Niezbędna elektronika do kajaka wędkarskiego. Wyobraź sobie inżyniera wyposażającego kajak wędkarski na turniej: przestrzeń jest ograniczona, waga jest krytyczna, środowisko morskie jest brutalne, a awaria nie wchodzi w grę. Musisz zasilać czujniki, nawigację i napęd. Jeśli system zasilania padnie, misja dobiegnie końca.
Ten scenariusz to mikrokosmos projektowania zasilania dla mobilnego sprzętu przemysłowego, takiego jak pojazdy AGV lub przenośne urządzenia medyczne. Podstawowe wyzwania są identyczne: osiągnięcie maksymalnej wydajności i niezawodności w ścisłych granicach fizycznych.
Jako doświadczony specjalista w dziedzinie baterii, widziałem genialne projekty, które zostały sparaliżowane przez traktowanie źródła zasilania po macoszemu. To największy błąd - bateria nie jest akcesorium; to serce twojej maszyny. Korzystając z analogii do kajaka, niniejszy przewodnik ma strukturę od źródła zasilania na zewnątrz, aby pokazać, jak zbudować system, który sprawdzi się w terenie.
Akumulator lifepo4 12v 100ah
System zasilania jest ważniejszy niż główny ładunek
Zbyt często zespoły inżynierów zaczynają od głównego wydarzenia - czujnika, ramienia robota, nadajnika. Z naszego doświadczenia w pracy z klientami przemysłowymi wynika jednak, że odwrócenie tego scenariusza pozwala zaoszczędzić wiele bólu głowy. Zanim w ogóle zaczniesz myśleć o głównym ładunku, musisz zdefiniować budżet mocy.
Jakie jest całkowite obciążenie ciągłe i szczytowe? Jaki czas pracy jest bezwzględnie wymagany? Jakie są dokładne limity objętości i wagi akumulatora? Udzielenie odpowiedzi na te pytania w pierwszej kolejności zapobiega projektowaniu systemu, który wymaga baterii, która jest fizycznie zbyt duża lub ciężka. Ostatecznie źródło zasilania określa, co cała platforma może, a czego nie może zrobić.
Wielka debata: LiFePO4 vs. AGM i nowi konkurenci
Wybór składu chemicznego akumulatora to najważniejsza decyzja, jaką należy podjąć. Ma ona bezpośredni wpływ na wagę, czas pracy i całkowity koszt posiadania (TCO). W przypadku większości nowoczesnych urządzeń mobilnych rozmowa zwykle zawęża się do dwóch głównych graczy.
- LiFePO4 (fosforan litowo-żelazowy): Ta chemia jest współczesnym mistrzem i nie bez powodu. Gęstość energii jest fantastyczna, zapewniając większą moc w mniejszej, lżejszej obudowie. Waga jest ogromnym czynnikiem. Akumulator LiFePO4 może być dosłownie o połowę lżejszy od akumulatora kwasowo-ołowiowego przy tej samej gęstości energii. użyteczny pojemność. Zapewniają również przyjemną, płaską krzywą rozładowania napięcia, dzięki czemu sprzęt otrzymuje stabilną moc do samego końca. Co najważniejsze, ich cykl życia jest niesamowita - mówimy o 2 000 do 5 000 głębokich cykli. Nic dziwnego, że są one wybierane do robotów magazynowych i lekkich pojazdów elektrycznych, które ciężko pracują każdego dnia.
- AGM (Absorbent Glass Mat): Ten szczelny akumulator kwasowo-ołowiowy to niezawodny koń roboczy poprzedniej generacji. Jest wytrzymały i ma niższą cenę. Problemem jest jego waga i bardzo ograniczona pojemność użytkowa - można bezpiecznie wykorzystać tylko około połowy jego mocy znamionowej bez powodowania długotrwałych uszkodzeń. Podczas gdy nadal spotykamy je w stacjonarnych systemach UPS, ich waga nie ma sensu w przypadku nowych konstrukcji mobilnych.
Oto prosty sposób, aby spojrzeć na to w przypadku projektu przemysłowego:
| Cecha | LiFePO4 | WZA |
|---|
| Waga | Bardzo lekki | Ciężki |
| Pojemność użytkowa | 80-100% | 50-60% |
| Długość życia (cykle) | 2,000-5,000 | 300-700 |
| Koszt początkowy | Wysoki | Niski |
| Wybór eksperta | Wysokowydajny sprzęt mobilny o niewielkiej wadze | Dla stacjonarnych kopii zapasowych lub starszych systemów przy ograniczonym budżecie |
Teraz wiem, że następne pytanie często dotyczy nowych technologii, zwłaszcza Akumulator sodowo-jonowy (Na-ion). Urzędnicy ds. zamówień publicznych uwielbiają go, ponieważ surowce są tanie i obfite. W tej chwili jego gęstość energii nie dorównuje Akumulator LiFePO4co czyni go trudnym do sprzedania dla naszego kompaktowego kajaka. Ale jego imponujący profil bezpieczeństwa i fantastyczne Wydajność w ekstremalnych temperaturach sprawiają, że jest to technologia, którą warto obserwować w stacjonarnym magazynowaniu energii i niektórych urządzeniach przemysłowych, w których waga nie jest najważniejsza.
W tym miejscu pojawia się matematyka, która nie podlega negocjacjom. Jeśli wybierzesz zbyt mały rozmiar, to czas pracy okaże się porażką. Zbyt duży to strata budżetu, miejsca i wagi. Amperogodziny (Ah) to tylko miara pojemności - pomyśl o tym jak o wielkości zbiornika paliwa.
Sam wzór jest prosty: Całkowity pobór prądu przez urządzenie (A) x wymagany czas pracy (h) = wymagana pojemność (Ah).
Następnie zawsze należy dodać bufor bezpieczeństwa (20-25% to dobra zasada) i wziąć pod uwagę skład chemiczny. W przypadku akumulatora AGM należy podwoić wynik, aby uwzględnić jego pojemność użytkową 50%. W przypadku LiFePO4 obliczona liczba jest znacznie bliższa rzeczywistemu zapotrzebowaniu.
- Przeanalizujmy liczby: Załóżmy, że matryca czujników pobiera 0,7 A i musi działać przez pełne 24 godziny.
0,7A x 24h = 16,8 Ah.- Z buforem 20%:
16,8 x 1,2 = 20,16 Ah.
- Można wyspecyfikować Akumulator LiFePO4 12V 20Ah. Aby uzyskać taką samą wydajność z AGM, należałoby użyć znacznie cięższego akumulatora 40 Ah.
Poziom 1: Systemy, które "trzeba mieć" (podstawowe obciążenie operacyjne)
Potraktuj to jako podstawę - komponenty, których twój sprzęt potrzebuje, aby wykonać swoje podstawowe zadanie.
1. Echosonda / ploter nawigacyjny: Podstawowy czujnik i jednostka sterująca
Jest to dobry zamiennik dla podstawowego obciążenia operacyjnego. Jest to LIDAR na AGV, pakiet telemetryczny na dronie lub główny procesor w narzędziu diagnostycznym. Komponenty te mają zwykle niski, ale stały pobór mocy i wymagają czystego, stabilnego napięcia. Mały, dedykowany akumulator LiFePO4 12V 10-20Ah to sprytny sposób na odizolowanie tej wrażliwej elektroniki od elektrycznego "hałasu" większych silników.
2. Radio VHF lub PLB: krytyczny system bezpieczeństwa i komunikacji
W przypadku każdego autonomicznego lub zdalnego systemu, kuloodporne łącze komunikacyjne nie podlega negocjacjom. Może to być modem komórkowy, lokalizator GPS lub kontroler odporny na awarie. Wiele z nich ma małe wewnętrzne baterie, ale prawdziwie profesjonalny projekt obejmuje niezawodny port USB klasy morskiej, aby zapewnić ich ciągłe uzupełnianie. Wszystko sprowadza się do redundancji.
Poziom 2: Systemy zmieniające reguły gry (duże zapotrzebowanie i obciążenia dodatkowe)
Są to komponenty, które przenoszą wydajność sprzętu na wyższy poziom. Są one również najbardziej głodne mocy.
1. Silnik trollingowy: Napęd lub system o dużej mocy
Jest to bezpośrednia analogia dla każdego systemu o dużym poborze prądu: silnika napędowego w ROV, ciężkiego ramienia robota lub pompy hydraulicznej. Te urządzenia mogą pobierać 30-50 amperów lub więcej podczas pracy.
Szczerze mówiąc, w tym przypadku LiFePO4 nie jest już luksusem - to wymóg. Próba zasilania takiego systemu za pomocą AGM w aplikacji mobilnej doprowadzi tylko do frustracji. Pod obciążeniem wystąpią ogromne spadki napięcia, a żywotność akumulatora zostanie zniszczona. Dedykowany Akumulator LiFePO4 12V lub 24V 50Ah-100Ah jest tutaj standardem branżowym, zbudowanym w celu zapewnienia trwałej mocy, której potrzebują te systemy.
2. Oświetlenie nawigacyjne i porty USB: Systemy pomocnicze i serwisowe
Nie przejmuj się drobiazgami, ale też o nich nie zapominaj. Wskaźniki LED, wentylatory chłodzące, porty serwisowe - wszystko to się sumuje. Oto profesjonalna wskazówka: zintegruj wodoodporny port USB, który ma wbudowany wyświetlacz woltomierza. Jest to tani i niezwykle skuteczny sposób dla technika terenowego, aby uzyskać natychmiastowy odczyt stanu naładowania systemu i ogólnego stanu zdrowia.
Prosty i bezpieczny plan integracji
Posiadanie najlepszych komponentów niewiele znaczy, jeśli nie są one ze sobą odpowiednio połączone. Wewnątrz każdej baterii litowej System zarządzania akumulatorem (BMS) jest mózg, chroniący komórki. Ale zewnętrzne okablowanie jest w twoim zespole.
Lista kontrolna olinowania:
- Zacznij od obudowy o stopniu ochrony IP: Chroń swoją baterię przed czynnikami zewnętrznymi. Jest to siła napędowa systemu.
- Nigdy nie pomijaj bloku bezpieczników: To nie jest opcjonalne. Jest to najważniejsze urządzenie zabezpieczające, które chroni kosztowną elektronikę przed skokami napięcia.
- Nalegać na cynowany przewód klasy morskiej: Korozja to cichy zabójca systemów elektrycznych. Cynowany przewód miedziany jest niezbędny w każdym środowisku, które nie jest idealnie klimatyzowane.
- Wodoodporne każde połączenie: Używaj złączy termokurczliwych. Woda i elektryczność nie są przyjaciółmi.
- Zaplanuj możliwość serwisowania: Okablowanie powinno być uporządkowane i oznaczone. Czysta konstrukcja dziesięciokrotnie ułatwia rozwiązywanie problemów w przyszłości.
FAQ
Czy mogę zasilać nasz silnik o dużym poborze mocy i wrażliwą elektronikę sterującą z tego samego akumulatora?
O: To często zadawane pytanie. Podczas puszka Jest to jednak konfiguracja, którą zdecydowanie odradzamy. Silniki o dużym poborze prądu wytwarzają mnóstwo szumów elektrycznych i tętnień napięcia, które mogą powodować nieprawidłowe działanie wrażliwych sterowników i czujników. Profesjonalnym podejściem jest użycie dwóch baterii: dużej dla "brudnego" obciążenia silnika i mniejszej, izolowanej dla "czystej" elektroniki.
Co jeśli nasz sprzęt pracuje w ujemnych temperaturach? Jak to wpłynie na LiFePO4?
O: Jest to kluczowa kwestia projektowa. Nie można opłata standardowego akumulatora LiFePO4 poniżej zera (0°C / 32°F) bez powodowania trwałych uszkodzeń. Do zastosowań w niskich temperaturach należy wybrać akumulator z wbudowanymi elementami grzewczymi. System BMS automatycznie wykorzystuje niewielką część własnej mocy akumulatora do ogrzania ogniw do bezpiecznej temperatury przed rozpoczęciem ładowania.
Jak prawidłowo naładować system akumulatorów LiFePO4 w naszym zakładzie?
O: Należy używać ładowarki zaprojektowanej specjalnie dla LiFePO4 (z profilem CC/CV). Jeśli użyjesz standardowej ładowarki kwasowo-ołowiowej, w najlepszym przypadku nie naładujesz w pełni akumulatora, a w najgorszym uszkodzisz ogniwa lub system BMS. Ładowarkę należy zawsze dobierać do rodzaju akumulatora.
Czy wyższy koszt początkowy LiFePO4 jest naprawdę wart swojej ceny w porównaniu do AGM?
O: Patrząc na całkowity koszt posiadania (TCO), odpowiedź brzmi: tak. Akumulator LiFePO4 może kosztować dwa lub trzy razy więcej z góry, ale zapewnia od pięciu do dziesięciu razy dłuższą żywotność. Oznacza to, że akumulator AGM można wymienić pięć razy, zanim oryginalny akumulator LiFePO4 zacznie się zużywać. Biorąc pod uwagę wzrost wydajności wynikający z mniejszej masy i mniejszej liczby zgłoszeń serwisowych, zwrot z inwestycji w LiFePO4 jest oczywisty.
Wnioski
Więc, co jest najważniejsze? Budowa prawdziwie niezawodnego mobilnego systemu zasilania - czy to dla kajaka wędkarskiego, czy robota przemysłowego - sprowadza się do kilku podstawowych idei. Traktuj system zasilania jak fundament. Wybierz odpowiednią chemię dla danej misji, a dla większości dzisiejszych zadań mobilnych będzie to LiFePO4. Dobierz odpowiedni rozmiar i zintegruj go z myślą o bezpieczeństwie i łatwości serwisowania.
Inwestycja w dobrze zaprojektowany system zasilania to nie tylko pozycja na liście BOM. To inwestycja w wydajność i reputację produktu. Dzięki temu sprzęt za każdym razem spełnia swoje zadanie.
Jeśli chcesz zaprojektować system zasilania, który nie zawiedzie w terenie, Skontaktuj się z nami. Możemy przeanalizować specyficzne wymagania następnego projektu i opracować rozwiązanie, które będzie trwałe.