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【原创】谁来缓解AGV电量焦虑?
AGV电量 | 锂电池 文章来源自:高工机器人网
2021-03-03 09:49:32 阅读:7525
摘要充电方式和电池续航能力同等重要。

撰文 | 刘凯程

随着越来越多的AGV被部署到智能制造、智慧物流等环节,影响其作业效率的技术指标如充电方式和续航能力也逐渐受到下游客户的高度关注,AGV充电步骤是否需要人工干预、充电过程安不安全、能不能边工作边充电等等问题的答案直接决定终端企业的采购意愿和选择。

AGV产业链上由此延伸出专门为本体企业提供各类充电方式选择的厂商,上海楚山电子科技有限公司(以下简称“楚山创新”)便是其中一家,该公司为机器人和两轮电动车提供中高功率无线充电技术方案。3月1日消息,楚山创新宣布获得奇绩创坛的Pre-A+轮融资和梅花新势能的A轮融资,两轮融资共计数千万元人民币。

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据了解,得益于约九年的研发经历,楚山创新形成了由八个产品组成的产品矩阵,无缝涵盖30瓦-3000瓦及各类场景需求,其中300瓦-3000瓦功率段主要适用于AGV的无线充电,另据楚山创新官网资料,其开发的充电模块能够在20cm的距离内对设备进行千瓦级的无线充电。

楚山创新CEO郝鹏表示,公司已经与多家机器人企业建立了合作关系,2020年销售额突破2000万元人民币,为2019年同期的6倍左右,他预计2021年公司业绩还将至少有5倍增长。

无线充电近年来发展势头确实很猛,然而它并不是AGV充电方式的唯一选择,基于各类现实因素,终端客户会从多角度考量并选择合适的充电方式。

AGV该如何充电

目前市面主要有三种充电方式,分别为更换电池、自动充电和无线充电。

更换电池的方法顾名思义就是提前备好电池,当AGV电力不足时进行电池组更换。以往这种操作一般由人工执行,随着技术的发展,自动化更换成为新潮流。

海康威视推出的AGV快换装置为例,自动换电站采用模块化设计,由换电仓及电池仓两部分组成,可快速完成移动机器人电池的自动更换,全程无需人工干预,相比原先机器人充电需要1.5h,自动换电只需2min。更值得一提的是,换电过程中,机器人不断电,可保持与上层系统正常通信。换电完成后即回归工作岗位,业务无需间断。

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自动充电则是通过系统总控发出指令,让AGV自动运行至充电桩进行充电,并可根据工业应用需要设置充电百分比,完成充电后自动脱离充电桩。

自动充电也有在线通信模式,依然会保持与上端MES、WCS等系统的连接,一旦有新的任务下达,AGV就会立即进入工作状态。

目前,自动充电在市面上应用最为广泛且成熟,然而该技术并非完美。由于采用接触式充电,触点方式直流供电往往因动辄10A或更高的电流可能会产生火花甚至火弧,在工业环境中运行存在较大安全隐患。此外,由于接触式充电触头部件暴露在外面,AGV的自动充电无法在一些低温、潮湿恶劣环境工作。

而自动换电固然可以更换电池,然而更换后的电池仍需要充电,这又不可避免地需要采用触点方式。

更为重要的是,前两者均无法实现AGV在不停车的前提下快速充电,使其能够24小时不间断运行,以帮助企业提高生产作业效率。

无线充电技术的导入,成为打破僵局的关键。楚山创新便是采用磁共振技术对AGV进行充电传输。该技术将无线充电发射端和接收端的频率调整到一个较小的差异范围内,使其发生稳定共振,从而保证系统能以更高的效率,在更远的距离上传输更大的能量。

相较于大电池低频次触点充电方案,楚山创新的小电池多频次无线充电方式,不仅能降低电池成本,而且还能降低驱动电机规格。同时,机器人也能“瘦身成功”,整体重量减轻数十公斤。更值得一提的是,得益于无线充电本身对错位的冗余(即:位置没对齐也能充电),机器人归位时间能缩短了一半左右。

从市场表现来看,AGV无线充电技术之所以还没大幅度铺展开来,现阶段存在的最大问题便是设备的耗能较高,随着无线充电设备的距离和功率的增大,无用功的耗损加大。此外,标准及售后还不完善,安全性、可靠性水平都需要长期迭代与升级。作为市场一项新技术,在短期内,无线充电市场在实现真正商业化过程中面临的挑战不少。

另一种思路:提高续航

充电方式的选择毫无疑问对于AGV工作效率的提升起到显著作用,此外,从电池本身储电能力和续航角度出发,也不失为缓解AGV电量焦虑的另一种思路。

铅酸、锂电到三元材料,如何安全的提升电池的能量密度一直是AGV企业的心病之一。据高工产研锂电研究所(GGII)数据,铅酸的能量密度(瓦时每公斤)是50,铁锂在110左右,三元是200,所以三元的续航时间比铁锂高出近一倍,铁锂的续航时间又比铅酸高出一倍。

而从电池生命周期来看,铅酸的循环充电次数在500次左右,铁锂2000次以上,好的厂家能做到4000次,三元电池也能做到1500次以上。这样看来,铁锂材料似乎是更优的选择。

目前,包括海康、极智嘉、快仓、迦智、斯坦德、CSG华晓、国自、嘉腾、昆船等AGV企业的产品解决方案中,电池应用均以锂电池为主。中小AGV企业“铅改锂”的速度也在加快。

与此同时,业界还在研究如何进一步提高锂电池的使用寿命,从正负极材料、电解液、隔膜等等方面均有不同解决思路。例如,电解液能够均匀地在锂金属电池的正负极上形成保护膜,延长整个电池寿命,增加其能量输出。

既然锂电池材料如此具有优势,普通AGV和叉车AGV是否需要全部换成磷酸铁锂或是三元电池吗?目前来讲,并不尽然。

由于底盘重量和负载是呈正相关,对于重物的搬运,AGV使用重量更大的铅酸电池,反而成为了一种“落后”的优势。叉车AGV行业目前就是以铅酸电池为主流,磷酸铁锂材料还处在逐渐取代的过程。

高工机器人产业研究所(GGII)分析师张鑫表示:“在AGV电池选择方面,标称电压、峰值电压、电池内阻、自放电率、充电时间和充电方式都是需要考虑的因素。此外,集成了智能的电池管理系统后,使AGV产品的安全、灵活、高效、可靠特点更加显著。”

从市场空间来看, AGV电池领域存在较大的机会。GGII统计数据显示,预计2020年中国移动机器人市场销量规模超3.78万台,同比增速超29.09%。

此外,随着3C、新能源等行业的发展,叠加AGV的技术与应用成熟度持续提升、性价比优势持续显现等多重因素,对于AGV的需求将形成直接利好,带动产品大量出货,而作为AGV产业链上的电池,其充电方式与续航能力的优劣将直接决定产品的价值。


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