로봇, AGV 및 AMR 배터리 솔루션

로봇, 자동 유도 차량, 자율 이동 로봇은 신뢰할 수 있는 배터리를 통해 하재 이동, 센서 작동, 공장 또는 창고 제어 시스템과의 통신 유지에 의존합니다.

전압과 용량만으로 배터리를 선택하면 실행 시간이 부족하거나 예상치 못한 정지 또는 조기 열화가 발생할 수 있습니다. 적합한 로봇 배터리 팩은 최대 전류, 빈번한 충전, BMS 통신, 기계적 보호 및 전체 기계의 작동 조건을 지원해야 합니다.

로봇, AGV, AMR 전력 요구량의 차이점

산업용 로봇에는 검사용 로봇, 서비스 로봇, 휴머노이드 플랫폼, 청소 로봇, 이동식 매뉴퓰레이터 등이 포함될 수 있습니다. 모터, 관절, 카메라, 컴퓨팅 시스템이 함께 작동할 때 부하가 빠르게 변할 수 있습니다.

AGV는 일반적으로 자기 테이프, 마커, 와이어 또는 기타 가이드 방식을 사용하여 미리 정해진 경로를 따릅니다. 많은 차량이 고정된 적재 지점과 충전 지점 사이를 반복적으로 운영합니다.

AMR은 센서, 내비게이션 소프트웨어, 온보드 처리 기능을 활용하여 동적으로 경로를 계획합니다. 이 배터리는 드라이브 시스템뿐만 아니라 LiDAR, 카메라, 무선 통신 및 컴퓨팅 하드웨어에도 전력을 공급합니다.

따라서 각 플랫폼은 일반적인 용량 목표가 아닌 실제 작동 주기에 기반한 배터리 솔루션이 필요합니다.

전압, 용량 및 피크 전류 계산

배터리 전압은 모터 컨트롤러, DC-DC 변환기, 충전 시스템과 일치해야 합니다. 일반적인 로봇 및 AGV 플랫폼은 24V, 36V 또는 48V 배터리 시스템을 사용할 수 있지만, 대형 장비는 더 높은 전압을 요구할 수 있습니다.

용량은 평균 장치 부하, 필요한 작동 시간, 효율 손실 및 예비 에너지를 기준으로 계산되어야 합니다. 배터리는 매 사이클마다 정격 용량의 100%를 사용하도록 설계되어서는 안 됩니다.

피크 전류도 똑같이 중요합니다. 시동, 가속, 회전, 상승, 리프팅은 정상 작동 부하보다 훨씬 높은 전류 요구를 초래할 수 있습니다. 셀, 버스바, BMS, 퓨즈, 커넥터 및 배선은 과도한 전압 강하나 원치 않는 보호 차단 없이 이 임시 피크를 지지해야 합니다.

LiFePO4 아니면 리튬이온?

LiFePO4 배터리는 긴 사이클 수명, 강한 열 안정성, 반복 충전 지원이 뛰어나기 때문에 AGV와 AMR에 널리 고려됩니다. 여러 교대 근무를 수행하고 자주 자동 충전기로 돌아가는 장비에 적합합니다.

NMC 리튬이온 배터리는 더 높은 에너지 밀도를 제공하여 더 작고 가벼운 팩에 더 많은 에너지를 담을 수 있게 합니다. 이는 설치 공간과 무게가 제한된 소형 로봇, 검사 장비, 이동식 플랫폼에 유리하게 작용할 수 있습니다.

올바른 화학 성분은 다음 조건에 따라 달라집니다:

• 필요한 실행 시간
• 사용 가능한 배터리 공간
• 무게 제한
• 연속 및 최대 전류
• 기대 주기 수명
• 충전 빈도
• 작동 온도
• 목표 비용

셀 품질과 팩 엔지니어링은 단일 사양만으로 화학 성분을 선택하는 것보다 더 중요합니다.

스마트 BMS 기능

BMS는 로봇 배터리 팩의 제어 및 보호 센터입니다. 기본 기능에는 과충전, 과방전, 과전류, 단락 및 온도 보호 등이 포함됩니다.

더 발전된 AGV 및 AMR 배터리 시스템에는 다음이 포함될 수 있습니다:

• 개별 셀 전압 모니터링
• 수동 또는 능동적 균형
• 전하 상태 추정
• 건강 상태 보고
• 충전 및 방전 전류 제어
• 접촉기 및 전차 관리
• 다중 온도 센서
• 사이클 및 단층 기록
• 수면 및 기상 제어

정확한 충전 상태 정보는 차량 관리 시스템이 로봇이 할당된 작업을 완료할 만큼 전력을 잃기 전에 충전 일정을 잡을 수 있게 합니다.

CAN 및 RS485 통신

로봇 배터리는 종종 모터 컨트롤러, 충전기 또는 중앙 제어 시스템과 정보를 교환해야 합니다.

CAN 버스는 모바일 장비에서 실시간 배터리 통신을 위해 일반적으로 선택됩니다. RS485는 장거리 케이블 전송을 지원할 수 있으며, UART나 SMBus는 소형 로봇 플랫폼에 적합할 수 있습니다.

통신 명세서는 메시지 ID, 보드 속도, 데이터 형식, 업데이트 간격, 알람 레벨 및 종료 명령을 정의해야 합니다. 배터리, 로봇 컨트롤러, 충전기는 동일한 프로토콜을 사용해야 합니다.

기계적으로 호환되는 팩이라도 BMS 통신이 호스트 시스템과 일치하지 않으면 통합에 실패할 수 있습니다.

충전 옵션

로봇 충전 설계는 차량 가용성에 직접적인 영향을 미칩니다. 일반적인 방법들은 다음과 같습니다:

수동 플러그인 충전

배터리 잔량이 낮을 때 조작자는 로봇을 충전기에 연결합니다. 이것은 간단하지만 수동 일정에 따라 다릅니다.

자동 접촉 충전

AGV 또는 AMR은 충전소에 도킹되며, 전도성 접점이 자동으로 배터리와 충전기를 연결합니다. 이는 유휴 시간 동안 기회 충전 기능을 지원합니다.

배터리 교체

분리형 팩은 수동으로 또는 자동으로 교체할 수 있습니다. 배터리 교체는 다운타임을 줄이지만, 내구성 있는 커넥터, 안전한 잠금장치, 일관된 배터리 식별이 필요합니다.

무선 충전

유도 충전은 노출된 충전 접점을 제거하고 도킹을 단순화할 수 있습니다. 하지만 배터리와 전력 전자장치는 충전 전력, 효율, 정렬 및 열 조건을 중심으로 설계되어야 합니다.

충전 전압, 전류 및 통신 논리는 선택된 배터리 화학 및 BMS 설정과 일치해야 합니다.

기계 및 환경 설계

이동식 로봇 배터리는 진동, 충격, 반복적인 움직임에 노출됩니다. 인클로저는 셀, BMS, 내부 연결을 보호하면서 팩을 로봇 내부에 고정해야 합니다.

적용에 따라 설계는 다음을 요구할 수 있습니다:

• 금속 또는 난연성 플라스틱 외장
• 진동 방지 셀 홀더
• 고전류 잠금 커넥터
• 서비스 차단 및 퓨즈
• 먼지 및 습기 방지
• 교체용 손잡이 또는 가이드레일
• 저온 충전을 위한 가열
• 냉각 또는 열 확산

냉간 저장 로봇은 적절한 제어 장치 없이는 리튬 배터리가 매우 낮은 온도에서 충전할 수 없기 때문에 특별한 주의가 필요합니다.

테스트 및 준수

IEC 62619:2022산업용 응용 분야에서 사용되는 2차 리튬 전지 및 배터리의 안전 요구사항 및 시험을 명시합니다. 이 표준은 자동화 유도 차량을 동기 적용 사례로 명시적으로 나열하고 있습니다.

운송을 위해 준비된 리튬 배터리는 UN 시험 및 기준 매뉴얼 38.3항에 따라 시험을 요구할 수 있으며, UN38.3 시험 요약 및 적절한 운송 문서도 함께 제출되어야 합니다.

ISO 3691-4:2023AGV 및 AMR을 포함한 자율무인 산업용 트럭의 안전 요구사항을 다룹니다. 하지만 배터리 전원 공급 장치의 상세 요구사항을 제공하지 않으므로, 배터리 수준과 전체 기계 평가는 별도로 계획해야 합니다.

추가 테스트에는 사이클 수명, 고전류 방전, 진동, 강하, 온도, 커넥터 내구성, 통신 및 충전기 매칭 테스트 등이 포함될 수 있습니다.

GLOFLUX를 이용한 맞춤형 개발

GLOFLUX는 OEM 프로젝트의 전기, 기계 및 통신 요구사항에 따라 로봇, AGV, AMR 배터리 팩을 개발할 수 있습니다.

개발은 전압, 용량, 부하 프로파일, 최대 전류, 실행 시간, 크기, 커넥터, 충전기 및 통신 데이터에서 시작됩니다. 엔지니어는 셀 구성, BMS 아키텍처, 보호 설정 및 인클로저 구조를 선택할 수 있습니다.

프로토타입 팩은 실제 로봇 내부에서 가속, 리프팅, 내비게이션, 충전 및 저배터리 상태에서 테스트되어야 합니다. 이 통합 단계는 대량 생산 전에 현재 피크, 통신 오류 및 열 문제를 식별하는 데 도움을 줍니다.

결론

신뢰할 수 있는 로봇 배터리 팩은 에너지 용량, 출력 능력, 사이클 수명, 통신 및 기계적 보호를 모두 결합해야 합니다. 로봇 제조사, 배터리 공급업체, 충전기 개발자 간의 조기 조정은 가동 시간을 개선하고 통합 및 인증 위험을 줄이는 데 도움을 줍니다.

자주 묻는 질문

1. AGV와 AMR에 가장 적합한 배터리 화학은 무엇인가요?

LiFePO4는 긴 사이클 수명과 열적 안정성을 위해 선호되며, NMC 리튬이온은 컴팩트한 크기와 낮은 무게를 우선시할 때 적합합니다.

2. 필요한 배터리 용량은 어떻게 계산되나요?

용량은 평균 전력 소비, 필요한 실행 시간, 시스템 손실 및 예비 에너지를 기준으로 합니다. 최대 모터 전류와 리프팅 전류는 별도로 평가해야 합니다.

3. 배터리가 로봇 컨트롤러와 통신할 수 있나요?

네. 맞춤형 BMS 솔루션은 로봇 프로토콜에 따라 CAN, RS485, UART 또는 SMBus 통신을 지원할 수 있습니다.

4. AGV 배터리가 자동 충전을 지원할 수 있나요?

네. 팩은 도킹 접점, 기회 충전, 배터리 교체 또는 무선 충전 시스템용으로 설계될 수 있습니다.

5. 맞춤형 로봇 배터리에 필요한 정보는 무엇인가요?

전압, 용량, 연속 전류, 피크 전류, 실행 시간, 크기, 커넥터, 통신 프로토콜, 충전기 및 작동 온도 요구사항을 제공합니다.