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充電一分鐘,工作一整天!這個物流機(jī)器人的殺手锏就在于電池嗎

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2024年01月16日  

我國已經(jīng)成為全世界負(fù)載最重的物流產(chǎn)業(yè)國家之一,目前平均每天收發(fā)的貨物已經(jīng)超過一億件,馬云甚至認(rèn)為幾年后日流量十億件將可能不是雙十一的特例,而是成為常態(tài)。


在這么沉重的物流負(fù)擔(dān)之下,傳統(tǒng)的人工管理方式已然捉襟見肘,事實上,人力本身就是一種瓶頸,人無法整天工作不休息、人無法在全黑的環(huán)境下工作、人很容易做出錯誤判斷,新增物流的額外負(fù)擔(dān),那么,用機(jī)器取代人類,一切就可以解決了?


事實上,過去幾年由Amazon帶起的自動化倉儲物流機(jī)器人的概念,成為許多貨運或物流行業(yè)關(guān)注的焦點,尤其是我國許多領(lǐng)頭的物流公司,紛紛都加入了自動化倉儲系統(tǒng)的行列,希望藉此降低整體管理成本,新增管理以及物流本身的效率。


但是機(jī)器人一旦接管倉儲物流,業(yè)者又有新的問題要煩惱:如何讓機(jī)器人可以達(dá)到最大可用工作時數(shù),降低因故障或電池充電所耗損的時間,同時又要強(qiáng)化龐大機(jī)器員工的管理便利性?


水巖科技憑借引入新電池技術(shù),意圖從根本解決機(jī)器人的可用性問題。


傳統(tǒng)鋰離子電池機(jī)器人面對效率瓶頸


水巖科技CEO呂江在兩年前創(chuàng)立了水巖科技,致力于倉儲自動化環(huán)境與設(shè)備相關(guān)方法的研發(fā)與供應(yīng),呂江在接受DT君專訪時提到,完整的機(jī)器人自動倉儲系統(tǒng)包含了四大部分,也就是機(jī)器人本體、貨架、工作站以及系統(tǒng),把這些擺到倉庫中,配合針對個別商品類型的倉儲管理算法,就可以打造出一個基本的自動倉儲體系。


其實包括倉庫、系統(tǒng),以及貨架的設(shè)計等相關(guān)成本并不高,以水巖供應(yīng)的系統(tǒng)為例,其后端的服務(wù)器其實只要一般幾萬塊人民幣等級的硬件就可以承擔(dān)起五千個機(jī)器人在同一倉庫中的工作協(xié)調(diào),而貨架等基本上雖有一定的規(guī)格需求,但成本也不高。


所以成本最高的部分其實就是機(jī)器人本身,為了要讓機(jī)器人可以隨時在最高效率下工作,且盡可能維持最高可用時間,盡量把投資設(shè)備的效益最大化,電池技術(shù)可以說是最關(guān)鍵的議題。


呂江表示,傳統(tǒng)機(jī)器人使用的鋰離子電池存在著高危險性,雖然可以做到快充,但快充所導(dǎo)致的高熱可能會導(dǎo)致電池模塊的損壞,且快充也會大大的降低電池壽命。所以使用傳統(tǒng)鋰離子電池的倉儲物流機(jī)器人,多半都是依靠高電量來維持運作,并且盡量尋求較長的空閑時間來進(jìn)行充電。


但問題來了,倉儲中心通常要應(yīng)付24小時不間斷的進(jìn)出貨工作,很難有真正的空閑時間,也因此,當(dāng)有機(jī)器人必須因為充電而離開工作崗位時,勢必就會造成一定的工作效率降低問題,而為了要彌補(bǔ)效率的損失,就必須要準(zhǔn)備高于正常需求的機(jī)器人數(shù)量,以備隨時替換,維持流水線的流暢。


但這么一來,就必須要負(fù)擔(dān)額外的機(jī)器人成本。


鈦酸鋰離子電池的技術(shù)特性:高可靠、低容量


呂江表示,為了解決這個問題,水巖提出了相當(dāng)激進(jìn)的概念,那就是使用最新的鈦酸鋰離子電池技術(shù),用高達(dá)120A/h的超大電流快充取代過去的大容量鋰離子電池應(yīng)用概念。


鈦酸鋰離子電池其實就是置換了負(fù)極材料的鋰離子電池,有值得關(guān)重視要特性有以下幾個:


首先,它的穩(wěn)定性非常高,傳統(tǒng)鋰離子電池為了達(dá)到更高的能量密度,負(fù)極絕大多數(shù)使用碳材,缺點在于安全性及循環(huán)壽命不好,甚至容易因為溫度變化而發(fā)生爆炸危險。若使用鈦酸鋰材料作為負(fù)極,由于該材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,循環(huán)壽命良好;充放電時幾乎無體積變化,較高的工作電位使得它在高速充電狀態(tài)下,材料表面不會發(fā)生鋰沉積而導(dǎo)致短路,安全性極優(yōu)。也因此,鈦酸鋰離子電池可以承受極高電流通過而不會影響到壽命和穩(wěn)定性,從而確保了快速充電的效率以及可靠性。


其次,傳統(tǒng)鋰離子電池負(fù)極材料在充放電的過程都會因為鋰離子的交互過程導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)變化,影響充放電轉(zhuǎn)換效率,一般多在3000次的充放電次數(shù)后負(fù)極材料就完全無法進(jìn)行充放電,此時電池也等同宣告壽終正寢。但是鈦酸鋰離子電池的材料特性非常穩(wěn)定,幾乎不受充放電過程的鋰離子影響,因此充放電循環(huán)理論上可高達(dá)數(shù)萬次,根據(jù)實測,在16000次充放電之后還能維持超過80%的電容量,理論上機(jī)器人就算壽終正寢,電池仍能繼續(xù)為下一臺機(jī)器人工作。


圖丨水巖科技的物流機(jī)器人正在工作


最后,鈦酸鋰離子電池在材料結(jié)構(gòu)上,供應(yīng)鋰離子三維擴(kuò)散通道,這讓環(huán)境溫度不易影響充放電效率,理論上鈦酸鋰離子電池的電池結(jié)構(gòu)在零下50到零上60度都可以進(jìn)行正常充放電而不會出現(xiàn)任何效率上的折損或者風(fēng)險。


鈦酸鋰離子電池美好的地方太多,但為何市場上普及率并不高?呂江提到一個關(guān)鍵原因:該電池技術(shù)的最大的短板,就是鈦酸鋰離子電池的能量密度太低,續(xù)航能力較弱,且其對鋰元素的利用率也不到一般鋰離子電池的一半。換言之,假如要用鈦酸鋰離子電池達(dá)到一般鋰離子電池的電容量,就必須使用更大量的鋰元素。鈦酸鋰材料本身成本就高,假如要設(shè)計出大容量產(chǎn)品,就要耗用遠(yuǎn)高于一般電池的材料,這也導(dǎo)致鈦酸鋰離子電池的整體成本可能要高過傳統(tǒng)鋰離子電池三倍以上。


呂江強(qiáng)調(diào),除了鈦酸鋰離子電池的穩(wěn)定性外,促使水巖最新一代的倉儲物流機(jī)器人改用鈦酸鋰離子電池的最大理由,在其可承受超大電流的快速充電能力。呂江表示,他們所使用的鈦酸鋰離子電池使用電流高達(dá)120A/h的充電座,可在六分鐘充滿八成電量,若繁忙時,甚至可控制在一分鐘充到可維持整天工作的能力,解決物流機(jī)器人因充電而被迫缺工的窘?jīng)r。


快充將可從根本改變自動倉儲營運邏輯,強(qiáng)化營運彈性


呂江表示,雖然一般鋰離子電池同樣能做到快充,但他們認(rèn)為并不適合于自動化倉儲的環(huán)境中。重要理由就是傳統(tǒng)鋰離子電池材料不穩(wěn)定,用來做快充的風(fēng)險太高,小則損壞個體機(jī)器人,嚴(yán)重的話可能整個倉庫都燒了也說不定。另外,就算使用過程都沒有發(fā)生問題,快充也會大大減損傳統(tǒng)鋰離子電池的壽命,倉管運營者最后可能會為了更換電池而疲于奔命,新增營運成本不說,也大大的降低了倉儲運轉(zhuǎn)效率。


呂江說,從傳統(tǒng)充電轉(zhuǎn)換到快充,可以用個方式來比擬:傳統(tǒng)電動大巴用的是高容量鋰離子電池,尋常班次結(jié)束后要有比較長的時間進(jìn)行充電,方可回復(fù)次日班次所需電力。而使用了鈦酸鋰離子電池取代傳統(tǒng)鋰離子電池之后,大巴可以在每次過站就進(jìn)行短時間充電,并維持全日24小時營運,也因此就不會有服務(wù)上的空白部分。


自動倉儲物流機(jī)器人也是同樣的概念,透過快充技術(shù)可以確保最高的續(xù)戰(zhàn)力,即便電池即將耗光,也可在最短時間內(nèi)回復(fù)工作狀態(tài),從而確保倉儲流水線上的機(jī)器人可以隨時維持在最大數(shù)量,確保整體的工作效率。


新款機(jī)器人上線后已被驗證遠(yuǎn)較傳統(tǒng)機(jī)器人杰出的可用彈性


呂江表示,水巖采用新鈦酸鋰離子電池的新款機(jī)器人投入使用已經(jīng)將近半年,雖然新舊款最大的差別在外型以及電池使用類型,速度表現(xiàn)也一致,但目前在可用性及可靠性方面已經(jīng)有比舊款產(chǎn)品更優(yōu)秀的表現(xiàn),平均檢貨能力亦超越業(yè)界平均水平。


另外,水巖的物流機(jī)器人擁有相當(dāng)高的自主能力,雖然視野小,但系統(tǒng)容錯能力高,且設(shè)計了獨家的平衡避震系統(tǒng),類似汽車的獨立懸掛,可容忍不是太平坦的工作環(huán)境,確保運送貨物的安全。水巖科技也供應(yīng)針對不同倉儲環(huán)境設(shè)計的算法,配合系統(tǒng)內(nèi)部的效率評估系統(tǒng),從而確保各類型倉儲管理物流上的效率可達(dá)最優(yōu)化。


水巖物流機(jī)器人的鈦酸鋰離子電池模塊來自國內(nèi)另一家創(chuàng)立七年的公司科易動力,他們采用了業(yè)界可靠性最高的東芝電芯,從2011年推出至今達(dá)到零故障率的紀(jì)錄,配合自主研發(fā)的IMS電池管理系統(tǒng),目前也廣被各種行業(yè)機(jī)器人及電動交通工具行業(yè)所采用。


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