商用ロボットがパイロットプロジェクトから倉庫に移行するにつれて, 工場, ホテル, 病院や商業施設など, バッテリーの性能はロボット設計においてますます重要な部分になりつつあります.
国際ロボット連盟によると (IFR), 102,900 輸送および物流用のプロフェッショナルサービスロボットが世界中で販売されました。 2024, 上 14% 前年比. これらのロボットには、資材輸送や社内物流に使用される多くのモバイル プラットフォームが含まれています.
同時に, インタラクト・アナリシスは、世界のモバイルロボット市場が、 2030, 市場収益は約に達すると予測されています $14 10億まで 2030.
ロボットの導入が増加するにつれて, 1つの質問がますます重要になる:
ロボットをより重く大きくすることなく、より多くのエネルギーを運ぶにはどうすればよいでしょうか?
答えは密接に関係しています バッテリーのエネルギー密度.
1. バッテリーのエネルギー密度は何を意味しますか?
エネルギー密度は、重量または体積に対してバッテリーがどれだけのエネルギーを蓄えることができるかを表します。.
一般的な 2 つの測定値は次のとおりです。:
- 重量エネルギー密度: Wh/kg
- 体積エネルギー密度: Wh/L
ロボット用, どちらも重要です.
Wh/kg が高いバッテリーは、ロボットの重量を大幅に増加させることなく、より多くのエネルギーを蓄えることができます。. Wh/L が高いほど、限られた設置スペースにバッテリーがより多くのエネルギーを収容できることを意味します.
例えば, ロボットが約 2 利用可能なエネルギーのkWh, バッテリーパックが重いと、車両全体の質量が増加する可能性があります, 一方、よりエネルギー密度の高いソリューションは、より小さなパッケージで同様のエネルギーを提供できます。.
これは特に重要になります AMR, 配送ロボット, 掃除ロボットと移動サービスロボット, バッテリーの重量がエネルギー消費とモビリティに直接影響する場合.
2. エネルギー密度が高いほど動作時間が長くなります
ロボットの動作時間は、使用可能なバッテリーのエネルギーに大きく関係します.
簡略化した計算は、:
実行時間 ≈ 使用可能なバッテリーエネルギー ÷ 平均消費電力
ロボットが平均消費量を消費すると、 500 Wと持っています 2 使用可能なバッテリーエネルギーのkWh, 理論上の動作時間はおよそ:
2 kWh ÷ 0.5 kW = 4 時間
バッテリー容量を増やすことで、 3 kWh は理論上の動作時間を約 6 時間に延長できます, ロボットの消費電力が変わらないと仮定すると.
業務用ロボット向け, 稼働時間が長くなると、充電のための中断が減り、生産的な労働時間が増えることになります。.
これは、ロボットが複数のシフトにわたって稼働する可能性がある倉庫や工場で特に価値があります。.
3. 移動ロボットにとって重量はより重要
バッテリーは単にエネルギーを供給するだけではなく、ロボットの総積載量の一部でもあります。.
バッテリーが重いと容量が増える可能性があります:
- モーターの電力要件
- 加速エネルギー消費量
- 制動荷重
- ホイールと機械的ストレス
- 全体のエネルギー消費量
したがって, 単に大容量のバッテリーを取り付けることが常に最良の解決策であるとは限りません.
目標は、以下の適切なバランスを達成することです。 エネルギー容量, 重さ, サイズと出力.
自律移動ロボット用のリチウムイオン電池に関する研究では、高エネルギー密度の電池が電池の体積を削減し、より小型化できることが明らかになりました。, かさばらない AMR デザイン.
4. 高エネルギー密度により、よりコンパクトなロボット設計をサポート
商用ロボットにはスペースに厳しい制限があることが多い.
AMR は、内部スペースを予約する必要がある場合があります。:
- モーター
- センサー
- ライダー
- カメラ
- コントローラー
- 通信モジュール
- 冷却システム
- バッテリーパック
バッテリーが占有スペースを取りすぎると、他のコンポーネントに使用できるスペースが減少する可能性があります.
これがバッテリーの理由です 体積エネルギー密度 小型ロボットにとっては特に重要です.
十分な地上高を維持し、電子機器用の十分なスペースを確保しながら、適切に設計されたバッテリー パックをロボットのシャーシに組み込むことができます。.
5. エネルギー密度だけが要因ではない
高いエネルギー密度が重要, しかしそれは決して独立して考慮されるべきではありません.
業務用ロボット向け, バッテリーの選択も考慮する必要があります:
| 重要な要素 | なぜそれが重要なのか |
|---|---|
| エネルギー密度 | 実行時間とバッテリーサイズを決定します |
| 電力密度 | 加速とピーク負荷をサポート |
| サイクルライフ | 交換頻度の決定 |
| 充電速度 | ダウンタイムの削減 |
| 安全性 | 継続的な商業運転にとって重要 |
| 重さ | ロボットの効率に影響を与える |
| BMS | 保護とバッテリーの状態を制御します |
| 温度性能 | 動作の信頼性を決定します |
例えば, LiFePO4 バッテリーは一般に、強力な安全性の組み合わせを提供します。, サイクル寿命と熱安定性, 多くの AGV および AMR アプリケーションにとって魅力的なものとなっています.
しかし, NMC バッテリーはより高いエネルギー密度を提供できるため、重量と利用可能なスペースが非常に限られている場合に推奨される場合があります。.
したがって, 最適な化学反応はロボットの実際の用途によって異なります.
6. 急速充電はエネルギー密度を補完できる
エネルギー密度と充電戦略も合わせて検討する必要があります.
ロボットは、自然な作業休止中に急速に充電できれば、必ずしも継続的に動作するのに十分な大きさのバッテリーを必要とするわけではありません。.
現代の移動ロボットはますます使用しています 機会充電, タスクの合間にロボットが充電ステーションに戻ることを可能にする.
このアプローチにより、車両の高い使用率を維持しながら、必要なバッテリー容量を削減できます。.
言い換えると:
高いエネルギー密度 + インテリジェントな充電 = ロボットの可用性の向上.
これは、ロボットごとに数分間の不必要なダウンタイムが蓄積され、重大な生産性の損失につながる可能性がある大規模なロボット群にとって特に重要です。.
7. LiFePO4 が商用ロボットにとって依然として魅力的な理由
LiFePO4 利用可能なリチウムイオン化学の中で最も高いエネルギー密度ではない, しかし、その利点はエネルギー密度以上のものです.
商用ロボット用途向け, その主な強みは次のとおりです。:
- 高い熱安定性
- 優れた安全性特性
- 長いサイクル寿命
- 安定した電圧性能
- 頻繁な充電にも対応
- メンテナンス要件の軽減
このため、LiFePO4 は特に次の用途に適しています。 AGV, AMR, 倉庫ロボット, お掃除ロボット, 配送ロボットやその他の商用モバイルプラットフォーム.
最終的には、アプリケーションが最大エネルギー密度を優先するか、それとも安全性とのより広範なバランスを優先するかによって選択が決まります。, 人生, コストとパフォーマンス.
8. バッテリーパック設計の役割
細胞化学は方程式の一部にすぎません.
ロボットのバッテリー パックも、ロボットの実際の動作条件に基づいて設計する必要があります。.
重要なパラメータには次のものがあります。:
電圧→容量→連続電流→ピーク電流→充電電流→通信→寸法→重量
BMS はロボット コントローラーまたは充電器と効果的に通信する必要もあります。, 産業用バッテリーシステムで一般的に使用されるCANまたはRS485を搭載.
適合が不十分なバッテリーは、公称容量が十分であっても、必要なピーク電力や通信互換性を提供できない可能性があります。.
9. HyXin がロボットのバッテリー ソリューションにどのようにアプローチするか
電池サプライヤーとして, ハイシン 電圧がかかるアプリケーション向けにカスタマイズされた LiFePO4 バッテリー パック ソリューションに焦点を当てています。, 容量, 寸法, BMSの通信条件と動作条件を機器に合わせる必要がある.
ロボット用途向け, バッテリーは単にAhの仕様に従って選択すべきではありません.
その代わり, 完全な動作プロファイルを考慮する必要があります:
ロボットの消費電力 + 労働時間 + ピーク負荷 + 充電方法 + 利用可能なスペース + 環境条件
このアプリケーション指向のアプローチは、お客様が実際のロボットの動作要件によりよく適合するバッテリー パックを開発するのに役立ちます。.
結論
ロボットのバッテリーに高エネルギー密度が必要な理由は単純です: ロボットは、不必要な重量を運んだり過剰なスペースを占有したりすることなく、より多くの利用可能なエネルギーを必要とします。.
商用ロボットの能力が向上し、長時間稼働するにつれて, バッテリー要件は基本容量を超えています.
将来のロボットバッテリーシステムは、以下の組み合わせにますます重点を置くことになります。:
高エネルギー密度 + 長いサイクル寿命 + 急速充電 + インテリジェントBMS + コンパクトなデザイン
業務用ロボット向け, バッテリーはもはや単なる電源ではありません. に直接影響を与える重要なコンポーネントになりつつあります。 ランタイム, モビリティ, 生産性, 信頼性と総運用コスト.
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