehezen eladható. De lenyűgöző biztonsági profilja és fantasztikus szélsőséges hőmérsékleti teljesítmény olyan technológiává teszi, amelyet érdemes figyelni a helyhez kötött energiatárolás és bizonyos ipari berendezések esetében, ahol a súly nem az első számú szempont.
Ez az a pont, ahol a matematika jön a képbe, és ez nem tárgyalható. Ha túl kicsi, akkor a futási időd csődöt mond. Ha túl nagy, akkor elpazarolja a költségvetést, a helyet és a súlyt. Az amperórák (Ah) csak a kapacitás mértékegysége - gondoljon rá úgy, mint az üzemanyagtartály méretére.
Maga a képlet egyszerű: x szükséges üzemidő (h) = szükséges kapacitás (Ah).
Ezután mindig adjon hozzá egy biztonsági puffert (20-25% egy jó ökölszabály), és vegye figyelembe a kémiát. Egy AGM akkumulátor esetében meg kell dupláznia az eredményt, hogy figyelembe vegye az 50% hasznos kapacitást. LiFePO4 esetén a kiszámított szám sokkal közelebb van ahhoz, amire ténylegesen szüksége van.
- Nézzük a számokat: Tegyük fel, hogy egy érzékelőtömb 0,7A-t fogyaszt, és 24 órán keresztül kell működnie.
0,7A x 24h = 16,8 Ah.- 20% pufferrel:
16,8 x 1,2 = 20,16 Ah.
- Egy speciális 12V 20Ah LiFePO4 akkumulátor csomag. Ahhoz, hogy ugyanezt a teljesítményt AGM akkumulátorral érje el, egy sokkal nehezebb 40Ah-s akkumulátort kell keresnie.
Tier 1: A "kötelezően szükséges" rendszerek (alapvető működési terhelés)
Gondoljon erre úgy, mint az alapvonalra - az összetevőkre, amelyekre a berendezésnek szüksége van ahhoz, hogy elvégezze elsődleges feladatát.
1. A halkereső / térképrajzoló: Az elsődleges érzékelő és vezérlőegység
Ez egy jó helyettesítője az alapvető működési terhelésnek. Ez a LIDAR az AGV-n, a telemetriai csomag egy drónon, vagy a fő processzor egy diagnosztikai eszközben. Ezeknek az alkatrészeknek általában alacsony, de állandó áramfelvételük van, és tiszta, stabil feszültséget igényelnek. Egy kis, dedikált 12V-os 10-20Ah LiFePO4 akkumulátor okos módja annak, hogy ezeket az érzékeny elektronikákat elszigeteljük a nagyobb motorok elektromos "zajától".
2. VHF rádió vagy PLB: az Ön kritikus biztonsági és kommunikációs rendszere
Bármely autonóm vagy távoli rendszer esetében a golyóálló kommunikációs kapcsolat nem tárgyalható. Ez lehet egy mobilmodem, egy GPS nyomkövető vagy egy hibabiztos vezérlő. Sokan rendelkeznek kis belső akkumulátorral, de az igazán professzionális kialakítás megbízható, tengeri minőségű USB-portot is tartalmaz, amely biztosítja a feltöltést. Minden a redundanciáról szól.
2. szint: "Játékváltó" rendszerek (nagy igényű és kiegészítő terhelések)
Ezek azok az alkatrészek, amelyek a berendezés teljesítményét a következő szintre emelik. Ezek egyben a legéhesebbek az energiára.
1. A pergetőmotor: A meghajtás vagy a nagy hajtóerővel rendelkező rendszer
Ez a közvetlen analógia bármely nagy igénybevételű rendszerhez: egy ROV meghajtómotorja, egy nehéz robotkar vagy egy hidraulikus szivattyú. Ezek a dolgok 30-50 Ampert vagy annál is többet húzhatnak, amikor munkához látnak.
Őszintén szólva, ez az a pont, ahol a LiFePO4 már nem luxus, hanem követelmény. Ha egy ilyen rendszert AGM-mel próbálsz működtetni egy mobil alkalmazásban, az csak frusztrációhoz vezet. Terhelés alatt masszív feszültségcsökkenés lesz, és tönkreteszi az akkumulátor élettartamát. Egy dedikált 12V vagy 24V 50Ah-100Ah LiFePO4 akkumulátorcsomag az iparági szabvány, amelyet úgy építettek, hogy az ilyen rendszerek számára szükséges tartós teljesítményt biztosítsa.
2. Navigációs lámpák és USB-csatlakozók: Kiegészítő és szervizrendszerek
Ne izgulj az apróságokon, de ne is feledkezz meg róluk. Jelző LED-ek, hűtőventilátorok, szervizportok - ezek mind-mind összeadódnak. Íme egy profi tipp: építsen be egy vízálló USB-portot, amelybe egy feszültségmérő kijelzőt is beépítettek. Ez egy olcsó és hihetetlenül hatékony módja annak, hogy a helyszíni technikusok azonnal leolvashassák a rendszer töltöttségi állapotát és általános állapotát.
Egyszerű, biztonságos integrációs terv
A legjobb alkatrészek nem sokat jelentenek, ha nincsenek megfelelően összekötve. Bármely lítium akkumulátor belsejében a Akkumulátor-kezelő rendszer (BMS) az agy, amely védi a sejteket. De a külső vezetékek a te csapatodban vannak.
A kötélzet ellenőrzési listája:
- Kezdje egy IP-besorolású házzal: Védje az akkumulátort az elemektől. Ez a rendszer éltető eleme.
- Soha ne hagyja ki a biztosítékblokkot: Ez nem opcionális. Ez az egyetlen legfontosabb biztonsági eszköz, amely megvédi drága elektronikáját a túlfeszültségtől.
- Ragaszkodjon az ónozott tengeri minőségű vezetékhez: A korrózió az elektromos rendszerek csendes gyilkosa. Az ónozott rézhuzal elengedhetetlen minden olyan környezetben, ahol nem tökéletesen szabályozott a klíma.
- Vízálló minden csatlakozás: Használjon hővezető csatlakozókat. A víz és az elektromosság nem barátok.
- Tervezze meg a szervizelhetőséget: Tartsa rendben és címkézve a vezetékeket. A tiszta felépítés tízszer könnyebbé teszi a későbbi hibaelhárítást.
GYIK
Futtathatom a nagy fogyasztású motorunkat és az érzékeny vezérlőelektronikát ugyanarról az akkumulátorcsomagról?
V: Ez egy gyakori kérdés. Míg Ön lehet Ha ezt teszi, akkor ez egy olyan beállítás, amit erősen ellenzünk. A nagy fogyasztású motorok rengeteg elektromos zajt és feszültséghullámzást okoznak, amelyek az érzékeny vezérlőket és érzékelőket szabálytalanul viselkedhetnek. A professzionális megközelítés két akkumulátor használata: egy nagy akkumulátor a "piszkos" motorterheléshez és egy kisebb, elszigetelt akkumulátor a "tiszta" elektronikához.
Mi történik, ha a berendezésünk fagyos hőmérsékleten működik? Hogyan hat ez a LiFePO4-re?
V: Ez egy kritikus tervezési szempont. Nem lehet díj egy szabványos LiFePO4 akkumulátor fagypont alatti (0°C / 32°F) hőmérsékleten, anélkül, hogy maradandó károsodást okozna. Hideg időjárási alkalmazásokhoz beépített fűtőelemekkel ellátott akkumulátorcsomagot kell választania. A BMS automatikusan felhasználja az akkumulátor saját energiájának egy kis részét, hogy a töltés megkezdése előtt biztonságos hőmérsékletre melegítse a cellákat.
Hogyan tölthetjük fel megfelelően a LiFePO4 akkumulátor-rendszert a létesítményünkben?
V: Kifejezetten LiFePO4 töltőt kell használnia (CC/CV profillal). Ha szabványos ólomsavas töltőt használ, akkor a legjobb esetben nem tölti fel teljesen az akkumulátort, a legrosszabb esetben pedig károsítja a cellákat vagy a BMS-t. A töltőt mindig a kémiai összetételhez igazítsa.
A LiFePO4 magasabb kezdeti költségei tényleg megéri az AGM-hez képest?*
V: Ha a teljes tulajdonlási költséget (TCO) nézzük, a válasz egy határozott igen. A LiFePO4 akkumulátor lehet, hogy két-háromszor annyiba kerül, de öt-tízszer hosszabb élettartamot biztosít. Ez azt jelenti, hogy egy AGM-akkumulátort ötször is lecserélhet, mielőtt az eredeti LiFePO4-akkumulátor elkezdene leépülni. Ha ehhez hozzávesszük a kisebb súlyból és a kevesebb szervizhívásból származó teljesítménynövekedést, a LiFePO4 megtérülése egyértelmű.
Következtetés
Szóval, mi a lényeg? Egy igazán megbízható mobil energiaellátó rendszer kiépítése - legyen szó akár egy horgászkajakról, akár egy ipari robotról - néhány alapvető ötletre épül. Tekintse az energiarendszert alapnak. Válassza ki a küldetéshez megfelelő vegyszert, és ez a legtöbb mobil feladat esetében ma a LiFePO4 lesz. Méretezze ki megfelelően, és építse be a biztonság és a szervizelhetőség szem előtt tartásával.
Egy jól megtervezett energiarendszerbe való befektetés nem csak egy tétel a BOM-on. Ez egy befektetés a termék teljesítményébe és hírnevébe. Ez biztosítja, hogy berendezései minden egyes alkalommal jól végzik a munkájukat.
Ha készen áll arra, hogy olyan energiarendszert tervezzen, amely nem fog meghibásodni a terepen, Kapcsolatfelvétel. Átnézhetjük a következő projektjének különleges igényeit, és olyan megoldást tervezhetünk, amely tartósan megmarad.