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Fabricant de systèmes de batteries pour véhicules à guidage automatique (AGV) et de packs de batteries pour robots industriels : guide sur les batteries LiFePO4 à charge rapide et semi-solides

Dans un centre de traitement des commandes automatisé fonctionnant 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7, une usine d’assemblage automobile ou un entrepôt frigorifique, la disponibilité de la flotte dépend directement de la manière dont les systèmes de batteries des AGV sont conçus, rechargés et gérés. Les robots mobiles autonomes (AMR), les véhicules à guidage automatique (AGV) et les navettes des systèmes automatisés de stockage et de prélèvement (AS/RS) sont soumis à des exigences opérationnelles très différentes de celles du stockage de secours statique : cycles de recharge fréquents, encombrement vertical réduit, vibrations continues, télémétrie CAN / RS485 en temps réel avec les contrôleurs de flotte, ainsi que des contrôles stricts en matière de sécurité incendie dans les entrepôts.

En tant que fabricant de batteries spécialisé dans la technologie LiFePO4 hybride à l'état solide (semi-solide), le stockage d'énergie à usage commercial et l'assemblage de packs sur mesure, MegSolid accompagne les intégrateurs en automatisation industrielle et les équipementiers (OEM) du secteur de la robotique selon deux axes distincts : l’évaluation OEM/ODM spécifique à chaque projet pour des batteries de traction robotiques sur mesure (24 V, 36 V, 48 V / 51,2 V, 72 V et les plateformes AGV de manœuvre à haute tension), ainsi que des packs de batteries hybrides à semi-conducteurs standardisés de 51,2 V et des systèmes de stockage d’énergie C&I qui assurent la sauvegarde de l’infrastructure de recharge des entrepôts automatisés.

Schéma comparatif entre la recharge rapide ponctuelle, le remplacement de batterie et la recharge sans fil par induction pour les flottes d'AGV et d'AMR

Systèmes de recharge des batteries des AGV : recharge rapide 1C–3C ou remplacement de batterie ?

Le choix de l'architecture de recharge pour les systèmes de recharge des batteries des AGV détermine à la fois les caractéristiques techniques des cellules de batterie et le nombre total de robots nécessaires pour atteindre les objectifs de débit de l'entrepôt. Si une flotte perd plusieurs heures par équipe en raison d’une recharge trop lente et en l’absence de rotation des batteries de rechange, les intégrateurs peuvent avoir besoin de véhicules supplémentaires pour maintenir un flux constant de palettes ou de bacs ; l’impact réel sur la taille de la flotte dépend du cycle de service, de la fenêtre de recharge, de la distance parcourue et des objectifs de débit, et doit être quantifié par une simulation de flotte pour chaque site. Les ingénieurs en automatisation d’entrepôt évaluent généralement trois stratégies de recharge en fonction du cycle de service, de la surface au sol et des exigences en matière de taux de charge (C-rate).

Tableau 1 : Comparaison technique des systèmes de recharge des batteries des AGV et des AMR

Stratégie de facturationTaux C et sélection des cellules courants dans le secteurFenêtre de charge et cycle de service du taux de charge (SoC)Avantages opérationnelsPrincipaux goulots d'étranglement techniques à résoudre
1. Contact « Opportunity » avec recharge rapide (recharge en ligne)Gamme de produits industriels allant de 1C à 3C : batteries LFP à décharge rapide ou batteries LFP semi-solides (évaluation technique OEM/ODM spécifique au projet)Short top-up stops at workcells or conveyor handoffs within a 30%↔ 80% SoC band; restoring the full 50% SoC span takes roughly 10 minutes at a sustained 3C, 15 minutes at 2C, or 30 minutes at 1C under ideal conditionsÉlimine le besoin de salles dédiées au remplacement des batteries et de stocks de batteries de rechange ; permet une gestion continue de la flotte, 24 heures sur 24, 7 jours sur 7.Nécessite des cellules à faible impédance et à courant de charge élevé pour limiter l'échauffement dû à l'effet I²R, ainsi qu'une commande BMS avec précharge à courant nul afin d'éviter la formation d'arcs au niveau des contacts coulissants.
2. Remplacement automatisé ou manuel des batteriesLFP standard de 0,5 C à 1 C ou LFP hybride à état solideRemplacement mécanique en 2 à 5 minutes ; autonomie de 8 à 12 heures par poste (de 100 % à 15 % de niveau de charge)Réduit les pics de demande électrique sur les lignes d'alimentation des entrepôts ; les taux de charge modérés minimisent les contraintes thermiques subies par les cellules.Nécessite un stock de batteries de 1,5 à 2 fois supérieur, des connecteurs à emboîtement aveugle à cycle élevé et un espace au sol dédié au rack de recharge.
3. Recharge sans fil inductive à la voléeLFP de 1C à 2C ou LFP semi-solide (à évaluer dans le cadre du projet)Plaques inductives sans contact aux postes de tri ou de préparation des commandesÉlimine l'usure mécanique des balais et les contacts sous tension exposés ; convient aux salles blanches et aux sols soumis à des lavages humides ou corrosifs.Un rendement de transfert inductif compris entre 88 % et 93 % génère de la chaleur au niveau de la bobine, qui doit être isolée du boîtier de la batterie.

Résolution du problème d'arc électrique au niveau des points de contact glissants dans la recharge ponctuelle : « handshake » à courant nul et pré-charge du BMS

Dans les flottes d’AGV à recharge opportuniste, les véhicules s’accostent à plusieurs reprises contre des plaques collectrices en laiton fixées au sol ou contre des patins à balais en cuivre montés sur le côté. Si le bus principal de décharge/charge du bloc-batterie reste sous tension sur les patins collecteurs externes pendant l’accostage ou le désaccostage physique, l’établissement ou la coupure d’un circuit à courant continu de forte intensité peut provoquer un arc électrique au niveau des contacts coulissants. Les courants de charge varient en fonction de la puissance nominale du chargeur et de la conception du bloc-batterie ; dans de nombreuses configurations de flottes, ils atteignent une plage comprise entre 100 A et 200 A, ce qui correspond à un scénario de risque technique représentatif plutôt qu’à une valeur fixe. Au fil de milliers d’opérations d’accostage, les arcs électriques au niveau des contacts creusent des piqûres dans les plaques de cuivre, augmentent la résistance de contact et peuvent souder les contacteurs mécaniques en position fermée.

Afin de réduire le risque d'arc électrique au niveau des contacts dans les systèmes de recharge de batteries pour AGV conçus sur mesure, le système de gestion de batterie (BMS) et le chargeur d'appoint peuvent être configurés pour coordonner une séquence d'amarrage à courant nul dans le cadre d'une évaluation technique OEM/ODM spécifique au projet :

Schéma de mise en station de recharge d'un AGV en trois étapes, illustrant les contacts isolés, la procédure de reconnaissance pilote et la rampe de courant de précharge contrôlée

Pourquoi les batteries de stockage d'énergie standard de 0,5 C ne peuvent pas être utilisées pour une recharge rapide « Opportunity » de 2 C à 3 C

Une erreur courante en matière d’approvisionnement dans le domaine de la robotique d’entrepôt consiste à tenter d’utiliser des cellules de stockage d’énergie fixes standard de 0,5 C, telles que les cellules LFP de grand format de 314 Ah utilisées dans les armoires de secours résidentielles ou C&I, pour une recharge rapide en ligne de 2C à 3C. Les cellules de stockage d’énergie stationnaires utilisent des revêtements d’électrodes épais optimisés pour la capacité énergétique et des débits de charge de 2 heures (0,5C à 0,64C). Par exemple, la cellule stationnaire MEG-Solid-512314FL1 (51,2 V, 314 Ah) commercialisée par MegSolid spécifie un courant de charge maximal de 200 A et un courant de décharge continu maximal de 200 A (environ 0,64 C), tandis que le modèle mobile MG 512314 (51,2 V, 314 Ah) indique un courant de charge/décharge maximal de 200 A sans préciser de valeur nominale continue distincte.

Le fait d'imposer un courant de charge compris entre 2C et 3C à une cellule conçue pour 0,5C entraîne de graves goulots d'étranglement liés à la diffusion ionique, un échauffement interne élevé dû à l'effet I²R et la formation d'un dépôt de lithium métallique sur l'anode en graphite. Lorsqu’une application AGV ou AMR vise une recharge rapide opportuniste de 1,5C à 3C pendant les brefs arrêts de transfert sur convoyeur, la sélection des cellules, la capacité de décharge rapide (C-rate) des électrodes, la section des barres omnibus et la dissipation thermique doivent faire l’objet d’une conception spécifique et être vérifiées lors de la conception du pack par l’OEM/ODM, plutôt que de se contenter de remplacer des modules de stockage stationnaires standard.

Blocs-batteries au lithium et semi-solides pour robots mobiles autonomes (AMR)

Les robots mobiles autonomes (AMR) de type « Goods-to-Person » (G2P) à passage par le dessous, les robots autonomes de prélèvement de bacs et les navettes des systèmes de stockage et de récupération automatisés (AS/RS) à rayonnages en hauteur imposent des contraintes géométriques, thermiques et de sécurité incendie strictes à la conception des batteries des robots mobiles autonomes (AMR).

1. Compromis entre le format compact du châssis et la densité énergétique

Les AMR d'entrepôt de type « under-ride », qui circulent sous des rayonnages mobiles, ont généralement une hauteur totale de châssis comprise entre 120 mm et 160 mm seulement. Une fois pris en compte la garde au sol, les moteurs d'entraînement, les actionneurs de levage et les capteurs LiDAR, l'espace réservé au compartiment de batterie est souvent limité à une cavité de 1U ou 2U. Les batteries fixes standard disponibles sur le marché, telles que la MEG-Solid-512314FL1 de MegSolid (830 × 500 × 230 mm, environ 125 kg) ou la MG 512314 (900 × 570 × 420 mm, 135 kg), sont dimensionnés pour des locaux fixes ou des chariots mobiles à roulettes plutôt que pour des baies AMR compactes.

Pour les châssis compacts de robots mobiles autonomes (AMR) et de navettes, les équipementiers en robotique collaborent avec les fabricants de batteries afin d’évaluer des géométries sur mesure allant de la cellule au pack, ainsi que des options de cellules à plus haute densité énergétique. Dans la pratique industrielle, les cellules LFP conventionnelles offrent généralement une densité énergétique comprise entre 140 et 160 Wh/kg au niveau de la cellule, tandis que des formulations hybrides avancées à l'état solide (semi-solides) font l'objet de recherches et sont déployées dans l'ensemble du secteur afin d'augmenter la densité énergétique gravimétrique et volumétrique dans des boîtiers aux dimensions restreintes. La densité d’énergie gravimétrique spécifique (Wh/kg), la densité volumétrique (Wh/L) et l’autonomie d’un pack AMR sur mesure dépendent du format de cellule choisi, de la masse du boîtier de protection et du matériel BMS, et doivent être vérifiées par le biais d’une modélisation mécanique et électrique spécifique au projet, réalisée par l’OEM/ODM.

2. Réduction des risques d'incendie dans les entrepôts de traitement des commandes équipés d'un système AS/RS à rayonnages en hauteur

Dans les systèmes automatisés de stockage et de prélèvement (AS/RS) à haute densité, des dizaines de navettes robotisées circulent sur des rails en treillis d’aluminium au-dessus de dizaines de milliers de bacs de stockage en plastique. Étant donné qu'un seul incident thermique à l'intérieur d'une grille surélevée est difficile à atteindre pour les sprinklers fixés au plafond, les opérateurs de logistique tiers (3PL), les assureurs d'entrepôts et les autorités chargées de la sécurité examinent minutieusement la composition chimique des batteries et leur résistance aux mauvais traitements, conformément à des normes telles que la CEI 62619 (cellules et batteries au lithium secondaires destinées à des applications industrielles, y compris les véhicules à guidage automatique (AGV)) et UL 2580 (batteries destinées aux véhicules électriques et aux chariots de manutention).

MegSolid's technologie des batteries hybrides à l'état solide (semi-solides) associe des électrolytes solides à des composants liquides et à une cathode LiFePO₄ thermiquement stable afin de réduire les risques d'emballement thermique associés aux batteries lithium-ion conventionnelles à électrolyte liquide libre. Sur notre modèle stationnaire de 51,2 V (MEG-Solid-512314FL1), la page produit mentionne les références UL, CE et UN38.3 (tandis que le modèle mobile MG 512314, référencé sous le nom de « Solid LFE » et dont l’architecture électrolytique n’est pas confirmée dans la documentation publique, mentionne les normes CEI 62109-1, CEI 62109-2, UL 1741, EN 61000-6-1, EN 61000-6-3, FCC 15 Classe B et RoHS ; les normes CEI 62109 et UL 1741 s’appliquant principalement aux équipements de conversion de puissance, il convient de vérifier le titulaire du certificat et le champ d’application). Lors de la conception de batteries sur mesure pour AGV ou AMR destinées aux entrepôts automatisés, les certifications requises au niveau de la batterie, telles que UL 2580, CEI 62619 ou UN 38.3, ainsi que les rapports d’essais correspondants, doivent être définies et vérifiées pour l’assemblage final sur mesure. Découvrez notre architecture de cellules et de systèmes sur notre Pôle « Systèmes de stockage d'énergie à l'état solide » →

3. Entrepôts frigorifiques de la chaîne du froid (de -20 °C à -30 °C) et limites de gestion thermique

Les centres logistiques automatisés de la chaîne du froid utilisent des robots mobiles autonomes (AMR) et des navettes à palettes à l'intérieur des chambres de congélation (-18 °C à -30 °C) afin de réduire l'exposition du personnel à des températures inférieures à zéro. Cependant, l'électrochimie des batteries au lithium se heurte à une limite physique stricte entre la décharge et la charge à des températures inférieures à zéro :

Conception de packs de batteries sur mesure pour la robotique et l'automatisation des entrepôts intelligents

Infographie présentant la recharge rapide, la procédure de connexion à la station d'accueil, la conception de batteries à profil bas et les considérations relatives à la sécurité des batteries utilisées en robotique industrielle

Étant donné que chaque plateforme AGV, AMR et chariot élévateur sans pilote présente une cavité de châssis, une tension de moteur de traction et une pile logicielle de flotte qui lui sont propres, les fabricants de robots passent généralement des batteries prototypes disponibles dans le commerce à des blocs-batteries OEM/ODM sur mesure dès qu’un véhicule entre en production commerciale. Les plages de tension, de capacité, de taux de décharge (C-rate), d’indice de protection et de protocole indiquées dans le tableau 2 décrivent les exigences techniques typiques d’un projet d’AGV ; il ne s’agit pas de paramètres standard publiés par MegSolid, et chacune d’entre elles fait l’objet d’une évaluation technique OEM/ODM spécifique au projet.

Tableau 2 : Matrice d'applications des batteries pour la robotique et l'automatisation des entrepôts (périmètre OEM/ODM par rapport aux plateformes standard)

Catégorie d'applicationPlage de tension et de capacité typique dans ce secteurCycle de service et profil mécaniquePérimètre de la route d'approvisionnement et de la vérification MegSolid
1. Navettes AS/RS et robots mobiles de tri (AMR)Personnalisable : 24 V (25,6 V) / 36 V (38,4 V), 20 Ah à 60 AhChâssis 1U/2U à profil bas, recharge fréquente, connexion par dock à montage aveugleÉvaluation OEM/ODM spécifique à chaque projet via /bess-oem-odm/ ; taux de décharge (C-rate) des cellules, dimensions et protocole BMS vérifiés pour chaque projet.
2. AMR de type « Goods-to-Person » (G2P) à montage sous le châssisSur mesure : 48 V (51,2 V), 40 Ah à 120 AhEncombrement rectangulaire compact, durée de vie élevée sur des microcycles de 30 % à 80 % de niveau de charge (SoC)Évaluation OEM/ODM spécifique au projet ; dimensions de boîtier personnalisées, circuit de précharge et intégration CAN / RS485.
3. Chariots élévateurs à contrepoids sans conducteur et AGV de tractionSur mesure : 48 V / 72 V / 80 V, 150 Ah à 600 AhPics de courant élevés, absorption de l'énergie de freinage régénératif, boîtier de contrepoids en acier robusteÉvaluation OEM/ODM spécifique au projet pour des boîtiers en acier lestés et des systèmes de gestion de batterie (BMS) à courant élevé destinés à la traction.
4. Chariots de test fixes / mobiles de secours de 51,2 VModèles commercialisés : MEG-Solid-512314FL1 (51,2 V, 314 Ah, 16,07 kWh) et MG 512314 (16 076 Wh)MEG-Solid-512314FL1 : charge maximale de 200 A, décharge continue maximale de 200 A, 8 000 cycles à 80 % de profondeur de décharge (DoD) ; MG 512314 : charge/décharge maximale de 200 A, ≥ 6 000 cycles à 25 °C et 80 % de la capacité résiduelle (EOL) ; interfaces RS485 / RS232 / CANProduits MegSolid standardisés (43,2–57,6 V pour les modèles fixes ; 40–58,4 V pour les modèles mobiles, jusqu’à 6 unités en parallèle).
5. Sous-station de recharge intelligente pour flottes d'entrepôts (BESS)Modèles ESSA commercialisés (55,3–215,04 kWh) et Energon (261,24 kWh / 125 kVA, batterie LFP à refroidissement liquide)Égalisation des pics de consommation pour assurer à la fois l'alimentation des chargeurs rapides des AGV et l'alimentation de secours 24 h/24 et 7 j/7 du système AS/RSMegSolid normalisé C&I BESS (ESSA0100B-0215 à 672–850 V CC ; Energon à 676–936 V CC).

Trois spécifications techniques essentielles (OEM/ODM) à définir dans votre appel d'offres en robotique

Lorsque vous nous soumettez une conception personnalisée de bloc-batterie dans le cadre d'une demande relative à la robotique, Équipe d'ingénierie spécialisée dans la conception OEM/ODM de systèmes de stockage d'énergie par batterie (BESS) et de batteries industrielles sur mesure, les responsables du matériel et des micrologiciels doivent définir trois paramètres système essentiels :

FAQ

Comparez la recharge ponctuelle, le remplacement de batterie et la recharge par induction en fonction du cycle de service mesuré. La recharge ponctuelle convient aux arrêts courts et fréquents lorsque les cellules et le chargeur prennent en charge le taux de décharge (C-rate) requis. Le remplacement de batterie nécessite un stock supplémentaire et une station de remplacement, tandis que les systèmes à induction exigent des analyses d'efficacité et de conception thermique.

Il ne faut pas en déduire cela. La batterie MEG-Solid-512314FL1 telle qu'elle est présentée prend en charge une charge maximale de 200 A pour une capacité de 314 Ah, soit environ 0,64 C. Une batterie de robot de 2C à 3C nécessite des cellules à haut débit, une conception spécifique des barres omnibus et du système de refroidissement, ainsi qu’une vérification de la protection du BMS (système de gestion de batterie) adaptée au projet avant la production.

Utilisez des plots de collecteur isolés pendant le déplacement, vérifiez la polarité et la résistance de contact à l'aide d'une procédure de reconnaissance pilote, puis effectuez une précharge avant de fermer le circuit d'alimentation principal. Le chargeur doit ramener le courant à zéro avant le désaccouplement. Vérifiez l'intégralité de la séquence dans les conditions prévues de courant de contact et d'accouplement.

Veuillez indiquer les dimensions disponibles du compartiment de batterie, la tension nominale du système, la capacité visée, les courants d'entraînement en continu et de pointe, le régime de levage, les plages de charge, les températures de fonctionnement et les interfaces avec les contrôleurs de la flotte. Ces informations permettent de déterminer le format de cellule, le circuit de protection, le boîtier mécanique et la procédure de qualification à évaluer.

Les plateformes 51,2 V proposées par MegSolid intègrent des interfaces RS485, RS232 et CAN. Les protocoles de couche supérieure tels que CANopen, SAE J1939, Modbus RTU ou ROS 2 constituent des demandes d’intégration spécifiques à chaque projet et ne sont pas des fonctionnalités garanties. Veuillez fournir le fichier DBC du contrôleur ou la carte des registres afin que nous puissions évaluer la compatibilité.

Le modèle MEG-Solid-512314FL1 commercialisé mesure 830 × 500 × 230 mm et pèse environ 125 kg ; le modèle mobile MG 512314 est plus grand. Les baies AMR compactes nécessitent souvent une disposition « cellule-à-pack » spécialement conçue ; il convient donc de vérifier le dégagement du châssis, l'accès pour la maintenance, les charges vibratoires et le refroidissement avant de choisir une batterie.

Commencez par prendre en compte la charge simultanée des chargeurs, la coïncidence effective des événements de connexion, la capacité des lignes d'alimentation, l'objectif de réduction des pics de consommation et la durée de secours requise. Le MegSolid ESSA0100B-0215 et Energon sont des options normalisées C&I à évaluer. La batterie de recharge de la flotte et le BESS de l'entrepôt en amont ont des limites de conception et de contrôle distinctes.

Vérifiez auprès du fabricant d'équipement d'origine (OEM) et des autorités locales les exigences en matière d'évaluation au niveau du pack. Les batteries destinées aux véhicules industriels peuvent nécessiter une évaluation selon la norme UL 2580, tandis que les installations de stockage d'énergie dans les bâtiments sont soumises à des exigences distinctes. Demandez des rapports d'essai portant spécifiquement sur le pack sur mesure, l'interface du chargeur et l'application prévue pour le véhicule.

Définissez le périmètre de conformité des équipements et des batteries pour l'installation prévue et vérifiez les justificatifs d'évaluation et de transport conformes à la norme CEI 62619, le cas échéant. Soumettez à examen la tension du robot, son encombrement mécanique, l'interface BMS et son comportement de charge. La documentation publiée relative aux modules MegSolid ne doit pas être considérée comme une certification d'un nouvel ensemble sur mesure.

Fournir les contraintes d'installation locales, les spécifications relatives à l'alimentation des chargeurs et aux connecteurs, les données sur le cycle d'utilisation de la flotte, les températures ambiantes, ainsi que la documentation requise par le client ou le marché de destination. MegSolid peut évaluer la configuration mécanique, le choix des cellules LiFePO4 ou semi-solides, ainsi que le protocole BMS, en fonction des spécificités de chaque projet OEM/ODM.

Collaborez avec MegSolid pour des solutions sur mesure de batteries pour la robotique (OEM/ODM) et de stockage en entrepôt C&I

Que vous soyez un équipementier (OEM) spécialisé dans la robotique soumettant des exigences spécifiques en matière de batteries 24 V / 36 V / 48 V / 72 V pour des AGV et AMR, en vue d’une évaluation technique OEM/ODM spécifique à un projet, que vous soyez un fabricant de postes de travail mobiles intégrant nos packs de batteries standardisés de 51,2 V et 314 Ah, ou un maître d’œuvre (EPC) spécialisé dans l’automatisation d’entrepôts et recherchant une solution de stockage C&I pour les centres de recharge de flottes, MegSolid fournit des spécifications techniques transparentes et une assistance technique OEM/ODM :

MegSolid (Hong Kong) Limited se consacre à la R&D, à la conception et à la fourniture de systèmes de stockage d’énergie haute performance. Forts de dix ans d’expérience technique, nous proposons à nos clients du monde entier des systèmes ESS sur mesure en armoires extérieures, des onduleurs résidentiels et des solutions d’alimentation portables.
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