AGVバッテリー選択ガイド: 電圧、容量、充電要件
過去 3 年間で、バッテリーの選択が正しいよりも間違っている AGV プロジェクトの方が多くなりました。クライアントに技術的知識が欠けているからではなく、サプライヤーが提供する仕様書は実際の意思決定には基本的に役に立たないからです。 2 つのバッテリーはどちらも 48V 100Ah と表示されており、一方の価格は他方の 3 倍です。違いは何ですか?それがこのガイドの内容です。
電圧の選択
AGV ベンダーは、車両には 48V が必要だと言うので、48V バッテリーを買いに行きます。単純そうに思えます。そうではありません。
まずは基礎物理学。
電力は電圧と電流の積に等しい。 5000W を出力するには、48V システムは 104A、36V システムは 139A、24V システムは 208A を消費します。電流が大きくなると、ケーブルが太くなり、コンタクタの摩耗が速くなり、コネクタ内の熱が増加します。 48V を使用できる場所で 24V を使用すると、将来的に問題が発生します。
しかし、実際のプロジェクトはそれほど単純ではありません。私たちは昨年、当初仕様の 48V LFP で冷蔵倉庫プロジェクトを実施しました。テスト中、低温時に内部抵抗が急上昇し、充電保護が作動し続けました。 36Vに切り替えました。紙の上では効率は劣りますが、信頼性はあります。冷凍庫環境では、常に信頼性が効率を上回ります。
電圧選択に関する私のルール:
24V
24V は、500kg 未満の負荷、電力需要が 2kW 未満、予算が限られている場合に機能します。正直なところ、クライアントから特に要求されない限り、24V を推奨することはほとんどありません。
48V
48V はほとんどの倉庫用 AGV をカバーします。 1 ～ 2.5 トンの荷重を処理し、成熟した充電インフラストラクチャを備え、最も幅広いサプライヤーの選択肢を備えています。特別なことが起こっていない場合のデフォルトの選択。
72V+
72V および 80V は、大型フォークリフト、港湾設備、屋外運搬車用です。 Samsung SDI は、おそらくディーゼルの性能に匹敵する 10 トン電動フォークリフト用の 94V システムを構築しました (これは同社の Web サイトからの情報で、私自身はテストしていませんが、この分野における Samsung の実績は堅実です)。
能力: 誰もが公式を知っていますが、入力をどこで入手できるかは誰も知りません
公式
容量 (Ah)=電力 (W) × 稼働時間 (時間) ÷ 電圧 (V) ÷ 効率
効率: リチウムの場合は 0.95、鉛酸の場合は 0.85。
問題は「べき乗」の数値です。 AGV ベンダーは、平らな床、標準的な荷重、頻繁な起動と停止がないことを意味する「典型的な条件」を提供します。実際の倉庫には、ランプ、過積載、連続稼働によるピーク時間帯があります。実際の消費電力はスペックシートの数値よりも 50% 高くなります。
私たちが行うこと: AGV ベンダーに 3 つの数字を尋ねます。無負荷時の巡航パワー、負荷時の上り坂パワー、ピークパワー。次に、クライアントの実際のルートに基づいて加重平均を推定します。ベンダーが曖昧な「平均電力」の数値を 1 つしか提供できない場合は、計算する前に 1.3 を掛けます。
参考までに、京東物流はアジア No.1 のスマート倉庫に関するデータを公開しました。同社の Dilang AGV は 500kg を積載し、輸入セルを搭載して 6 ～ 9 時間稼働し、30 分で完了する 50A の高速充電をサポートしています (出典: JD Logistics 技術文書)。 48V で 50A 充電すると、バッテリー容量は 40Ah から 60Ah の間になります。これは500kgのキャリアとしては妥当です。車両がより多くの荷物を運ぶ場合、またはより長いルートを走行する場合は、それに応じて容量をスケールアップしてください。
化学: LFP、NMC、LTO それぞれの役割
AGV 市場を支配しているのは 3 つのリチウム化学反応です。私の見解は次のとおりです。
LFP（リン酸鉄リチウム）
プロジェクトの 90% にとっては正しい選択です。長いサイクル寿命、優れた安全プロファイル、コストが大幅に削減されました。 CATL と BYD は、成熟したサプライチェーンで信頼性の高い LFP セルを製造しています。他のものを選択する特別な理由がない限り、デフォルトでは LFP を選択してください。
NMC（ニッケル・マンガン・コバルト）
LFPよりもエネルギー密度が高いですが、サイクル寿命が短く、熱暴走リスクが高くなります。 AGV のバッテリー コンパートメントが小さすぎて必要な LFP 容量に適合しない場合にのみ、NMC を検討してください。個人的には、倉庫環境での NMC は好きではありません。熱暴走が発生すると、AGV だけでなく、倉庫に相当する在庫全体が失われます。
LTO（チタン酸リチウム）
特殊なケース。エネルギー密度はLFPの半分（非常に低い）ですが、充電速度は非常に速く（5Cでも問題なく、12分でフル充電）、サイクル寿命は非常に長く（15000+サイクル）、耐寒性能は非常に優れています（マイナス30度でも動作します）。価格も極端です。 LTO が意味をなす 2 つのシナリオ: わずか 10 ～ 15 分の充電時間で年中無休の連続稼働、または深刻な氷点下のコールド チェーン環境です。-プロジェクトがいずれかのシナリオに適合する場合、LTO のプレミアム価格は正当化されます。
| タイプ | エネルギー密度 | サイクル | スペック |
|---|---|---|---|
| LFP | 90～160Wh/kg | 2000～5000 | 1Cの充電に問題なく対応し、マイナス20度まで動作し、コストも中程度です。 |
| NMC | 150～220Wh/kg | 1000～2000 | 1C を超える充電、平均的な低温パフォーマンス、高コストに注意してください。 |
| LTO | 50～80Wh/kg | 15000～20000 | 5C 充電に対応し、マイナス 30 度でも動作し、コストが大幅に高くなります。 |
LFP の化学的性質は同じでも容量が異なる: 選択方法
人々はよくこのことを尋ねます。ほとんどのサプライヤーは、より大きなもの（より高いマージン）を購入してもらいたいため、それについて十分に説明しません。
大きいほど常に良いのでしょうか?いいえ。
大容量の問題
まず、重量。100Ah LFP パックの重量は約 45kg、200Ah は 85kg です。追加の 40kg により、積載量が減少するか、1 回の旅行あたりのエネルギー消費量が増加します。
2つ目は充電時間です。0.5℃では100Ahで2時間、200Ahで4時間かかります。
三番目、各シフトがバッテリー容量の 30% しか使用しない場合、それらのセルの 70% は毎日高い充電状態にあり、カレンダーの劣化が加速します。
容量が小さい問題
容量が小さい場合は明らかな問題があります。稼働時間が短く、充電スケジュールが遅れた場合に勤務時間中に車両が停止するリスクがあります。{0}}
私のサイジングの原則
次の充電までに車両が実際に消費するエネルギー量を把握し、各サイクルでパックの 60% ～ 70% を使用するように容量を選択します。セルにストレスを与えるほど深くなく、未使用の容量にお金を浪費するほど浅くない。
例: AGV は 4 時間ごとに充電でき、平均消費電力は 800 W です。 800Wで4時間だと3200Whです。 48Vでは67Ahになります。 100Ah パックは、サイクルあたり 67% の使用率を意味します。それがスイートスポットです。 150Ah パックでは 1 サイクルあたり 45% しか使用せず、維持費を稼げていないセルに資本を無駄にします。
DOD とサイクルライフ: この知識はお金の節約に役立ちます
DODとは放電深度を意味します。バッテリー寿命への影響は、ほとんどの人が思っているよりも大きいです。
Battery University (batteryuniversity.com) が公開したテスト データを直接引用します。
100% DOD でサイクルした LFP セルは、約 600 サイクルで容量の 80% に達します。 40% DOD でサイクルした同じセルは 3000 サイクル以上持続します。同じバッテリーでも、浅いサイクリングは、深いサイクリングよりも寿命全体で数倍の総エネルギー スループットを提供します。
これは実際には何を意味するのでしょうか?必要なものを正確に購入してサイクルごとに使い切るよりも、少し大きめの容量を購入して半分だけ使用する方が良いでしょう。 2 番目の方法は、最初は安く見えますが、バッテリーを交換する頻度が高くなります。
現在の標準構成: SOC フロアは 20% ～ 25%、天井は 80% ～ 85%、車両はこの範囲内で動作します。機会充電と組み合わせると、フル充電/放電サイクルと比較してバッテリー寿命が 2 ～ 3 倍延長されます。
よくある誤解の 1 つ
多くの人は、リチウム電池を「校正」するには定期的に完全に放電する必要があると考えています。それはニッケルカドミウムの考え方であり、リチウムについては完全に間違っています。深放電は電極構造を損傷します。最新の BMS は SOC 推定にクーロンカウントを使用しており、キャリブレーションに空のサイクルを必要としません。
充電戦略: 機会充電またはバッテリー交換
どちらのアプローチにもそれぞれの役割があります。どちらも本質的には「より高度」ではありません。
機会充電
AGV の使用率が 75% 未満に留まっている場合に機能します。タスクを待っている間、列に並んでいる間、積み降ろし中に車両が充電されます。各セッションの所要時間は 15 ～ 30 分です。 1 日を通して十分なランタイムを追加できます。人間の介入は必要ありません。 LFP が 1C 充電をサポートしている場合、15 分で約 25% の容量が追加され、さらに 1 ～ 2 時間の動作には十分です。
バッテリー交換
利用率が95%を超え、車両が停止できない場合に作動します。車両が交換ステーションに入り、バッテリーは 2 ～ 5 分で交換され、すぐに作業に戻ります。トレードオフ:-: 各車両には 2 ～ 3 個のバッテリー、専用の交換機器、交換を行うオペレーターが必要です。
DHLのケースは注目に値する。同社のグローバル配送センターでは、機会充電機能を備えた Locus Robotics の協働ロボットを使用しています。ピッキング効率は 50% から 70% 向上し、職場での負傷は 15% 減少しました (出典: DHL Web サイトおよび Logistics Viewpoints の報道)。こうした効率の向上はロボット自体によるものだけではありません。機会充電により、真の 24 時間無人運転が可能になります。人件費の大幅な削減が可能です。
寒冷環境の落とし穴
倉庫に冷蔵ゾーンまたは冷凍ゾーンがある場合、バッテリーの選択には特別な注意が必要です。
リチウム電池には寒冷時には 2 つの問題があります。まず、容量が低下します。マイナス 10 度では、LFP はおそらく 85% の容量を保持します。マイナス20度では70％くらいでしょうか。第二に、充電制限: 氷点下でリチウムを充電すると、アノードにリチウム メッキが発生します。これは永久的な損傷に加えて安全上の危険を伴います。ほとんどの BMS は、セル温度が 0 度を下回ると充電電流を拒否します。
実用的な解決策: 寒い地域の外側に充電ゾーンを設定するか (車両が充電のために出て、完了したら戻る)、予熱付きのバッテリー システムを使用する (充電電流を受け入れる前にセルを氷点以上に温める)。
AGV がマイナス 25 度以下で長時間稼働する場合、標準の LFP ではおそらく対応できません。 LTO または特殊なコールド チェーン バッテリーを検討してください。 SVOLT の LMFP セルはマイナス 30 度でも動作すると主張しています。彼らはコールドチェーン物流においてそれなりの地位を築いています。冷凍庫用途については検討する価値があります。
数字を実行する
具体的な数字。 48V AGV 1 台、2 交代勤務（毎日 16 時間）、期間は 5- です。
鉛酸アプローチ
バッテリー (回転用 2 個):$4,000
充電器:$1,500
年間電気代 (5 年間): $9,000
年間保守 (5 年間):$3,000
交換品 (3 年目):$4,000
ダウンタイム損失 (5 年間): 12,000 ドル
5-年: 合計 $33,500
LFPアプローチ
バッテリー (1 個のみ): $12,000
急速充電器:$3,500
年間電力料金 (5 年間): $5,750
メンテナンス:$0
交換品:$0
ダウンタイム損失 (5 年間): 2,000 ドル
5-年: 合計 $23,250
節約: 10,250 ドル、約 31%
これには鉛酸の廃棄コストや5年後のリチウムの残存価値も考慮されていない。
リチウムが意味をなさないのはどのような場合ですか?単一シフト操作 (1 日あたり 8 時間未満)、稼働率は低い。鉛酸の初期費用の低さは、克服するのに 7 ～ 8 年かかります。プロジェクトの期間が 3 ～ 5 年しかなく、実際に 1 つのシフトのみを実行する場合は、鉛酸を使用したほうが良い結果が得られる可能性があります。
BMS: 保護回路以上のもの
多くの人は BMS を単なる保護回路として扱います。過充電、過放電、過電流、過熱時はバッテリーを遮断してください。-仕事は終わりました。最新の BMS はさらに多くの機能を備えています。
SOC の推定
優れた BMS は、プラスまたはマイナス 1% ～ 3% 以内の精度を実現します (インフィニオンの技術文書では、ソリューションについてプラスまたはマイナス 1% と主張しています)。なぜ精度が重要なのでしょうか?配車システムは、各車両の実際の残充電量に基づいてタスクを割り当てることができます。高充電-車両は長距離の作業を行い、-低充電車両は短距離走行または充電に向かいます。- SOC 推定誤差が 10% になると、この最適化は不可能になります。
SOHモニタリング
健康状態の追跡。優れた BMS は各バッテリーの容量低下曲線を追跡し、パックが故障すると数か月前に警告します。車両の故障を待って緊急のダウンタイムに対処するよりも優れています。
温度管理
-パック内の複数のポイントにわたるリアルタイム監視。ホットゾーンを早期に特定し、問題が拡大する前に電力を削減します。
通信インターフェース
倉庫管理システムに接続する CAN バスまたは RS485。 WMS ですべての車両のバッテリー状態を確認できるようにします。
BMS を安売りしないでください。私たちは、クライアントが予算の BMS ユニットで数百ドルを節約した後、ディスパッチ システムがデータをまったく使用できないほど大きすぎる SOC 推定エラーを発見するのを見てきました。機能が無いのも仕方ないかも知れません。
認定資格: 書類上の手続きだけではありません
UN38.3 と IEC 62619 という 2 つの認証が最も重要です。
UN38.3
輸送の安全性をカバーします。高度シミュレーション、温度サイクル、振動、衝撃、短絡、過充電、強制放電をテストします。リチウム電池を国境を越える場合に必要です。 UN38.3 はありません。物流会社はそれに手を出しません。
IEC 62619
産業用リチウム電池の使用の安全性をカバーします。テスト項目は UN38.3 と重複しますが、釘刺し、落下テスト、BMS 機能検証などの運用シナリオに重点を置いています。 IEC 62619 は、ヨーロッパの CE マーキング、オーストラリアの AS/NZS 認証、日本の PSE 承認の技術基盤を形成します。
重要な点: 認定はメーカーではなく、特定の製品モデルに適用されます。一部のメーカーは、1 つのモデルを認証し、販売するすべてのモデルに認証を付与します。購入する際は、証明書のモデル番号が購入するものと正確に一致していることを確認してください。一致しない証明書には価値がありません。
サプライヤーメモ
私たちが扱ったいくつかの例:
中国のサプライヤーの中で、BYDは電動フォークリフト用リチウム電池で大きな市場シェアを保持しており、中国では約60％と伝えられている。同社のブレードバッテリーには 10 年間の保証が付いています。 CATL と Hangcha は、フォークリフトと AGV のバッテリーに特化した Pengcheng New Energy という合弁会社を設立しました。すでに Hangcha 車両を使用している場合は、そのチャネルの方がスムーズかもしれません。
欧米のサプライヤーの中では、EnerSys NexSys シリーズが堅調です。同社の NexSys AIR ワイヤレス充電システムは、同じインフラストラクチャ上で鉛酸、TPPL、リチウムをサポートしています。車両が鉛酸からリチウムに移行しており、充電設備への投資を保護したい場合に役立ちます。
サプライヤーを評価する際に尋ねるべき質問:
どのセルのメーカー、どのグレード（A-グレードまたは B- グレード）ですか？ベアセルだけでなく、パックのサイクル寿命試験データも提供できますか?保証は容量の低下、または完全な故障のみをカバーしますか?保証請求はどのように処理されますか (バッテリーの海外発送は高価で時間がかかります)?
最終的な考え
バッテリーの選択は、一度の購入で決定できるものではありません。{0}今日何を選択するかによって、今後 5 ～ 10 年間の運用コストとメンテナンスの複雑さが決まります。初期購入価格だけを見ないでください。決定する前に、5 年間の TCO を計算してください。-
特定のプロジェクトを進行中で、バッテリー仕様を検証する必要がある場合は、動作パラメータ、予算範囲、特別な要件（冷蔵保存、防爆、特殊な寸法）を送信してください。-私たちは以前にもこれらの地雷のいくつかを踏んだことがありますが、それらを回避するのに役立ちます。
