实现更安全、更智能的移动机器人,BMS系统这样赋能!

亚德诺半导体 2025-01-17 18:08

随着自动化仓库和制造设施的迅速发展,谨慎控制过程中的每个组件至关重要。即使是短暂的停机也会造成严重影响。自主移动机器人和自动导引车在该生态系统中发挥着重要作用,需要实施精确的监控和故障安全系统。另一个重点是有效监控电池,以便优化电池性能并延长电池的整体寿命,从而最大限度减少不必要的浪费,保护宝贵的资源。本文将简要介绍一些用于提高电池效率的重要指标,以及为这些应用选择电池管理系统时需要考虑的关键因素。


在设计如图1所示的自主移动机器人(AMR)时,选择合适的电池包及其配套的电池管理系统(BMS)是一个关键决策。在工厂和仓库等紧密集成的环境中,每一秒钟的运行都至关重要,确保所有组件能够安全可靠地正常运转则是重中之重。


图1. AMR图


BMS解决方案能够准确测量电池的充电和放电,从而最大限度提高可用容量。此外,获得精确的测量结果后,便可以准确计算充电状态(SoC)和放电深度(DoD),这些重要参数有助于提高移动机器人工作流程的智能程度。这些系统的安全性同样重要,在为这些应用选择系统时,请务必考虑能够提供过充保护和过流检测的BMS技术。





什么是电池管理系统?





BMS是一个电子系统,可用于密切监控电池包和/或其各个电池单元的各种参数。对实现电池的最大可用容量并确保安全及可靠运行而言,BMS至关重要。高效的系统不仅能够以安全的方式优化电池的可用容量,还能够为工程师提供有价值的参数,例如电池单元电压、SoC、DoD、健康状态(SoH)、温度和电流,所有这些参数均有助于使系统发挥优异性能。





什么是SoC、DoD和SoH?




SoC、DoD和SoH是BMS中常用的一些参数,用于确定系统是否健康、早期故障检测、电池单元老化以及剩余运行时间。


SoC 表示充电状态,定义为相对于电池总容量的电池充电水平。SoC通常以百分比表示,其中0% = 空,100% = 充满。



SoH表示健康状态,定义为相对于电池额定容量 (Cmax) 的电池最大可释放容量 (Cmax)。



DoD 表示放电深度,与SoC指标相反,定义为相对于电池额定容量 (Creleased) 的电池已放电百分比 (Crated)。






这些参数与AMR解决方案有何关系?





电池的SoC根据电池架构而变化,尽管如此,仍需要一个精确的系统来测量电池状态。目前常用的电池主要有两种类型:锂离子电池和铅酸电池。每种电池各有利弊,并包含不同的子类别。总体而言,普遍认为锂离子电池更适合用于机器人,因为此类电池具有以下特点:

  • 能量密度更高,可达到铅酸电池能量密度的8到10倍。

  • 锂离子电池比相同容量的铅酸电池更轻。

  • 铅酸电池所需的充电时间比锂离子电池更长。

  • 锂离子电池的使用寿命更长,因此充电周期次数明显更多。


然而,这些优势意味着成本增加,并带来了一些挑战,要想充分发挥其性能优势,就需要解决这些挑战。


为了在实际应用中更好地说明这一点,可以分析图2,该图比较了铅酸电池和锂离子电池的DoD。可以观察到,当锂离子电池的DoD从0%增加到80%时,电池包电压变化极小。80% DoD通常是锂离子电池的下限,如果低于该值,可能被视为危险水平。


图2. 电池包电压电平与DoD


然而,由于锂离子电池的电池包电压在可用范围内的变化非常小,即使是微小的测量误差也可能会导致性能大幅下降。


为了在真实场景中说明这一点:假设以下AMR是一个24 V系统,使用27.2 V LiFePo4电池包,其中每个电池单元充满电时的容量为3.4 V。参见图3。


图3. AMR通用电池和BMS架构


此电池的常见SoC曲线如表1所示。


表1. LiFePo4电池单元和电池包电压的示例数据


对于LiFePo4电池,可用范围可能有所不同,但一个很好的经验法则是,考虑最小SoC为10%,最大SoC为90%。


如果低于最低水平,可能会导致电池内部短路,而如果充电超过90%,这些电池的使用寿命会缩短。


考虑表1,请注意每个电池单元的电压范围为350 mV,对于包含8个电池单元的27.2 V电池包,电压范围为3.2 V。根据这一点,我们可以得出以下假设:


如果LiFePo4电池的可用电池单元电压范围为350 mV,则每1 mV的电池单元测量误差会使范围减小0.28%。


如果电池包成本为4000美元,误差成本为:4000美元 × 0.28% = 每mV误差11.20美元,这意味着电池包在该范围内未得到充分利用。


虽然0.28%的范围看似微不足道,但当扩展到多个AMR系统时,该百分比可能要乘以数百甚至数千,它就变成了一个重要因素。如果考虑到电池的自然退化,该因素变得更具相关性。


自然退化对电池健康也起到重要作用,因为随着时间的推移,电池的最大SoC将降低(图4),因此即使在自然退化之后,精确测量电池单元也是维持出色性能水平的有效方式。


图4. 由于自然退化导致最大可用范围减少


监控所有参数并精确控制电池的使用能够有效延长电池使用寿命,并充分利用每个电荷单元。





ADI的BMS解决方案如何提高生产力并解决问题?





在移动机器人应用领域,ADI的BMS可以提供哪些技术来增强和实现高性能?


通过精准测量电池单元,精确的电池管理可显著提高电池效率,从而更准确地控制和估算各种电池化学成分的SoC。单独测量每个电池单元可确保安全监控电池的健康状况。该精确监控有助于平衡充电,防止电池单元过度充电和放电。此外,同步 电流和电压测量可提高已捕获数据的准确性。超快速过流检测可实现快速故障检测和紧急停止,确保安全性与可靠性。


ADBMS6948提供移动机器人所需的所有关键规格,但对于移动机器人,BMS设计时要考虑的一些关键规格包括:

  • 使用寿命期间的总测量误差(TME)小(-40°C至+125°C)

  • 电池单元电压的同时和连续测量

  • 内置 isoSPI™ 接口

  • 支持热插拔,无需外部保护

  • 被动电池平衡

  • 低功耗电池单元监控(LPCM)用于关断状态下的电池单元和温度监控

  • 睡眠模式电源电流低





减少浪费,保护环境





国际能源署在2023年的一份关于电池的报告中提到,“电池是清洁能源转型的重要构建模块 1”。认识到妥善管理这些资源的重要性非常关键。构成电池的材料很难从环境中提取,这凸显了优化电池利用的必要性。通过有效管理充电和放电参数,我们可以延长电池的使用寿命,使它们能够使用更长时间,无需更换。


ADI的BMS功能提供的过流保护是低风险因素,可实现安全运行,并降低电池和作为负载连接的系统损坏的风险。


图5列举了造成锂离子电池退化的一些因素。值得注意的是,这些因素可能会引起燃烧和爆炸等危险情况,并且可能会迅速酿成灾难2。


图5. 锂离子电池的主要退化因素


对于影响电池退化的所有参数,均可进行测量、处理并采取相应行动,从而为系统提供在所需使用寿命内运行的适宜条件。延长电池使用寿命是减少浪费的重要因素,因为现在通过优化管理,电池可以使用更长时间,这有效减少了不必要的电池单元处理。





结论





总之,我们可以得出结论,BMS不仅能通过精确控制每个参数来提高系统的整体性能,还可以降低成本,减少浪费。在不断发展的制造环境中,自动化程度日益提高,人们希望继续提升其移动机器人的性能,于是,精确控制和管理资产变得至关重要。





👇点击探索ADI“芯”世界

·
·


亚德诺半导体 Analog Devices, Inc.(简称ADI)始终致力于设计与制造先进的半导体产品和优秀解决方案,凭借杰出的传感、测量和连接技术,搭建连接真实世界和数字世界的智能化桥梁,从而帮助客户重新认识周围的世界。
评论 (0)
  •   物质扩散与污染物监测系统软件:多领域环境守护的智能中枢   北京华盛恒辉物质扩散与污染物监测系统软件,作为一款融合了物质扩散模拟、污染物监测、数据分析以及可视化等多元功能的综合性工具,致力于为环境科学、公共安全、工业生产等诸多领域给予强有力的技术支撑。接下来,将从功能特性、应用场景、技术实现途径、未来发展趋势等多个维度对这类软件展开详尽介绍。   应用案例   目前,已有多个物质扩散与污染物监测系统在实际应用中取得了显著成效。例如,北京华盛恒辉和北京五木恒润物质扩散与污染物监测系统。这
    华盛恒辉l58ll334744 2025-04-09 14:54 83浏览
  • 在人工智能技术飞速发展的今天,语音交互正以颠覆性的方式重塑我们的生活体验。WTK6900系列语音识别芯片凭借其离线高性能、抗噪远场识别、毫秒级响应的核心优势,为智能家居领域注入全新活力。以智能风扇为起点,我们开启一场“解放双手”的科技革命,让每一缕凉风都随“声”而至。一、核心技术:精准识别,无惧环境挑战自适应降噪,听懂你的每一句话WTK6900系列芯片搭载前沿信号处理技术,通过自适应降噪算法,可智能过滤环境噪声干扰。无论是家中电视声、户外虫鸣声,还是厨房烹饪的嘈杂声,芯片均能精准提取有效指令,识
    广州唯创电子 2025-04-08 08:40 182浏览
  •   工业自动化领域电磁兼容与接地系统深度剖析   一、电磁兼容(EMC)基础认知   定义及关键意义   电磁兼容性(EMC),指的是设备或者系统在既定的电磁环境里,不但能按预期功能正常运转,而且不会对周边其他设备或系统造成难以承受的电磁干扰。在工业自动化不断发展的当下,大功率电机、变频器等设备被大量应用,现场总线、工业网络等技术也日益普及,致使工业自动化系统所处的电磁环境变得愈发复杂,电磁兼容(EMC)问题也越发严峻。   ​电磁兼容三大核心要素   屏蔽:屏蔽旨在切断电磁波的传播路
    北京华盛恒辉软件开发 2025-04-07 22:55 230浏览
  •     根据 IEC术语,瞬态过电压是指持续时间几个毫秒及以下的过高电压,通常是以高阻尼(快速衰减)形式出现,波形可以是振荡的,也可以是非振荡的。    瞬态过电压的成因和机理,IEC 60664-1给出了以下四种:    1. 自然放电,最典型的例子是雷击,感应到电力线路上,并通过电网配电系统传输,抵达用户端;        2. 电网中非特定感性负载通断。例如热处理工厂、机加工工厂对
    电子知识打边炉 2025-04-07 22:59 142浏览
  • HDMI从2.1版本开始采用FRL传输模式,和2.0及之前的版本不同。两者在物理层信号上有所区别,这就需要在一些2.1版本的电路设计上增加匹配电路,使得2.1版本的电路能够向下兼容2.0及之前版本。2.1版本的信号特性下面截取自2.1版本规范定义,可以看到2.1版本支持直流耦合和交流耦合,其共模电压和AVCC相关,信号摆幅在400mV-1200mV2.0及之前版本的信号特性HDMI2.0及之前版本采用TMDS信号物理层,其结构和参数如下:兼容设计根据以上规范定义,可以看出TMDS信号的共模电压范
    durid 2025-04-08 19:01 154浏览
  •   卫星图像智能测绘系统全面解析   一、系统概述   卫星图像智能测绘系统是基于卫星遥感技术、图像处理算法与人工智能(AI)技术的综合应用平台,旨在实现高精度、高效率的地理空间数据获取、处理与分析。该系统通过融合多源卫星数据(如光学、雷达、高光谱等),结合AI驱动的智能算法,实现自动化、智能化的测绘流程,广泛应用于城市规划、自然资源调查、灾害监测等领域。   应用案例   目前,已有多个卫星图像智能测绘系统在实际应用中取得了显著成效。例如,北京华盛恒辉和北京五木恒润卫星图像智能测绘系统
    华盛恒辉l58ll334744 2025-04-08 15:04 90浏览
  • 在万物互联时代,智能化安防需求持续升级,传统报警系统已难以满足实时性、可靠性与安全性并重的要求。WT2003H-16S低功耗语音芯片方案,以4G实时音频传输、超低功耗设计、端云加密交互为核心,重新定义智能报警设备的性能边界,为家庭、工业、公共安防等领域提供高效、稳定的安全守护。一、技术内核:五大核心突破,构建全场景安防基座1. 双模音频传输,灵活应对复杂场景实时音频流传输:内置高灵敏度MIC,支持环境音实时采集,通过4G模块直接上传至云端服务器,响应速度低至毫秒级,适用于火灾警报、紧急呼救等需即
    广州唯创电子 2025-04-08 08:59 143浏览
  • 文/郭楚妤编辑/cc孙聪颖‍伴随贸易全球化的持续深入,跨境电商迎来蓬勃发展期,物流行业 “出海” 成为不可阻挡的必然趋势。加之国内快递市场渐趋饱和,存量竞争愈发激烈。在此背景下,国内头部快递企业为突破发展瓶颈,寻求新的增长曲线,纷纷将战略目光投向海外市场。2024 年,堪称中国物流企业出海进程中的关键节点,众多企业纷纷扬帆起航,开启海外拓展之旅。然而,在一片向好的行业发展表象下,部分跨境物流企业的经营状况却不容乐观。它们受困于激烈的市场竞争、不断攀升的运营成本,以及复杂的国际物流环境,陷入了微利
    华尔街科技眼 2025-04-09 15:15 74浏览
  •   卫星图像智能测绘系统:地理空间数据处理的创新引擎   卫星图像智能测绘系统作为融合卫星遥感、地理信息系统(GIS)、人工智能(AI)以及大数据分析等前沿技术的综合性平台,致力于达成高精度、高效率的地理空间数据采集、处理与应用目标。借助自动化、智能化的技术路径,该系统为国土资源管理、城市规划、灾害监测、环境保护等诸多领域输送关键数据支撑。   应用案例   目前,已有多个卫星图像智能测绘系统在实际应用中取得了显著成效。例如,北京华盛恒辉北京五木恒润卫星图像智能测绘系统。这些成功案例为卫星
    华盛恒辉l58ll334744 2025-04-08 16:19 77浏览
  •   物质扩散与污染物监测系统:环境守护的关键拼图   一、物质扩散原理剖析   物质扩散,本质上是物质在浓度梯度、温度梯度或者压力梯度等驱动力的作用下,从高浓度区域向低浓度区域迁移的过程。在环境科学范畴,物质扩散作为污染物在大气、水体以及土壤中迁移的关键机制,对污染物的分布态势、浓度动态变化以及环境风险程度有着直接且重大的影响。   应用案例   目前,已有多个物质扩散与污染物监测系统在实际应用中取得了显著成效。例如,北京华盛恒辉和北京五木恒润物质扩散与污染物监测系统。这些成功案例为物质
    华盛恒辉l58ll334744 2025-04-09 11:24 47浏览
  • 文/Leon编辑/侯煜‍就在小米SU7因高速交通事故、智驾性能受到质疑的时候,另一家中国领先的智驾解决方案供应商华为,低调地进行了一场重大人事变动。(详情见:雷军熬过黑夜,寄望小米SU7成为及时雨)4月4日上午,有网友发现余承东的职务发生了变化,华为官网、其个人微博认证信息为“常务董事,终端BG董事长”,不再包括“智能汽车解决方案BU董事长”。余承东的确不再兼任华为车BU董事长,但并非完全脱离华为的汽车业务,而是聚焦鸿蒙智行。据悉,华为方面寻求将车BU独立出去,但鸿蒙智行仍留在华为终端BG部门。
    华尔街科技眼 2025-04-09 15:28 68浏览
  • ## DL/T645-2007* 帧格式:* 帧起始字符:68H* 地址域:A0 A1 A2 A3 A4 A5* 帧起始字符:68H* 控制码:1字节* 主站:* 13H:请求读电能表通信地址* 11H:请求读电能表数据* 1CH:请求跳闸、合闸* 从站:* 91H:正常应答读电能表* 9CH:正常应答跳闸、合闸* 数据域长度:1字节* 数据域:DI0 DI1 DI2 DI3* 发送方:每字节+33H* 接收方:每字节-33H* 数据标识:* 电能量* 最大需量及发生时间* 变量* 事件记录*
    四毛打印店 2025-04-09 10:53 49浏览
  •     在研究Corona现象时发现:临界电压与介电材料表面的清洁程度有关。表面越清洁的介电材料,临界电压越高;表面污染物越多的地方,越容易“爬电”。关于Corona现象,另见基础理论第007篇。    这里说的“污染物”,定义为——可能影响介电强度或表面电阻率的固体、液体或气体(电离气体)的任何情况。    IEC 60664-1 (对应GB/T 16935.1-2023) 定义了 Pollution Degree,中文术语是“污染等
    电子知识打边炉 2025-04-07 22:06 103浏览
我要评论
0
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦