Da immer mehr Prozesse auf batteriebetriebene Fahrzeuge und Geräte angewiesen sind, die in unterschiedlichen Umgebungen vielfältige Aufgaben erfüllen müssen, ist es unvermeidlich, dass sich auch die Konstruktion und Entwicklung der Batterien, die diese Produkte antreiben, verändert hat. Immer mehr OEMs wählen kundenspezifische Lithium-Ionen-Akkupack-Designs, um die Leistung ihrer Produkte zu verbessern, da Lösungen von der Stange den spezifischen Anforderungen ihrer Anwendung oft nicht gerecht werden.
Die mobile Robotik ist dabei eine relativ neue Technologie, die in verschiedenen Industriezweigen immer häufiger eingesetzt wird. Zu den beliebten Geräten gehören etwa fahrerlose Transportsysteme (AGV), die unter anderem im Materialtransport eingesetzt werden, automatisierte mobile Roboter (AMR) für die Auslieferung auf der letzten Meile und Rahmenkletterer in automatisierten Lagern. Da Unternehmen zunehmend auf Roboter angewiesen sind, die wichtige Aufgaben übernehmen, war es noch nie so wichtig wie heute, dass sie ein optimales Leistungsniveau erreichen.
Lithium häufigste Wahl
Diese Automatisierung von mehr Prozessen bedeutet, dass Roboter tragbare Batteriesysteme benötigen, die eine kontinuierliche Leistung aufrechterhalten können, ohne dass die Ladung zur Neige geht oder aufgrund einer Störung oder eines Ausfalls vorzeitig ausfällt. Daher entwickelt sich die Akkutechnologie in rasantem Tempo, um mit der Entwicklung der Robotik am Arbeitsplatz Schritt zu halten. Die Wahl der richtigen Akkuchemie ist für die Gewährleistung einer zuverlässigen Leistung von entscheidender Bedeutung.
Batterien auf Lithiumbasis sind heute die häufigste Wahl für neue Industriebatterien, da sie eine hohe Energiedichte und Kapazität haben und eine viel längere Betriebszeit zwischen den Ladevorgängen ermöglichen als jede andere Batteriechemie. Bei so vielen Arten von Lithiumchemie, die in Batteriezellen verwendet werden, ist es wichtig, den richtigen Zellentyp, das richtige Packdesign und die richtige Qualität für verschiedene Umgebungen zu berücksichtigen und zu spezifizieren.
Die Verbreitung der Lithiumchemie und der Komponenten, wie zum Beispiel Batterieladecontroller-ICs, die Lithiumbatteriepacks unterstützen, bedeutet, dass ein Roboter-OEM mit einer komplexen Reihe von Kompromissen konfrontiert werden kann, die er berücksichtigen muss. Die Entscheidung über die besten Kompromisse muss von Anwendung zu Anwendung getroffen werden.
Ältere Zellchemie möglich
Ein zuverlässiger Hersteller von kundenspezifischen Akkupacks wird mit OEMs zusammenarbeiten, um detaillierte Hinweise zu diesen und allen anderen Leistungsmerkmalen jeder Lithiumchemie zu geben und die beste Wahl für die spezifische mobile Roboteranwendung des OEMs zu empfehlen. Manchmal bedeutet dies, dass man über den neuesten Stand der Zellchemie und Batterietechnologie hinausschauen muss. Wenn es zum Beispiel um mobile Roboter geht, die in extremen Temperaturbereichen arbeiten müssen, greift Alexander Technologies oft auf eine der älteren chemischen Technologien zurück: Lithium-Titanat (LTO).
Bei mobilen Robotern, die in einer kalten Umgebung arbeiten, etwa in einem Kühlhaus, muss die Temperatur der Batterie berücksichtigt werden. Eine Lithiumzelle kann normalerweise nicht geladen werden, wenn sie kälter als 0 °C ist. Dies könnte den Einsatz einer aktiven In-Pack-Heiztechnologie erfordern, um die Zellentemperatur zur Vorbereitung des Ladevorgangs auf über 0 °C anzuheben. Bei vielen Anwendungen ist die aktive Heizung eine bessere Lösung als das Abstellen des Akkus in einem Raum mit Raumtemperatur und das Warten darauf, dass er Wärme aus der Umgebungsluft aufnimmt.
Stärken von Lithium-Titanat-Batterien
LTO-Batterien bieten einige deutliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien, insbesondere solchen, die Lithium-Kobalt-Oxid (LCO), Lithium-Mangan-Oxid (LMO) oder Lithium-Eisen-Phosphat (LFP) verwenden. Die wichtigsten Stärken und Vorteile von LTO-Batterien ergeben sich aus ihren einzigartigen elektrochemischen Eigenschaften, die in mehreren kritischen Bereichen eine überlegene Leistung bieten.
Eine der Stärken von LTO-Batterien ist ihr außergewöhnliches Sicherheitsprofil. Im Gegensatz zu anderen Lithium-Chemiesystemen besteht bei LTO-Batterien nur ein minimales Risiko eines thermischen Durchgehens, das zu Überhitzung und möglicher Verbrennung führen kann. Dieser Sicherheitsvorteil ergibt sich aus der stabilen LTO-Anode, die mit einer höheren Spannung arbeitet (etwa 1,55 V gegenüber 0,5 V bei Graphitanoden). Diese höhere Spannung verringert das Risiko von Lithiumplattierung und Dendritenbildung, die bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien häufig zu Kurzschlüssen und Batteriebränden führen.
Ebenso sind LTO-Batterien bekannt für ihre lange Lebensdauer. Sie können zwischen 7.000 und 10.000 Lade-/Entladezyklen oder mehr überstehen und übertreffen damit die Zyklenlebensdauer anderer Lithium-Chemiesysteme deutlich. Diese Langlebigkeit ist auf die minimale Volumenänderung der LTO-Anode während der Zyklen zurückzuführen, wodurch die mechanische Belastung und der Abbau im Laufe der Zeit verringert werden. Folglich bieten LTO-Batterien niedrigere Gesamtbetriebskosten, insbesondere bei Anwendungen, die häufige Zyklen erfordern.
Die Schnellladefähigkeit von LTO-Batterien ist ein weiterer wichtiger Vorteil. Sie können mit einer Rate von bis zu 10C geladen werden, was eine vollständige Aufladung in nur sechs bis zehn Minuten ermöglicht. Diese Schnellladung wird durch die große Oberfläche und die hervorragende Leitfähigkeit der LTO-Anode ermöglicht, die den Ionentransport verbessert und den Widerstand verringert. Diese Eigenschaft ist besonders vorteilhaft bei Anwendungen, bei denen die Ausfallzeit für das Aufladen minimiert werden muss.
Auch sind LTO-Batterien in einem weiten Temperaturbereich einsetzbar, der von -30 bis zu 55 °C reicht. Aufgrund dieser thermischen Toleranz eignen sie sich für Umgebungen, in denen andere Lithiumbatterien Probleme haben und entweder an Kapazität verlieren oder ganz ausfallen würden. Die stabilen elektrochemischen Eigenschaften von LTO bei extremen Temperaturen sorgen für gleichbleibende Leistung und Zuverlässigkeit.
Vorteile für mobile Robotik
In industriellen Umgebungen werden mobile Roboter für Aufgaben wie Materialhandhabung, Bestandsverwaltung und Unterstützung von Montagelinien eingesetzt. Die lange Lebensdauer der LTO-Batterien stellt sicher, dass diese Roboter über längere Zeiträume hinweg kontinuierlich arbeiten können, was den Bedarf an häufigen Batteriewechseln und Wartungsstillständen reduziert. Darüber hinaus ermöglicht die Schnellladefunktion ein schnelles Aufladen während kurzer Pausen, wodurch die Betriebszeit maximiert wird.
Mobile Roboter in Lagern und Logistikzentren arbeiten oft im Schichtbetrieb und benötigen Batterien, die zwischen den Einsätzen schnell wieder aufgeladen werden können. Die Schnellladefähigkeit der LTO-Batterien sorgt dafür, dass die Roboter nur wenig Zeit mit dem Andocken verbringen und mehr Zeit für Aufgaben wie das Kommissionieren, Verpacken und Transportieren von Waren haben. Die große Temperaturtoleranz von LTO-Batterien ermöglicht es diesen Robotern auch, in kalten Lagerumgebungen effektiv zu arbeiten.
AGVs, die häufig in der Fertigungs- und Lagerautomatisierung eingesetzt werden, sind auf robuste und zuverlässige Energiequellen angewiesen, um sich in komplexen Umgebungen zurechtzufinden und schwere Lasten zu transportieren. Die lange Lebensdauer von LTO-Batterien und ihre Fähigkeit, hohe Entladungsraten ohne nennenswerten Kapazitätsverlust zu verkraften, machen sie zur idealen Lösung für AGVs. Die schnelle Aufladefähigkeit stellt sicher, dass fahrerlose Transportsysteme mit minimalen Ausfallzeiten einsatzfähig bleiben und die Gesamtproduktivität gesteigert wird.
Fazit
Lithium-Titanat-Batterien bieten zahlreiche Vorteile gegenüber anderen Lithiumchemien, darunter überlegene Sicherheit, verlängerte Zykluslebensdauer, schnelles Aufladen und zuverlässige Leistung über einen großen Temperaturbereich. Diese Stärken machen LTO-Batterien zu einer ausgezeichneten Wahl für die Stromversorgung von mobilen Robotern in industriellen und gewerblichen Umgebungen. Ihr Einsatz in der Industrieautomation, Lagerlogistik, bei Servicerobotern und FTS zeigt die praktischen Vorteile von LTO-Batterien bei der Verbesserung von Effizienz, Sicherheit und Zuverlässigkeit in verschiedenen anspruchsvollen Anwendungen.
