AGV 배터리선택 가이드: 전압, 용량 및 충전 요구 사항
지난 3년 동안 우리는 더 많은 AGV 프로젝트에서 올바른 배터리 선택보다 잘못된 배터리 선택을 목격했습니다. 고객이 기술적인 지식이 부족해서가 아니라 공급업체가 제공하는 사양 시트가 실제 결정을 내리는 데 기본적으로 쓸모가 없기 때문입니다. 두 개의 배터리는 모두 48V 100Ah로 표시되어 있으며 하나는 다른 하나보다 가격이 3배 더 비쌉니다. 차이점은 무엇입니까? 이것이 바로 이 가이드의 내용입니다.
전압 선택
AGV 공급업체에서는 차량에 48V가 필요하다고 말하므로 48V 배터리를 구입해야 합니다. 간단 해 보입니다. 그렇지 않습니다.
먼저 기본 물리학.
전력은 전압과 전류를 곱한 것과 같습니다. 5000W를 출력하려면 48V 시스템은 104A를, 36V 시스템은 139A를, 24V 시스템은 208A를 끌어옵니다. 전류가 높을수록 케이블이 두꺼워지고 접촉기 마모가 빨라지며 커넥터에 더 많은 열이 발생합니다. 48V를 사용할 수 있는 곳에 24V를 사용하면 향후 문제가 발생할 수 있습니다.
하지만 실제 프로젝트는 그렇게 간단하지 않습니다. 우리는 작년에 원래 사양이 48V LFP인 냉장 보관 프로젝트를 수행했습니다. 테스트 중에 추운 온도에서 내부 저항이 급증하고 충전 보호 기능이 계속 작동했습니다. 36V로 전환했습니다. 서류상으로는 효율성이 떨어지지만 신뢰할 수 있습니다. 냉동고 환경에서는 언제나 효율성보다 신뢰성이 중요합니다.
전압 선택에 대한 나의 규칙:
24V
24V는 500kg 미만의 부하, 2kW의 전력 수요, 빠듯한 예산에 적합합니다. 솔직히 고객이 특별히 요청하지 않는 한 더 이상 24V를 권장하지 않습니다.
48V
48V는 대부분의 창고 AGV에 적용됩니다. 1~2.5톤의 부하를 처리하고, 성숙한 충전 인프라를 갖추고, 공급업체 선택 폭이 가장 넓습니다. 특별한 일이 없을 경우 기본 선택입니다.
72V+
대형 지게차, 항만 장비, 실외 운반차용 72V 및 80V. 삼성 SDI는 디젤 성능과 일치할 것으로 추정되는 10톤 전동 지게차용 94V 시스템을 구축했습니다. (그 내용은 웹사이트에서 가져온 것으로 직접 테스트하지는 않았지만 이 분야에서 삼성의 실적은 탄탄합니다.)
수용력: 모두가 공식을 알고 있지만, 어디서 입력을 얻을지는 아무도 모릅니다.
공식
용량(Ah)=전력(W) × 작동 시간(시간) ¼ 전압(V) ¼ 효율
효율: 리튬의 경우 0.95, 납산의 경우 0.85.
문제는 "전력" 수치입니다. AGV 공급업체는 평평한 바닥, 표준 부하, 빈번한 시작 및 정지가 없음을 의미하는 "일반적인 조건"을 제공합니다. 실제 창고에는 경사로, 과부하, 피크 시간대가 있으며 지속적인 운영이 가능합니다. 실제 전력 소모량은 사양서 수치보다 50% 더 높게 실행될 수 있습니다.
우리가 하는 일: AGV 공급업체에 세 개의 번호를 요청합니다. 무부하 순항 출력, 부하 오르막 출력, 최대 출력. 그런 다음 클라이언트의 실제 경로를 기반으로 가중 평균을 추정합니다. 공급업체가 모호한 "평균 전력" 수치를 하나만 제공할 수 있는 경우 계산하기 전에 1.3을 곱합니다.
참고로 JD Logistics는 Asia No.1 스마트 창고에 대한 데이터를 공개했습니다. Dilang AGV는 500kg을 운반하고 수입 셀을 장착한 상태에서 6~9시간 동안 작동하며 30분 안에 완료되는 50A 고속 충전을 지원합니다(출처: JD Logistics 기술 문서). 48V에서 50A 충전은 40Ah에서 60Ah 사이의 배터리 용량을 의미합니다. 500kg 캐리어에 합당한 수치입니다. 차량이 더 많은 경로를 이동하거나 더 긴 경로를 운행하는 경우 그에 따라 용량을 확장하세요.
화학: LFP, NMC, LTO 각각의 위치가 있습니다.
세 가지 리튬 화학 물질이 AGV 시장을 지배하고 있습니다. 내 의견은 다음과 같습니다.
LFP(인산철리튬)
90%의 프로젝트에 대한 올바른 선택. 긴 사이클 수명, 우수한 안전성 프로필, 비용이 크게 절감되었습니다. CATL과 BYD는 성숙한 공급망을 통해 신뢰할 수 있는 LFP 셀을 만듭니다. 다른 것을 선택해야 할 특별한 이유가 없는 한, 기본값은 LFP입니다.
NMC(니켈망간코발트)
LFP보다 에너지 밀도는 높지만 사이클 수명이 짧고 열폭주 위험이 더 높습니다. AGV 배터리 칸이 너무 작아서 필요한 LFP 볼륨에 맞지 않는 경우에만 NMC를 고려하십시오. 개인적으로 저는 창고 환경에서 NMC를 좋아하지 않습니다. 열폭주가 발생하면 AGV뿐만 아니라 창고 전체의 재고도 손실됩니다.
LTO(티탄산리튬)
특별한 경우. 에너지 밀도는 LFP의 절반(정말 낮음)이지만 충전 속도는 극강(5C는 문제 없음, 12분 만에 완전 충전), 사이클 수명은 극단(15000+ 사이클), 추운 날씨 성능은 극단(영하 30도에서 작동)입니다. 가격도 파격적이다. LTO가 적합한 두 가지 시나리오는 충전 시간이 10~15분에 불과한 연중무휴 연속 작동 또는 영하 온도가 심각한 콜드 체인 환경입니다. 귀하의 프로젝트가 두 시나리오 중 하나에 적합하다면 LTO의 프리미엄 가격이 정당합니다.
| 유형 | 에너지 밀도 | 사이클 | 명세서 |
|---|---|---|---|
| LFP | 90~160Wh/kg | 2000년에서 5000년 | 1C 충전을 잘 처리하고 영하 20도까지 작동하며 적당한 비용입니다. |
| NMC | 150~220Wh/kg | 1000~2000 | 1C 충전 이상, 평균 저온 성능, 높은 비용에 주의하세요. |
| LTO | 50~80Wh/kg | 15000 ~ 20000 | 5C 충전을 처리하고 영하 30도에서 작동하며 비용이 상당히 높습니다. |
동일한 LFP 화학, 다른 용량: 선택 방법
사람들은 이것을 많이 묻습니다. 대부분의 공급업체는 고객이 더 큰(더 높은 마진) 구매를 원하기 때문에 이를 잘 설명하지 않습니다.
큰 것이 항상 더 나은가요? 아니요.
대용량 문제
첫째, 무게.100Ah LFP 팩의 무게는 약 45kg이고, 200Ah LFP 팩의 무게는 85kg입니다. 추가된 40kg은 적재 용량을 줄이거나 여행당 에너지 소비를 증가시킵니다.
둘째, 충전시간이다.0.5C에서 100Ah는 2시간, 200Ah는 4시간이 걸립니다.
제삼,각 교대조가 배터리 용량의 30%만 사용한다면 해당 셀의 70%가 매일 높은 충전 상태로 유지되어 달력 노후화가 가속화됩니다.
작은 용량 문제
작은 용량 문제는 명백합니다. 런타임이 짧고, 충전 일정이 늦어지면 교대 근무 중에 차량이 죽을 위험이-있습니다.
나의 사이즈 원칙
충전할 때마다 차량이 실제로 소비하는 에너지의 양을 파악한 다음, 매 주기마다 팩의 60~70%를 사용하도록 용량을 선택하세요. 셀에 스트레스를 줄 만큼 깊지도 않고, 사용하지 않는 용량에 돈을 낭비할 만큼 얕지도 않습니다.
예: AGV는 4시간마다 충전할 수 있으며 평균 전력 소비는 800W입니다. 800W에서 4시간은 3200Wh입니다. 48V에서는 67Ah입니다. 100Ah 팩은 사이클당 67%의 활용도를 의미합니다. 그것이 바로 좋은 장소입니다. 150Ah 팩은 주기당 45%만 사용하므로 유지 비용을 벌지 못하는 셀에 자본을 낭비하게 됩니다.
DOD 및 주기 수명: 이 지식을 통해 비용을 절약할 수 있습니다.
DOD는 방전 심도를 의미합니다. 배터리 수명에 미치는 영향은 대부분의 사람들이 생각하는 것보다 더 큽니다.
Battery University(batteruniversity.com)에서 게시한 테스트 데이터를 직접 인용하겠습니다.
100% DOD로 순환된 LFP 셀은 약 600사이클에서 80% 용량에 도달합니다. 40% DOD에서 순환된 동일한 셀은 3000주기 이상 지속됩니다. 동일한 배터리, 얕은 사이클링은 깊은 사이클링보다 수명 동안 몇 배 더 많은 총 에너지 처리량을 제공합니다.
이것이 실제로 무엇을 의미합니까? 정확히 필요한 용량을 구입하여 주기마다 소모하는 것보다 약간 더 큰 용량을 구입하여 절반만 사용하는 것이 더 좋습니다. 두 번째 접근 방식은 초기에는 저렴해 보이지만 배터리를 더 자주 교체하게 됩니다.
현재 표준 구성: SOC 바닥은 20%~25%, 상한은 80%~85%, 차량은 이 창 내에서 작동합니다. 기회 충전과 결합하면 배터리 수명은 완전 충전/방전 사이클링에 비해 2~3배 연장됩니다.
흔한 오해 하나
많은 사람들은 리튬 배터리를 "보정"하려면 주기적인 완전 방전이 필요하다고 생각합니다. 그것은 니켈 카드뮴에 대한 생각이며 리튬에 대해서는 완전히 잘못된 생각입니다. 심방전은 전극 구조를 손상시킵니다. 최신 BMS는 SOC 추정을 위해 쿨롱 계산을 사용하며 교정을 위해 빈 사이클이 필요하지 않습니다.
충전 전략: 기회 충전 또는 배터리 교체
두 가지 접근 방식 모두 그 자리를 차지합니다. 둘 다 본질적으로 "더 발전된" 것은 아닙니다.
기회충전
AGV 활용도가 75% 미만으로 유지될 때 작동합니다. 작업 대기, 대기, 싣고 내리는 동안 차량이 충전됩니다. 각 세션은 15~30분 동안 진행됩니다. 하루 동안 충분한 런타임을 추가합니다. 인간의 개입이 필요하지 않습니다. 1C 충전을 지원하는 LFP를 사용하면 15분이면 약 25%의 용량이 추가되어 한두 시간 더 작동할 수 있습니다.
배터리 교환
가동률이 95%를 초과하고 차량이 정지할 수 없을 때 작동합니다. 차량이 교체 스테이션에 진입하고 2~5분 안에 배터리를 교체한 후 즉시 작업을 재개합니다. 절충-: 각 차량에는 배터리 2~3개, 전용 교체 장비, 교체를 수행할 운전자가 필요합니다.
DHL의 사례는 주목할 만하다. 글로벌 유통 센터에서는 기회 충전 기능이 있는 Locus Robotics 협동 로봇을 사용합니다. 피킹 효율성은 50%에서 70%로 향상되었으며 작업장 부상은 15% 감소했습니다(출처: DHL 웹사이트 및 Logistics Viewpoints 보도). 이러한 효율성 향상은 로봇 자체에서만 나오는 것이 아닙니다. 기회 충전을 통해 진정한 24시간 무인 작동이 가능합니다. 인건비 절감 효과가 상당합니다.
추운 환경의 함정
창고에 냉장 구역이나 냉동 구역이 있는 경우 배터리 선택에 특별한 주의가 필요합니다.
리튬 배터리는 추위에 두 가지 문제가 있습니다. 첫째, 용량이 떨어집니다. 영하 10도에서 LFP는 용량의 85%를 유지합니다. 영하 20도에서는 70% 정도 됩니다. 둘째, 충전 제한: 영하에서 리튬을 충전하면 양극에 리튬 도금이 발생합니다. 이는 영구적인 손상에 안전 위험까지 더해집니다. 대부분의 BMS는 셀 온도가 0도 이하로 떨어지면 충전 전류를 거부합니다.
실용적인 솔루션: 추운 지역 외부에 충전 구역을 설정하거나(차량이 충전을 위해 나가고 완료되면 돌아옴) 예열 기능이 있는 배터리 시스템을 사용합니다(충전 전류를 수용하기 전에 영점보다 높은 온도로 셀을 따뜻하게 함).
AGV가 영하 25도 이하에서 장기간 작동하는 경우 표준 LFP로는 충분하지 않습니다. LTO 또는 특수 콜드 체인 배터리를 고려하십시오. SVOLT의 LMFP 셀은 영하 30도에서 작동한다고 주장합니다. 그들은 콜드체인 물류 분야에서 괜찮은 위치를 구축했습니다. 냉동고 애플리케이션에 대해 조사해 볼 가치가 있습니다.
숫자 실행
구체적인 수치. 48V AGV 1대, 2-교대 작동(매일 16시간), 5-년 목표.
납산 접근법
배터리(회전용 2개):$4,000
충전기:$1,500
연간 전기료(5년):$9,000
연간 유지 관리(5년):$3,000
교체(3년차):$4,000
다운타임 손실(5년):$12,000
5-년:총액$33,500
LFP 접근 방식
배터리(1개만):$12,000
급속 충전기:$3,500
연간 전기료(5년):$5,750
유지관리:$0
교체:$0
다운타임 손실(5년):$2,000
5-년:총액$23,250
절감액: $10,250, 약 31%
여기에는 5년 후 납산 폐기 비용이나 리튬 잔존 가치도 포함되지 않습니다.
리튬이 의미가 없는 경우는 언제입니까? 1교대 운영(일일 8시간 미만), 활용도 낮음. 납산의 낮은 초기 비용을 극복하는 데 7~8년이 걸립니다. 프로젝트 기간이 3~5년이고 실제로 1교대만 운영한다면 납산이 더 잘 나올 수 있습니다.
BMS: 보호 회로 그 이상
많은 사람들이 BMS를 단순한 보호 회로로 취급합니다. 과충전, 과{1}}방전, 과-전류, 과-온도 중에는 배터리를 차단하세요. 작업이 완료되었습니다. 최신 BMS는 훨씬 더 많은 기능을 수행합니다.
SOC 추정
좋은 BMS는 ±1% ~ 3% 범위 내에서 정확도를 달성합니다(Infineon의 기술 문서에서는 솔루션에 대해 ±1%를 주장합니다). 정확성이 왜 중요합니까? 파견 시스템은 각 차량의 실제 남은 충전량을 기준으로 작업을 할당할 수 있습니다. 높은-충전 차량은 장거리-거리 작업을 수행하고, 낮은-충전 차량은 단거리 주행을 하거나 충전을 시작합니다. SOC 추정 오차가 10%이면 이 최적화가 불가능해집니다.
SOH 모니터링
건강 상태 추적. 좋은 BMS는 각 배터리의 용량 저하 곡선을 추적하고 팩에 문제가 발생하면 몇 달 전에 경고합니다. 죽은 차량을 기다리고 긴급 가동 중지 시간을 처리하는 것보다 낫습니다.
온도관리
팩의 여러 지점에 걸쳐 실시간- 모니터링이 가능합니다. 핫존을 조기에 발견하고 문제가 확대되기 전에 전력을 줄입니다.
통신 인터페이스
창고 관리 시스템에 연결되는 CAN 버스 또는 RS485. WMS는 모든 차량의 배터리 상태를 확인할 수 있습니다.
BMS를 너무 저렴하게 구입하지 마세요. 우리는 고객이 예산 BMS 장치에서 수백 달러를 절약한 후 파견 시스템이 데이터를 전혀 사용할 수 없을 정도로 큰 SOC 추정 오류를 발견하는 것을 보았습니다. 기능이 없을 수도 있습니다.
인증: 단순한 서류작업이 아닙니다
UN38.3과 IEC 62619라는 두 가지 인증이 가장 중요합니다.
UN38.3
운송 안전을 다룹니다. 고도 시뮬레이션, 온도 순환, 진동, 충격, 단락, 과충전, 강제 방전을 테스트합니다. 국경을 넘는 모든 리튬 배터리에 필요합니다. UN38.3은 없습니다. 물류 회사는 그것을 건드리지 않을 것입니다.
IEC 62619
산업용 리튬 배터리 사용 안전을 다룹니다. 테스트 항목은 UN38.3과 중복되지만 못 관통, 낙하 테스트, BMS 기능 검증 등 운영 시나리오에 더 중점을 둡니다. IEC 62619는 유럽의 CE 마킹, 호주의 AS/NZS 인증, 일본의 PSE 승인에 대한 기술 기반을 형성합니다.
중요한 점: 인증은 제조업체가 아닌 특정 제품 모델에 적용됩니다. 일부 제조업체는 하나의 모델을 인증한 다음 판매하는 모든 제품에 인증서를 적용합니다. 구매할 때 인증서 모델 번호가 구매하려는 모델 번호와 정확히 일치하는지 확인하세요. 일치하지 않는 인증서는 쓸모가 없습니다.
공급업체 메모
우리가 다룬 몇 가지 사항은 다음과 같습니다.
중국 공급업체 중 BYD는 전동 지게차 리튬 배터리 분야에서 주요 시장 점유율을 차지하고 있으며, 중국 내 약 60%를 차지하는 것으로 알려졌습니다. 블레이드 배터리에는 10년 보증이 제공됩니다. CATL과 Hangcha는 특히 지게차 및 AGV 배터리를 전문으로 하는 Pengcheng New Energy라는 JV를 설립했습니다. 이미 행차 차량을 사용하고 계시다면 해당 채널이 더 원활할 수 있습니다.
서구 공급업체 중에서는 EnerSys NexSys 시리즈가 탄탄합니다. NexSys AIR 무선 충전 시스템은 동일한 인프라에서 납산, TPPL 및 리튬을 지원합니다. 귀하의 차량이 납산에서 리튬으로 전환 중이고 충전 장비 투자를 보호하려는 경우에 유용합니다.
공급업체를 평가할 때 물어볼 질문:
어느 셀 제조업체, 어떤 등급(A-등급 또는 B-등급)입니까? 베어 셀뿐만 아니라 팩에 대한 사이클 수명 테스트 데이터를 제공할 수 있습니까? 보증 적용 용량이 감소합니까, 아니면 완전한 고장만 발생합니까? 보증 청구를 어떻게 처리합니까(배터리를 국제적으로 배송하는 것은 비용이 많이 들고 느립니다)?
최종 생각
배터리 선택은 일회성-구매 결정이 아닙니다. 오늘 선택하는 것이 향후 5~10년 동안의 운영 비용과 유지 관리 복잡성을 결정합니다. 초기 구매 가격만 보지 마세요. 결정하기 전에 5-년간의 TCO를 계산해 보십시오.
진행 중인 특정 프로젝트가 있고 배터리 사양을 검증해야 하는 경우 작동 매개변수, 예산 범위, 특별 요구사항(냉장 보관, 방폭-, 특이한 크기)을 보내주세요. 우리는 이전에 이러한 지뢰 중 일부를 밟은 적이 있으며 이를 피하는 데 도움을 드릴 수 있습니다.
