本文立足于工业现场实际工况,介绍 AGV 小车常用镍镉、镍氢、锂电、铅酸四类蓄电池的基础性能,对比各类电池的适用条件与客观短板,同时说明 AGV 动力电源选型需要考量的现实因素,结合宁波中电集创项目实践给出选型参考,内容基于行业公开技术资料整理,客观呈现各类电池优劣势,可供自动化物流项目方案规划人员阅读。
在工厂自动化物流体系当中,蓄电池作为 AGV 小车的动力来源,直接影响设备连续作业时长、环境适应能力以及全生命周期使用成本,很多项目规划阶段更多关注 AGV 本体行走、导航功能,却容易忽略电池类型匹配问题,后期出现续航不足、频繁更换电池、环境适应性差等现实状况。市面上工业 AGV 比较常见的动力蓄电池主要包含镍镉蓄电池、镍氢蓄电池、锂电池以及铅酸蓄电池四类,不同化学体系电池在单体电压、充放电循环次数、能量密度、工作温度区间、采购与维护成本上各有差异,项目选型需要结合车间工况、班次作业模式、现场充电配套条件综合权衡,不能单纯依靠某一项参数直接下定论。
镍镉蓄电池具备内阻偏低的特性,可以承受大电流放电工况,放电全过程电压波动幅度比较小,对于过载、过充以及深度放电具备一定耐受能力,日常使用管控门槛相对宽松,单体标称电压约 1.2V,放电终止电压为每单元 1.0V,常规可实现 500 次以上充放电循环,能够在‑20℃至 60℃温度区间完成放电作业。不过这类电池含有镉重金属成分,现阶段受到环保相关规范约束,在新建自动化项目当中使用占比逐步降低,更多见于早期存量设备的备件替换场景,选型的时候也要同步考量废旧电池合规回收处置的配套条件。
镍氢蓄电池能量水平相比镍镉蓄电池有约一倍提升,搭配适配充电器可以完成短时快速充电,自放电表现优于镍镉蓄电池,存放过程电量流失速度更慢,同样可以完成 500 次上下充放电循环,单体输出电压维持 1.2V。镍氢电池不存在镉类重金属污染问题,环保属性相比镍镉电池更好,但大电流持续放电条件下电压稳定性不如镍镉蓄电池,采购成本会高于同规格镍镉产品,适合中等功率、对瞬时大电流要求不算严苛的 AGV 设备使用。
锂电池拥有突出的能量密度指标,对比镍镉电池,体积能量可以达到 1.5 倍,整体能量密度可以达到两倍水平,单体平均工作电压 3.6V,是镍系电池单体电压的三倍,放电电压平台相对平稳,同样可以在‑20℃至 60℃环境开展作业,完成 500 次充放电循环之后,剩余容量依旧可以保持 70% 以上。锂电池整体重量更轻,有利于降低 AGV 整车自重,释放设备有效载重空间,但前期采购投入相比镍氢、铅酸会更高,实际应用过程必须配套完善的电池管理 BMS 系统,做好过充、过放、过流以及热防护,以此保障设备运行安全,参考 GB/T 37394‑2019 机器人用锂离子电池和电池组安全要求开展评估核验。
铅酸蓄电池在工业 AGV 领域应用时间比较久,依靠海绵状铅负极、二氧化铅正极搭配硫酸电解液完成电化学反应,电池可逆性能良好,输出电压平稳,原材料供给充足,同时具备可回收再生条件,单位能量采购成本相对低廉。传统铅酸电池自重偏大,能量密度不占优势,部分型号需要定期开展补液维护,深度放电之后对电池寿命会产生比较明显的负面影响,更加适合单班作业、预算有限,并且可以接受定期维护的生产场景。
宁波中电集创在 AGV 整体方案规划过程中,不会片面推崇某一类电池产品,会结合工厂实际班次模式、现场充电基础设施、车间环境温度、预算范围,对比各类蓄电池的优缺点之后给出匹配的电源选型建议。选型不能只看单次采购价格,还需要把循环寿命、日常维护工作量、废旧电池合规回收、停机换电造成产能损失全部纳入评估。有些工厂只关注电池标称容量,忽略实际工况下大电流启动、环境温度变化带来的实际可用容量衰减,设备上线之后达不到预设续航标准。综合来看,多班次不间断作业的项目优先评估锂电池方案;单班作业、预算有限可以评估铅酸蓄电池;存量老设备备件替换才考虑镍镉、镍氢电池,同时落实危废回收渠道,规避环保方面的潜在风险。
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