Effizienz, Maximierung des Durchsatzes, Sicherheit und Senkung der Betriebskosten sind die Schlagworte der intelligenten, digitalisierten Fabriken und Lagerhäuser von heute. Um diese Geschäftsziele zu erreichen, automatisieren Industrieunternehmen immer mehr Prozesse und setzen mehr Robotergeräte ein, insbesondere verschiedene Arten von mobilen Robotern. Dazu gehören Geräte, wie fahrerlose Transportsysteme für den Materialtransport und andere Anwendungen, automatisierte mobile Roboter für die Auslieferung auf der letzten Meile und Rahmenkletterer in automatisierten Lagern.
Einer der Vorteile mobiler Roboter im Vergleich zu ihren menschlichen Kollegen ist die Fähigkeit, 24 Stunden am Tag zu arbeiten, ohne Pausen einlegen zu müssen. Das erfordert jedoch ein tragbares Batteriesystem, das eine kontinuierliche Leistung aufrechterhalten kann, ohne dass die Ladung zur Neige geht oder aufgrund einer Störung oder eines Ausfalls vorzeitig ausfällt.
Das unterstreicht, wie wichtig es ist, das Akkupaket eines mobilen Roboters richtig zu spezifizieren. In fast allen Fällen benötigt ein mobiler Roboter einen kundenspezifischen Akkupack, um die Anforderungen der Anwendung in Bezug auf Kapazität, Größe, Haltbarkeit und Robustheit, Spitzenleistung, Zykluslebensdauer, Temperaturtoleranz und andere Faktoren zu erfüllen. Das bedeutet, dass die Wahl des richtigen Herstellers von kundenspezifischen Akkus eine wichtige Entscheidung ist.
Batterien auf Lithiumbasis
Batterien auf Lithiumbasis sind heute die häufigste Wahl für neue Industriebatterien, da sie eine hohe Energiedichte und Kapazität haben und eine viel längere Betriebszeit zwischen den Ladevorgängen ermöglichen als jede andere Batteriechemie. In der Tat können viele Arten von Lithiumchemien in Batteriezellen verwendet werden, und die Technologie und Produktion von Batteriezellen und -paketen wird ständig weiterentwickelt, sodass die Erstausrüster von Jahr zu Jahr in den Genuss verbesserter Spezifikationen kommen.
Was sind also die neuesten Best Practices für die Spezifikation von Akkupacks und was sind die wichtigsten Überlegungen, die OEMs von mobilen Robotern heute bei der Spezifikation des Zellentyps, des Packdesigns und der Qualitätskriterien berücksichtigen sollten?
Abwägen der technischen Kompromisse
Die zunehmende Verbreitung von Lithiumchemien und von Komponenten wie z.B. Batterieladekontroll-ICs, die Lithium-Batteriepacks unterstützen, bedeutet, dass ein Roboter-OEM mit einer Reihe komplexer Kompromisse konfrontiert werden kann, die er berücksichtigen muss. Zellchemien, wie NMC (Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid), LFP (Lithium-Eisenphosphat), LTO (Lithium-Titanat), LMO (Lithium-Mangan-Oxid) und LCO (Lithium-Kobalt-Oxid) unterscheiden sich in einer Reihe von Parametern:
Energiedichte, die sich auf die Größe und das Gewicht des Batteriesatzes auswirkt
Maximale Spitzenleistung
Maximale sichere Betriebstemperatur und Anfälligkeit für thermisches Durchgehen
Zykluslebensdauer
Nominale Ausgangsspannung
Maximale Ladegeschwindigkeit
Die Entscheidung über das beste Kompromisspaket muss für jede einzelne Anwendung getroffen werden. Bei einem kleinen AGV oder AMR zum Transport leichter Lasten macht das Batteriepaket in der Regel einen großen Teil des Gesamtgewichts des Roboters aus und nimmt im Verhältnis zum Robotergehäuse viel Platz in Anspruch: Hier ist eine hohe Energiedichte eine wichtige Anforderung, um eine möglichst kleine und leichte Batterie herzustellen, eine Anforderung, die im Allgemeinen den Einsatz von NMC-Zellen erfordert.
Bei einer großen mobilen Hebebühne, die Lasten bis 1.000kg bewegen kann, trägt die Batterie hingegen nur unwesentlich zur Gesamtgröße und zum Gewicht bei. Hier ist die Energiedichte von geringer Bedeutung, sodass der Plattform-OEM stattdessen LFP-Zellen wählen könnte: Ihre Energiedichte ist mindestens ein Drittel geringer als die von NMC, aber die Zyklenlebensdauer ist viel länger – mehr als 2.000 Zyklen, verglichen mit nur 500 bis 600 Zyklen in einigen NMC-Implementierungen. LFP-Zellen können auch bei viel höheren Temperaturen als NMC sicher betrieben werden, was die Anforderungen an die Wärmeableitung, die Wärmeüberwachung und die Sicherheitsschaltungen erleichtert.
Zyklusdauer und Ladezeit sind entscheidende Parameter für viele mobile Roboter: FTS in einem intelligenten Lagerhaus z.B. können das ganze Jahr über rund um die Uhr arbeiten. Eine typische Konfiguration verwendet einen austauschbaren Akkupack, der es dem FTS ermöglicht, zu einer Ladestation zurückzukehren, um einen entladenen Akkupack zu entfernen und durch einen neu geladenen Akkupack zu ersetzen. In diesem Fall durchlaufen die Akkus kontinuierlich den Lade-/Entladevorgang. In diesem Fall müssen die Zellen im Akkupack vielen Ladezyklen und einer schnellen Aufladung standhalten, damit sie nach der Entnahme aus einem FTS im entladenen Zustand schnell wieder einsatzbereit sind.
Ein seriöser Hersteller von Akkupacks sollte in der Lage sein, detaillierte Hinweise zu diesen und allen anderen Leistungsmerkmalen jeder Lithiumchemie zu geben und die beste Wahl für die mobile Roboteranwendung des OEMs zu empfehlen.
Merkmale und Zulassungen
Die Wahl der Chemie ist nur der Anfang des Prozesses der Beschaffung des richtigen Akkupacks für einen mobilen Roboter. Die Bewertung eines Herstellers von kundenspezifischen Akkupacks wird sich normalerweise auf die Fragen der Funktionen und der Qualität konzentrieren. Der Akkupack-Hersteller sollte die Anwendung des Roboter-OEMs mit den entsprechenden Fähigkeiten und Merkmalen unterstützen. Dazu könnten gehören: