Индустриални зарядни устройства

Начало > Електроапаратурa > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 8/2022 > 30.11.2022

  • Множество превозни и подемно-транспортни системи в съвременната промишленост и логистика използват тягови акумулаторни батерии, за чието презареждане са необходими надеждни зарядни устройства от индустриален клас

  • Налице е широка гама от зарядни технологии за индустриални батерии, базирани на различни технологии, които значително се различават помежду си по показатели като рентабилност, изисквания за поддръжка, гъвкавост и безопасност

  • По отношение на интерфейсната технология различаваме няколко основни типа индустриални зарядни устройства – класическите кабелни системи с щепсел и контакт, т. нар. плъзгащи се контакти, както и все по-популярните безконтактни индукционни ленти

 

Множество превозни и подемно-транспортни системи в съвременната промишленост и логистика, като електро- и робокари, стакери, самонасочващи се превозни средства (AGV), автономни мобилни роботи, почистващи машини и др., използват тягови акумулаторни батерии, за чието презареждане са необходими надеждни зарядни устройства от индустриален клас. Те се отличават със здрави конструкции, устойчив дизайн, издръжливи хардуерни компоненти и интелигентни софтуерни функции. Изборът на подходящо решение изисква задълбочено проучване на приложението и потенциалните предимства и недостатъци на избраната технология в конкретния сценарий.

 

Технологични възможности

Производителите на индустриални превозни средства, машини и системи с тягови батерии залагат предимно на литиево-йонната технология поради големия й капацитет за съхранение на енергия, който може да осигури достатъчна мощност дори за тежки промишлени приложения. Li-ion акумулаторите и техните разновидности – LFP (литиево-желязо-фосфатни) и LTO (литиево-титанатни), осигуряват множество предимства на оборудването в складовата дейност, производството и логистиката. Те се отличават с дълъг сервизен живот и позволяват дадена машина да бъде експлоатирана продължително, дори в рамките на целия си жизнен цикъл, без необходимост от подмяна на акумулатора. През последните години общите разходи за притежание (TCO) – ключов показател за икономическата пригодност на дадена технология, значително намаляха в сравнение с тези при оловните батерии, които доминираха пазара на индустриални решения в миналото. В допълнение, зарядният капацитет на литиево-йонните батерии позволява прекъсване и подновяване на зареждането по всяко време в зависимост от работния режим на оборудването, без риск от деградиране на системата.

Зарядните устройства могат да бъдат захранвани от променливотокови (AC) или постояннотокови (DC) източници. Спецификациите за зарядни устройства за индустриални батерии, подобно на тези в потребителския клас, включват входно напрежение, ток на зареждане, изходно напрежение и работна температура. Все по-популярни стават т. нар. интелигентни зарядни решения, които разполагат с функции за автоматично прекъсване на цикъла на зареждане при запълване на капацитета на батерията. Средствата за визуализация на процеса и големината на клетките са други важни параметри на индустриалните зарядни устройства.

Що се отнася до популярните конфигурации при зарядните системи, на пазара са налични широка гама от модели, базирани на различни технологии, които значително се различават помежду си по показатели като рентабилност, изисквания за поддръжка, гъвкавост и безопасност. В зависимост от позицията на монтаж индустриалните зарядни устройства се подразделят на два основни типа – стационарни външни зарядни и “on-board” (бордови) – вградени в превозното средство или машина решения. Първите изискват приближаване на оборудването до станцията и осъществяване на контакт, както е и при потребителските електронни и електрически системи. Устройствата могат да бъдат разположени в специални помещения или да представляват индивидуални станции в близост до работната зона на всеки служител, за да бъдат удобно използвани за бързо презареждане при необходимост или при възможност. Вградените в оборудването зарядни устройства са компактни и изискват единствено достъп до мрежово захранване, като презареждането на съответната машина или система може да се случи навсякъде, където е налице необходимият извод.

По отношение на интерфейсната технология различаваме няколко основни типа индустриални зарядни устройства – класическите кабелни системи с щепсел и контакт, т. нар. плъзгащи се контакти, както и все по-популярните безконтактни индукционни ленти, предназначени предимно за самонасочващи се превозни средства и мобилни индустриални роботи.

 

Кабелни зарядни устройства

Кабелните зарядни устройства са класическо решение, което с времето е доказало в практиката множеството си предимства. Те са лесни за използване, сравнително евтини за производство и поддръжка, а при правилна експлоатация се гарантира надеждно захранване и дълговечност на системата. Такива конфигурации често се използват в стратегиите за пълно нощно зареждане на оборудването извън работния му график и обикновено са позиционирани в групи (терминали) на специално обозначени за целта локации в цеха. С оглед на безопасността на персонала колонки и други типове стационарни станции за кабелно зареждане обикновено не се разполагат в непосредствена близост до работните пространства. Високоповдигачите или останалите системи с батерийно захранване в цеховете се налага да пропътуват известно разстояние, за да достигнат станцията, което в дадени ситуации може да бъде отчетено като известен минус на технологията. Реално това е изминат път без добавена стойност, а в случаи на пълно изтощаване на акумулатора може да се наложи и ръчно избутване на машината до зарядното устройство.

Сред положителните страни на кабелните станции за презареждане са високата ефективност на зареждане, тяхната здравина и висока устойчивост на негативни въздействия в тежки индустриални условия. Това важи в пълна сила за корпусите им, но почти не се отнася за един ключов техен елемент – кабелите. Те крият сериозни рискове от повреждане вследствие на множество характерни за промишлените среди явления, например стопяване при високи температури, прегазване на кабелите от друга машина, оплитане, отскубване при случайно закачане и др. Оказва се, че подобни инциденти съвсем не са рядкост в индустрията и се оказват сериозно “скрито” бюджетно перо при този тип системи.

Друг потенциален минус на кабелните зарядни устройства е рискът служителите да забравят да включат щепселите в контактите на превозните средства и машините в края на работната си смяна и да започнат следващата без готово за работа оборудване. Към недостатъците на технологията добавяме сравнително трудната синхронизация на зарядните с работните цикли на машините, необходимостта от големи и тежки акумулатори, сериозните предизвикателства пред автоматизиране на процеса, както и невъзможността превозните средства да се използват по време на презареждане.

 

Плъзгащи се контакти и индукционни ленти

Когато индустриалните превозни средства и машини не се управляват от водач, а са автономни, например AGV системите, мобилните роботи, робокарите и др., е логично и икономически рентабилно да се инвестира в технология, която позволява автоматизирано презареждане и не налага ръчни действия от страна на оператор.

Популярно решение в съвременните складове, логистични центрове и производствени халета са т. нар. плъзгащи се (sliding) контакти. Подобно на кабелните станции, те са предназначени за фиксиран монтаж в инфраструктурата на помещението (на под, стена или върху специална конзола). За се осъществи свързване на батерията на машината с източника на захранване е необходим втори контакт, съответстващ на фиксирания, който е разположен върху самото превозно средство или система.

Основен плюс на технологията е нейната относителна простота. Зареждане протича обаче само при плътен контакт между двете контактни пластини, като за целта автономното превозно средство трябва да разполага с усъвършенствани възможности за управление на движението. Необходим е и специален комуникационен интерфейс за обезпечаване на зарядния процес. Тези особености доста повишават себестойността на подобен тип решения в дадени приложни сценарии.
Предимство на концепцията е, че за разлика от кабелното зареждане позволява пълно автоматизиране на процеса. Опростеният контактен метод, изискващ монтажа само на две проводящи пластини, позволява изключително лесна и бърза интеграция, макар системата реално да изисква и допълнителни промени в инфраструктурата на обекта.

Като минуси могат да бъдат посочени необходимостта от комплексни възможности за самоуправление на автономното оборудване и рискът от износване на пластините, задължителното условие за плътен контакт. В допълнение техниката на презареждане, както е и при кабелните станции, налага превозното средство или машина да бъдат временно изведени от експлоатация.

Все по-популярна в индустрията става технологията за безжично зареждане на автономни превозни средства, роботи и друго мобилно оборудване посредством интегрирани в подовата инфраструктура индукционни линии със захранващи проводници. Презареждането на батериите на оборудването се осъществява посредством постоянно магнитно поле, генерирано от проводниците. Сред аргументите в полза на инвестиция в такова решение е възможността за цялостно автоматизиране на процеса на презареждане.

Водещо предимство на концепцията е, че позволява безконтактно презареждане “в движение”, като така не се налагат загуби на ефективност и производителност вследствие на престои в неподвижно състояние. Най-големият й минус за повечето предприятия реално е необходимостта от голяма финансова инвестиция. Не само самото технологично решение все още е сравнително скъпо и налага детайлна поддръжка, която отнема време, средства и усилия, но и внедряването му изисква сериозни конструктивни промени в инфраструктурата на обекта. Последните са необходими с цел инсталиране на проводниците в подовите повърхности. Това може да наложи продължително извеждане на обекта от експлоатация и изисква задълбочено предварително проектно проучване и планиране. С развитието на зарядните технологии през следващите години се очаква индукционните решения постепенно да поевтинеят и да станат достъпни за все повече малки и средни предприятия, като така вероятно ще отпадне основната бариера пред масовата им популяризация.


Вижте още от Електроапаратурa


Ключови думи: индустриални зарядни устройства, индустриални батерии, кабелни зарядни устройства, плъзгащи се контакти, индукционни ленти, AGV, мобилни роботи, робокари, електрокари



Редактор на статията:

Пепа Петрунова

Пепа Петрунова

Редактор

  • Завършва специалност "Журналистикa" в СУ "Св. Климент Охридски";

 

  • Заема длъжността редактор "Списания" от 2013 г.;

 

  • Разполага с над 15 години опит в разработването на оперативни материали и технически статии в широк кръг от тематични области.

 

Пепа Петрунова в LinkedIn

Новият Специален брой: Иновации за автомобилната индустрия - оборудване и технологии/2024

Специален брой: Иновации за автомобилната индустрия - оборудване и технологии-2024

  ЧЕТЕТЕ БРОЯ ОНЛАЙН

ВСИЧКИ СТАТИИ | АРХИВ

Top