• LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • PARTNERLOGIN

ElektronikFOKUS

Fokus på elektronik

  • Branchenyt
  • Design & udvikling
  • Events
  • IoT & embedded
  • Komponenter & konnektorer
  • Power
  • Produktion
  • Test & mål
  • Wireless & data
  • Artikler fra Aktuel Elektronik

Artikler fra Aktuel Elektronik15. 10. 2024 | Pia Nielsen

BMS giver smartere og bedre mobile robotter

Artikler fra Aktuel Elektronik15. 10. 2024 | Pia Nielsen

I en verden, hvor automatiske lagre og produktionsfaciliteter bliver hverdag, er en nøjagtig styring af hver komponent af afgørende betydning. Downtime er et fy-ord, og de autonome robotter og køretøjer kræver præcis styring, som ikke må fejle. Det kræver igen en omhyggelig monitering af batterierne af hensyn til både funktion og levetid. Analog Devices har udviklet et BMS-system (Batteri Management-Systemer) til netop disse applikationer

Artiklen har været bragt i Aktuel Elektronik nr. 10 – 2024 og kan læses herunder uden illustrationer, diagrammer og tabeller
(læs originaludgaven her)

Af Rafael Marengo, system applikationsingeniør, Analog Devices Inc.

Valg af en egnet batteripakke med et tilhørende batteri management-system (BMS) er kritisk i designet af en autonom mobil robot (AMR). I de tæt pakkede miljøer i lagre og moderne produktionsfaciliteter, hvor hver kvadratcentimeter og hvert sekund tæller, er en pålidelig funktion af alle komponenter af afgørende betydning.
BMS-løsninger kan levere præcise målinger for op- og afladning af batterierne i en AMR, så kapaciteten bruges fuldt ud. Præcise målinger fører til en eksakt beregning af battericellernes ladningsstatus (state-of-charge, SoC) og afladningsdybde (DoD), der begge er vitale parametre for at opnå smartere arbejdsflow for de mobile robotter. Lige så vigtigt er sikkerhedsaspekterne i disse systemer, og robotternes BMS-teknologier skal derfor også sikre beskyttelse mod overopladning og overstrømme i applikationerne.
BMS er et elektronisk system til tæt monitering af forskellige parametre i en batteripakke og/eller batteriets individuelle celler. Systemet er kritisk for at opnå den maksimale kapacitet i batterierne med en samtidig sikker og pålidelig drift. Desuden kan et BMS udlæse vigtige parametre som cellespændinger, SoC, DoD, helbredstilstand (state-of-health, SoH), temperatur og strømme, der alle kan bruges til at få den bedste ydelse ud af systemet.
SoC, DoD og SoH er blandt de vigtigste parametre i et BMS til at afgøre, om systemet er sundt, sladre tidligt om fejl, ældning af cellerne og forventet resterende levetid for batteriet. SoC er defineret af ladningsniveauet i batteriet i forhold til den totale kapacitet og måles derfor i procent fra 0 procent for et fladt batteri til 100 procent for fuldt opladet. SoH er defineret af batteriets maksimale kapacitet (Cmax), der kan udtrækkes i forhold til den nominelle kapacitet. DoD er den modsatte måling af SoC og fortæller om den procentdel af batterikapaciteten, der er blevet afladet (Creleased relativt til det nominelle Crated).


Er det relevant for en AMR-løsning?
SoC for et batteri varierer med batteriarkitekturen, hvorfor det er nødvendigt at have et nøjagtigt system til måling af batteriets tilstand. Normalt er Li-Ion- og blybatterier de foretrukne til autonome robotter, hver med sine fordele og ulemper og en række underkategorier. Generelt ses Li-Ion som det bedste til robotter, da Li-Ion har følgende kvaliteter:
● Større energitæthed som regel 8-10 x over blysyrebatterier.
● Li-Ion-batterier er altså lettere end blysyrebatterier med samme kapacitet.
● Ladetiden for blysyre er længere end for et Li-Ion-batteri.
● Li-Ion-batterier har en længere levetid med betragteligt flere op- og afladecyklusser.
Det er dog fordele, som medfører en højere pris og nogle helt egne udfordringer, som skal overvindes, hvis man skal udnytte kemiens potentiale fuldt ud.
For bedre at forstå en real-life applikation kan vi se på plottet i figur 2, der sammenligner DoD for et blysyre- med et Li-Ion-batteri. Man kan se, at pakkespændingen varierer minimalt for et Li-Ion-batteri ved en DoD mellem 0 procent og 80 procent. Netop 80 procent af DoD er den nedre grænse for et Li-Ion-batteri, da al afladning under 20 procent af nominel kapacitet skal ses som et faretruende lavt niveau. Da batteripakkespændingen for et Li-Ion-batteri kun ændrer sig minimalt inden for det brugbare område, så ville selv en lille målefejl for batterispændingen kunne medføre en betydelig forringelse af batteriets ydelse og levetid.

Illustration af et real-life scenarie
Vi kan jo forestille os en AMR med et 24V-system, som bruger en 27,2V LiFePo4 batteripakke, hvor hver celle har en cellespænding på 3,4V i fuldt opladet tilstand (figur 3). Den gængse profil for SoC i sådan et batteri kan ses i tabellen i figur 6.
For LiFePo4-batterier varierer det brugbare ladningsområde, men som tommelfingerregel kan man sige, at minimum SoC er 10 procent og maksimum 90 procent. Alt under et 10 procent niveau kan føre til en intern kortslutning af batteriet, mens opladning over 90 procent reducerer levetiden for denne batteritype.
Med henblik på tabellen i figur 6 læg så mærke til, at spændingsområdet for hver celle er på 350mV, hvilket for en 27,2V batteripakke med otte celler svarer til 3,2V. Det fører til følgende konklusioner: Hvis det brugbare spændingsområde for en LiFePo4-battericelle er 350mV, så reducerer hver 1mV af målefejl på cellen rækkevidden med 0,28 procent. Og hvis en batteripakke koster 4000USD, så giver det en økonomisk fejl på forsyningen på 4000USD × 0.28 procent = 11,20USD/mV fejl, hvad der vil være en meget dyr underudnyttelse af et batterisystem.
Selv om 0,28 procent lyder af meget lidt, så bliver det en betragtelig mængde, når man opskalerer til multiple AMR-systemer, hvor fejlen skal multipliceres med hundreder eller måske tusinder. Fejlen forstærkes, hvis den naturlige ældning og dermed degradering af batterierne også kommer med i betragtning.
Den naturlige degradering spiller også en vigtig rolle for batteriets helbred, da den maksimale SoC for et batteri vil forringes (figur 4), hvorfor en præcis måling af cellerne er den bedste måde at sikre sig, at ydelsen for batteriet bliver holdt på et optimalt niveau, selv når den naturlige degradering tages med i betragtning.
Monitering af alle parametre og en præcis styring af batteriets brug er altså den bedste måde at udvide batteriets levetid til den maksimale og få glæde af hver eneste coulomb af ladning i cellerne.

Sådan kan ADI’s BMS-løsninger løfte produktiviteten og løse problemerne
Så hvilke teknologier kan ADI’s BMS-løsning give for at forbedre og opnå den høje ydelse i mobile robotapplikationer? Jo, præcisionen i BMS’en kan i høj grad forbedre effektiviteten i batterier gennem meget præcise målinger på cellerne for at give en mere detaljeret styring og estimering af SoC på tværs af forskellige batterikemier. Måling på hver celle individuelt giver en sikker monitering af batteriets helbred. Den præcise monitering letter en balanceret opladning og forhindrer cellerne i overopladning og utilsigtet afladning. Desuden øger de synkrone strøm- og spændingsmålinger præcisionen af de opsamlede data. En ekstremt hurtig overstrømsdetektering detekterer hurtigt fejl og kan udløse nødstop af hensyn til sikkerhed og pålidelighed.
ADBMS6948 leverer alle de nøglespecs, som mobile robotter kræver, men nogle få specs er kritiske inden for BMS-designovervejelser i mobile robotter:
● Lille total målefejl (TME) over den samlede levetid, (-40°C til +125°C).
● Simultan og kontinuert måling af cellespændinger.
● Indbygget isoSPI-interface.
● Hot-plug tolerant uden yderligere ekstern beskyttelse.
● Passiv cellebalancering.
● Low-power cellemonitering (LPCM) for celle- og temperaturmonitering i key-off tilstand.
● Lavt sleep-mode strømtræk.

Reduktion af spild hjælper miljøet
Ifølge International Energy Agency’s 2023 rapport for batterier, ”er batterier væsentlige komponenter i overgangen til rene energiforsyninger”. Det er vigtigt at anerkende betydningen af en korrekt håndtering af batterier som ressourcer. De materialer, der udgør et batteri er svære at udvinde og genanvende fra miljøet, så en optimal anvendelse er af afgørende betydning. Gennem en effektiv styring af op- og afladningsparametre kan man forlænge levetiden for batterierne, så de kan anvendes i længere perioder uden behov for udskiftninger.
Den lave risikofaktor gennem den overstrømsbeskyttelse, som ADI’s BMS-funktion giver, garanterer en sikker drift og minimerer risici for skader på såvel batteri som det system, der er tilsluttet som belastning.
Nogle få eksempler på de degraderingsfaktorer, der kendetegner Li-Ion-batterier kan ses i figur 5, og det er vigtigt at notere sig, at disse faktorer kan føre til potentielt farlige situationer som selvantændelse og eksplosion, hvilket kan brede sig og forårsage yderligere katastrofer.
Alle de parametre, der påvirker batteridegraderingen, kan måles, forebygges eller forhindres, hvilket sikrer systemet de mest optimale forhold at arbejde under i hele systemets levetid. Forøgelse af batteriets levetid er en vital faktor i reduktionen af affald, da batterier med den rigtige BMS-løsning kan anvendes længere og mere optimalt, hvad der i længden minimerer unødig bortskaffelse af battericeller, der ellers kunne have haft en længere funktionstid.
Et veldesignet BMS øger derfor ikke kun systemets effektivitet, men minimerer også omkostninger og affaldsmængde. I et stadigt mere automatiseret produktionsmiljø er selv nogle få procents forbedret ydelse i mobile robotter gennem en præcis styring af komponenter og batterier derfor ganske betydningsfuldt for såvel miljø som konkurrenceevne.

Billedtekster:
Figur 1: Diagram over en AMR.
Figur 2: Batteripakkespændingens niveau i forhold til DoD.
Figur 3: AMR’s generiske batteri- og BMS-arkitektur.
Figur 4: Reduktion af den maksimale brugbare rækkevidde som følge af naturlig degradering.
Figur 5: De primære degraderingsfaktorer for Li-Ion-batterier.
Figur 6: Tabel med eksempel på data for LiFePo4 battericelle- og batteripakkespænding.

Skrevet i: Artikler fra Aktuel Elektronik Tags: AMR, autonom mobil robot, batteri, Battery Management System, BMS, strømforsyning

Seneste nyt fra redaktionen

TDK lancerer AC/DC-strømforsyninger med høj effekttæthed

Power29. 10. 2026

TDK Corporation introducerer AC/DC-strømforsyningsserierne TDK-Lambda CUS1600M og CUS2000M, der er beregnet til medicinsk udstyr. De leverer op til 2kW og kombinerer en usædvanlig høj effekttæthed med en virkningsgrad på op til 95% samt et lavt støjniveau. Serien gør det muligt for designere at

Toshiba begynder masseproduktion af M4H-mikrocontrolleretil småskala systemer

IoT & embedded29. 10. 2026

Toshiba Electronics Europe GmbH har begyndt masseproduktion af tre entry-niveau M4H standard-mikrocontrollere i TXZ+ familien til alsidig systemstyring i forbruger- og industrielektronik. Mikrocontrollerne er designet til forbrugerprodukter som AC-pumper og vaskemaskiner samt industriudstyr

Derfor er danske universiteter attraktive mål for hackere

AktueltWireless & data29. 10. 2026

De seneste uger har tre danske universiteter, som alle hører til blandt verdens højest rangerende forskningsinstitutioner, oplevet, hvor alvorlig cybertruslen kan være. På Danmarks Tekniske Universitet (DTU) fik uvedkommende adgang til universitetets system til identitets- og adgangsstyring.

Det er fortsat sjovere at teste legetøj end forsvarselektronik

AktueltEventsTest & mål29. 10. 2026

Tiden går hurtigere, ned man ofte lige lægger mærke til, og for Kim Boll Jensen føles det ikke som så lang tid siden, at han startede Bolls Rådgivning i en skurvogn i 2001. Siden da har 25 år budt på masser af spændende opgaver, nye udfordringer, teknisk udvikling og senest med flere nye

Wireless Logic Nordic udpeger Wanig Le Pennec som ny direktør

Branchenyt29. 10. 2026

Wanig Le Pennec har mange års international erfaring fra telekommunikation, software og IoT. Senest har han haft ansvar for globale partnerskaber i den danske IoT-branche og kommer med omfattende erfaring i at skalere kommercielle aktiviteter og partnerskaber i teknologivirksomheder. Hos Wireless

Danmark oplever AI-boom drevet af iværksættere

BranchenytWireless & data29. 10. 2026

Debatten om kunstig intelligens handler ofte om arbejdspladser, der forsvinder. Men nye data tegner et andet billede: Danmark oplever i disse år en markant vækst i virksomheder, der udvikler og sælger AI-baserede produkter og løsninger. En ny kortlægning af den danske AI-sektor har identificeret

Tyskland skal redde sårede soldater med dansk it-løsning

TopWireless & data29. 10. 2026

Som det første land får Tysklands forsvar, Bundeswehr, nu SitaWare Battlefield Health. Det er et digitalt system, der skal sikre, at sårede soldater hurtigt evakueres og kommer til et behandlingssted med kapacitet og det rette udstyr til at behandle deres skader. Systemet er udviklet af danske

Ny fond åbner første ansøgningsrunde for gaming, IP og audiovisuelle medier i København

AktueltBranchenytDesign & udviklingWireless & data28. 10. 2026

Fonden støtter aktiviteter, der kommer det bredere økosystem til gavn. Der er således ikke tale om produktionsstøtte eller støtte til udvikling af konkrete spil, filmproduktioner eller kommercielle IP-projekter i enkeltvirksomheder. Copenhagen Gaming, Film and Media Fund (CGFM) er etableret for

Systematic skal levere det nationale situationsoverblik til Beredskabsstyrelsen

BranchenytTopWireless & data28. 10. 2026

Når større hændelser opstår, er et hurtigt og fælles overblik dog afgørende for at kunne koordinere de rette opgaver og ressourcer.  Beredskabsstyrelsen har derfor valgt Systematics platform Rezilient til projektet Redningsberedskabets Nationale Situationsbillede: ét digitalt, kortbaseret

SCN bringer danske KP Sensors’ tilstandsovervågning ud til kunder i hele Europa

AktueltBranchenyt28. 10. 2026

SCN har indgået en europæisk distributionsaftale med den danske sensorproducent Kjærulf Pedersen A/S. Dermed får industrikunder i otte lande lokal adgang til sortimentet KP Sensors: sensorer, der advarer, før en motor, en pumpe, en vindmølle eller en kølecontainer svigter. Et uplanlagt stop

Tilmeld Nyhedsbrev

/Nyheder

  • Mouser Electronics

    Mouser Now Shipping New Samtec VITA 90 VNX+ Solutions for Industrial, Defence, and Aerospace Applications

  • Microchip Technology Inc.

    Microchip Brings EtherCAT® and TSN Networking Solutions to its Power-Efficient PolarFire® FPGA Platform

  • EKTOS A/S

    RED-Compliant Radio Modules: 3 Key Integration Checks

  • Mouser Electronics

    Mouser Highlights Industrial AI and Machine Learning in Automation Resource Centre

  • Avnet Silica

    Avnet Silica brings Edge AI to life at Digital Tech Summit 🚀

  • InnoFour

    3D visualization and documentation of manufacturing data

  • Mouser Electronics

    Mouser to Showcase Industrial Automation Expansion at SPS 2026

  • Microchip Technology Inc.

    Microchip Achieves Key Program Milestones for its PIC64-HPSC Spaceflight Computing Series

  • HIN A/S

    ESD-sikring: Har I styr på jordforbindelsen?

  • EKTOS A/S

    Bring Your Electronics Questions to Stand 504 at Digital Tech Summit 

Vis alle nyheder fra vores FOKUSpartnere ›
 
 
 
 

Læs Aktuel Elektronik

Aktuel Elektronik avisforside

Annoncér i Aktuel Elektronik

Medieinformation

KONTAKT

TechMedia ApS
Gammel Strandvej 20, 1th
DK - 2990 Nivå
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk

Privatlivspolitik
Cookiepolitik
Administrer samtykke
For at give dig de bedste oplevelser bruger vi teknologier som cookies til at gemme og/eller få adgang til enhedsoplysninger. Hvis du giver dit samtykke til disse teknologier, kan vi behandle data som f.eks. browsingadfærd eller unikke ID'er på dette websted. Hvis du ikke giver dit samtykke eller trækker dit samtykke tilbage, kan det have en negativ indvirkning på visse funktioner og egenskaber.
Funktionsdygtig Altid aktiv
Den tekniske lagring eller adgang er strengt nødvendig med det legitime formål at muliggøre brugen af en specifik tjeneste, som abonnenten eller brugeren udtrykkeligt har anmodet om, eller udelukkende med det formål at overføre en kommunikation via et elektronisk kommunikationsnet.
Præferencer
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for det legitime formål at lagre præferencer, som abonnenten eller brugeren ikke har anmodet om.
Statistikker
Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til statistiske formål. Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til anonyme statistiske formål. Uden en stævning, frivillig overholdelse fra din internetudbyders side eller yderligere optegnelser fra en tredjepart kan oplysninger, der er gemt eller hentet til dette formål alene, normalt ikke bruges til at identificere dig.
Marketing
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for at oprette brugerprofiler med henblik på at sende reklamer eller for at spore brugeren på et websted eller på tværs af flere websteder med henblik på lignende markedsføringsformål.
  • Vælg muligheder
  • Administrer tjenester
  • Administrer {vendor_count} leverandører
  • Læs mere om disse formål
Vælg fra liste
  • {title}
  • {title}
  • {title}