如何确定 AGV 电池组的尺寸：运行时间、峰值电流和充电策略

电池可以通过容量测试，但对于携带它的 AGV 来说仍然是错误的。

发生这种情况通常是因为初始计算过于简洁。该设备平均功耗为600W，所需运行时间为8小时，因此电池规格为4.8kWh。从纸面上看，答案似乎已经完成。

然后机器进入一个真正的仓库。

它带着装载的托盘加速，在高摩擦地板上转弯，在中转站升起，等待交通，反复重新启动，有时会比预期晚到达充电器。在其中一些事件期间电流急剧上升。电压在班次接近结束时下降。电池管理系统遇到了原始平均功率计算从未描述过的情况。

结果可能是速度降低、欠压警报、过流关闭、路线不完整，或者 AGV 返回充电时的储备量比车队软件预期的少得多。

可靠的AGV 电池组必须满足三个不同的要求：

1. 它必须在计划运行期间储存足够的可用能量。

2. 它必须提供机器所需的最高电流。

3. 它必须在可用的充电窗口期间恢复足够的能量。

容量、功率和充电是相关的，但它们不能互换。

简短的回答

从测量或仔细估计的占空比开始，而不是单个平均电流值。

计算加速、巡航、转弯、提升、等待、辅助操作等过程中消耗的能量。然后考虑允许的充电状态窗口、电力损耗、温度、老化、路线变化以及安全到达充电器所需的储备。

之后，使用最低预期电池电压执行单独的峰值电流计算。确认电池、BMS、保险丝、接触器、连接器、电缆组件和电机控制器能够支持峰值的幅度和持续时间。

最后，模拟整个车队的充电时间表。适合夜间充电的电池可能与围绕短时、频繁的机会充电而设计的电池不同。

为什么安培小时不能单独衡量 AGV 电池的尺寸

安培小时描述充电容量。它们没有提供在不同电压下运行的电池之间的完整比较。

标称电池能量计算如下：

标称能量（Wh）=标称电压（V）×额定容量（Ah）

例如：

• 48V×100Ah=4,800瓦时

• 51.2V × 100Ah = 5,120Wh

• 51.2V×108Ah=5,529.6瓦时

工程师仅比较 100Ah 和 108Ah 标签会忽略电压的影响。瓦时为运行时间计算提供了更有用的起点。

即使瓦时也不是最终答案。数据表上打印的全部标称能量很少可用于机器在每种操作条件下的情况。 BMS 限制、充电状态储备、电压截止、温度、放电率和老化都会影响可用能量。

Victron Energy的技术解释电池容量和放电倍率还指出，额定安时容量必须与放电条件一起解释。一般而言，铅酸电池的效果更为明显，但锂电池的性能仍取决于实际使用条件。

第1步：记录真实的AGV占空比

有用的工作周期描述了 AGV 的功能及其运行时间。

在审查各个负载之前，不要将每项活动合并为一个估计平均值。

代表性的运行周期可能包括：

• 静止加速

• 满载行程

• 空载回程

• 车削

• 爬坡

• 提升或传送带转移

• 转向

• 制动

• 在路口等待

• 导航和控制电子设备

• 无线通讯

• 安全扫描仪

• 散热风扇

• 待机时间

• 往返充电器

能量计算需要每相的持续时间和平均功率。峰值电流审查需要这些阶段内的最大功率和持续时间。

图 1. AGV 工作周期包含短功率峰值、稳定行驶、低负载等待期和可能的再生事件。一个平均值无法描述所有这些。

如果有原型，则在 AGV 执行代表性路线时以合适的采样率测量电流和电压。包括最重的有效载荷、最长的实际路线、重复启动、正常拥堵以及最不利的地面或斜坡条件。

一分钟的手持式仪表读数不太可能捕捉到决定电池设计的事件。

步骤2：逐相计算能量

考虑一个假设的 48V 级 AGV，具有以下一小时的运行曲线。

运营阶段	每小时持续时间	平均电功率	消耗的能量
加速度和负载运动	10分钟	1,500瓦	250瓦时
正常运输	30分钟	650W	325瓦时
起重和负载转移	5分钟	1,200瓦	100瓦时
等待和控制电子设备	15分钟	120W	30瓦时
全部的	60分钟	—	705瓦时

因此每小时的能源消耗约为 705Wh。

如果 AGV 必须在两次充电之间运行四个小时：

705瓦时 × 4 = 2,820瓦时

2.82kWh 电池可能看起来足够，但这只是在建模周期内传递给设备的能量。它还不包括系统损失、储备、老化或路线变化。

该示例还取决于其输入的质量。如果五分钟提升周期实际平均1700W，或者拥堵导致更多启停操作，实际能耗会更高。

步骤 3：将运行能量转换为所需的标称容量

一个实用的初步公式是：

所需标称能量 = 负载能量 ÷ 组合可用能量系数

这些因素可能包括：

• 电气系统效率

• 允许的充电状态窗口

• 报废容量津贴

• 温度裕度

• 业务储备

对于上面的示例，假设：

• 90% 系统效率

• 80% 计划充电状态窗口

• 在选定的寿命终止标准下剩余容量为 85%

初步的标称能量要求变为：

2.82kWh ÷ 0.90 ÷ 0.80 ÷ 0.85 = 约 4.61kWh

这已经远远高于原来的 2.82kWh 负载能量数字。

可能仍需要单独的温度或路线变化津贴。避免在没有定义每个因素涵盖范围的情况下任意乘以“安全因素”；否则，计算可能会隐藏重复计算或留下未解决的重要条件。

充电状态储备的用途

储备能源不是无目的而未使用的容量。它可以让 AGV ：

• 安全地完成当前的动作

• 路线延迟后到达充电站

• 避免接近 BMS 截止时间的常规操作

• 容忍正常的容量变化

• 充电站不可用时继续运行

• 处理路线长度的临时增加

• 支持电池老化无需立即更换

正确的储备取决于车队架构。在多个可用充电器旁边运行的 AGV 可能需要与必须穿过大型仓库才能到达单个充电站的车辆不同的储备策略。

步骤 4：单独检查峰值电流

瓦时足够大的电池可能仍然无法提供所需的电流。

电流可以通过以下方式估算：

电流（A）=电功率（W）÷电池电压（V）

对于峰值负载计算，请使用相关操作条件下的最低预期电池电压，而不仅仅是标称电压。还必须考虑控制器效率和 DC-DC 损耗。

假设一个假设的 AGV 在以其最大有效载荷加速时需要 6.5kW 几秒钟的功率。如果电池在该条件下可以降至 44V，并且传动系统效率估计为 92%：

峰值电池电流 = 6,500W ÷ 44V ÷ 0.92

电池峰值电流 ≈ 161A

设计者现在必须验证：

• 电池峰值放电能力

• 161A 允许的持续时间

• BMS过流阈值

• BMS过流延时

• 熔断器时间-电流行为

• 接触器制作及承载能力

• 连接器电流和温升

• 电缆电压降

• 母线和 PCB 电流路径

• 电池内阻

• 控制器欠压阈值

请勿用连续电流额定值代替短期峰值额定值，反之亦然。

BMS 可能只允许高电流持续几秒钟。另一种设计可能允许相同的电流持续更长时间，但电池温度更高。该规范需要一个电流与时间的关系曲线，而不仅仅是一个最大数字。

电压骤降​​可以在容量结束之前结束转变

AGV 可能会显示剩余电量状态，并且在加速过程中仍会关闭。

每个电池、互连件、母线、电缆、接触器、保险丝和连接器都会产生电阻。当电流上升时，该电阻上的压降也会上升。

简化后的关系为：

电压降 = 电流 × 电阻

在低充电状态或低温下，电池的有效电阻可能会更高。然后，电流峰值将电池组电压拉至 BMS 欠压阈值或电机控制器的最小输入电压以下。

当负载消失时，电压恢复。然后技术人员可能会发现电池在静止状态下看起来正常。

这就是为什么轮班结束测试必须包括最重的可信负载。空载电压读数不能证明电池可以完成该路线。

第5步：确定电压平台是否仍然合适

对于相同的功率，在理想的比较中，较高电压的平台承载的电流较小。

4.8kW 负载大约需要：

• 24V 时 200A

• 48V 时 100A

较低的电流可以减少电缆发热、电压降、连接器负担以及某些电源路径组件所需的额定电流。然而，从24V改为48V是系统的重新设计，而不是简单的电池升级。

以下设备必须与电池的完整电压范围相匹配：

• 电机控制器

• 电机

• 充电器

• 直流-直流转换器

• 接触器

• 保险丝

• 连接器

• 辅助电子设备

• 预充电电路

• 服务和诊断设备

公布的电压标签还不够。 “48V”和“51.2V”电池可以具有不同的化学成分、充电电压和截止极限。

第 6 步：将充电纳入容量计算中

电池尺寸和充电策略应一起制定。

共有三种常见方法。

预定充满电

AGV 运行一段规定的时间，然后在充电状态下保持更长时间。

这种方法可能易于管理，但通常需要足够的存储能量来覆盖充电之间的间隔。车队可用性也可能对错过或不完整的充电会话变得敏感。

机会充电

AGV 在转运站等待、休息期间或任务之间短暂充电。

机会充电可以减少给定工作日所需的车载能源。然而，好处取决于车辆是否实际在计划时间到达充电器并保持足够长的连接时间。

短充电事件也增加了以下方面的重要性：

• 可靠的对接对准

• 充电器至 BMS 通信

• 当前温度下的充电接受能力

• 接触条件

• 车队调度

• 充电电流限制

• SOC估计

• 充电器可用性

电池更换

取出放电的电池并更换为充电的电池。

更换可以减少车辆停机时间，但会引入电池库存、机械搬运、连接器、锁定系统、识别、充电室管理和操作程序。

图 2. 预定充电模型将充电集中在较长的停车时段，而机会充电则在操作任务之间增加少量的能量。

不要单独用除法来计算充电时间

108Ah电池在20A充电时理论容量电流比为5.4小时。这并不意味着完全充电总是在 5.4 小时内完成。

实际充电时间还取决于：

• 初始充电状态

• 恒流和恒压阶段

• BMS电流限制

• 电池平衡

• 温度

• 充电器效率

• 电缆和连接器限制

• 充电在电压上限附近逐渐减小

• 充电器通讯

• 保持活动状态的辅助负载

公众51.2V 108Ah Dailymag 电池页面列出了20A标准充电和RS485/CAN通信。这些公布的值是有用的起点，但最终的充电时间和充电器协议仍需要特定于项目的确认。

第 7 步：谨慎对待再生制动

再生制动可以将一些能量返回给电池，但不应计算两次或假设在每种情况下都可用。

再生取决于：

• 电机控制器设计

• 车辆质量

• 速度

• 路线梯度

• 制动频率

• 电池充电状态

• 电池温度

• BMS 充电电流限制

• 最大电池电压

• 收费受理

• 摩擦制动混合

几乎充满或冷的电池可能无法接受预期的再生电流。控制器需要一种替代方法来控制总线电压并安全停止机器。

尽可能使用来自代表性路线的测量净能量。如果在早期设计期间估计再生，请记录假设并在整机测试期间验证它。

步骤 8：定义 BMS 必须告诉 AGV 的内容

即使 BMS 不直接控制车辆运动， AGV 锂电池也是机器控制系统的一部分。

有用的 BMS 信息可能包括：

• 电池组电压

• 当前的

• 充电状态

• 温度

• 收费许可

• 排污许可

• 推荐的充电电流限制

• 推荐的放电电流限制

• 报警及保护状态

• 接触器状态

• 剩余能量估算

• 电池电压极限

• 硬件和固件版本

CAN 或 RS485 的物理存在并不能确认协议兼容性。

OEM 仍必须定义消息标识符或寄存器、缩放比例、字节顺序、更新速率、超时、警报、启动行为以及对丢失通信的安全响应。

AGV 不应因为一条 CAN 消息停止到达而无限期地继续使用过时的电流限制。

第 9 步：包括温度、地面条件和有效负载变化

在舒适的实验室中测量的电池性能并不自动代表工作仓库。

温度影响充电接受能力、电阻、可用能量、功率能力和老化。美国能源部指出电池温度影响性能、可靠性、安全性和生命周期成本。

AGV 的环境可能会增加其他变化：

• 冷藏室或装卸码头

• 热点充电区

• 地板不平整

• 高滚动阻力

• 坡道

• 灰尘或湿气

• 反复机械冲击

• 振动

• 增加有效载荷

• 车轮磨损

• 冷却路径受阻

电池外壳还需要合适的安装、密封、维修通道、连接器保护和热设计。

AGV 和 AMR 属于更广泛的机器和车辆安全框架。 ISO 3691-4:2023例如，解决了无人驾驶工业卡车及其系统的安全要求和验证。该标准的发布范围没有提供特定于项目的电池尺寸计算，因此电源系统仍然需要自己的工程评估和验证。

如何使用已发布的电池数据

Dailymag Energy 公开定位其电池解决方案的应用，包括工业机器人等专业设备。

其51.2V 108Ah产品页面发布：

• 标称电压51.2V

• 108Ah额定容量

• 20A标准充电

• 50A标准放电

• 150A最大连续放电

• RS485/CAN通讯

将公布的电压和容量相乘得出大约 5.53kWh 的标称能量。

这并不意味着该电池适合所有 5kWh AGV 应用。工程团队仍必须确认化学成分、工作电压范围、峰值电流能力、温度限制、IP 要求、循环寿命目标、连接器设计、协议、充电时间和机械兼容性。

已发布的产品为参考配置。最终选型应以整机为准。

实用的 AGV 电池验证计划

1. 台式电气测试

确认电池组电压、可用容量、BMS 阈值、充电器行为、通信、接触器操作和保护恢复。

2. 静态机器测试

在 AGV 中安装电池并测试启动、辅助负载、控制器预充电、紧急停止、充电连接、睡眠和唤醒行为。

3. 峰值负载测试

在适用的情况下，运行最大有效负载加速、转弯、提升、倾斜和电机失速场景。记录电池组电压、电池极限电压、电流和温度。

4. 代表路线测试

通过完整的真实或复制路线操作 AGV，正常交通、负载搬运、等待和充电行驶。

5. 低SOC测试

在最低计划充电状态附近重复关键负载事件。这通常是电压暂降问题变得明显的地方。

6. 温度测试

验证项目所需温度限制下的放电、充电、关闭和恢复行为。

7. 车队充电测试

测试多辆车辆、充电站可用性、充电中断、通信丢失、对接错误和时间表变化。

8. 时效审查

确认 AGV 在定义的寿命终止容量和阻力下仍满足运行时间和峰值功率要求。

AGV 电池询价中包含的信息

向电池供应商提供：

1. 标称系统电压和允许的电压窗口。

2. 测量或估计的基于时间的负载曲线。

3. 持续电流。

4. 峰值电流、持续时间和重复率。

5. 两次充电之间所需的运行时间。

6. 计划的 SOC 储备。

7. 充电方式及可用充电时间。

8. 充电器电压、电流和通信。

9. 再生电流和持续时间。

10. 最大有效载荷和坡度。

11. 工作和充电温度。

12. 安装尺寸和质量限制。

13. 连接器、电缆和引脚排列。

14. CAN或RS485协议要求。

15. 冲击、振动、密封和环境条件。

16. 目标使用寿命和寿命终止标准。

17. 适用的市场和认证要求。

18. 原型和整机验证计划。

诸如“48V，八小时”或“需要 100Ah”之类的陈述不足以成为可靠的提案。

常见问题解答

AGV 需要多少安时？

首先计算所需的可用瓦时，然后将结果转换为所选标称电压下的安时。添加 SOC 储备、效率、温度、老化和运行变化的定义容差。

电池越大就一定越安全吗？

不会。更多的能量可以改善运行时间，但也会增加质量、尺寸、充电时间、成本、故障能量和机械负载。峰值电流能力和系统兼容性仍然需要单独验证。

可以用平均电流来选择BMS吗？

不是靠它自己。 BMS 必须在所需的持续时间内支持连续负载和每个可信的峰值电流事件，而没有滋扰保护或不安全的加热。

机会充电可以减小电池尺寸吗？

可以，如果充电机会频繁、时间足够长且运行可靠的话。在减少车载储备之前，模型错过了充电时段和充电器拥堵情况。

AMR 电池组是否需要 CAN？

不具有普遍性。 CAN在移动机械中很常见，而一些系统则使用RS485或其他接口。协议兼容性和故障行为比连接器标签更重要。

AGV应该有多少储备能力？

没有普遍的百分比。储备应反映充电器距离、路线变化、电池老化、温度、车队冗余以及在到达充电器之前停车的后果。

再生制动可以包含在运行时间计算中吗？

是的，但最好来自测量的路线数据。当电池温度较低、接近充满或接近充电电流限制时，电池可能会限制再生充电。

什么时候应该更换电池？

更换标准可能包括剩余容量、阻力增加、无法支持峰值负载、异常电池不平衡、重复故障、物理损坏或未能完成所需的工作周期。

最终测试是否应该使用新电池？

使用新电池进行初始集成，同时还根据建模或测试的寿命终止条件验证设计。仅使用新包装的机器的生命周期裕度不足。

最终推荐

最佳AGV 电池容量计算不是一个单一的方程。它是机器基于时间的负载曲线、电池的可用能量、峰值电流路径和实际充电时间表之间的受控比较。

从路线开始。测量 AGV 在加速、运输、提升、等待、制动和充电过程中的表现。将这些事件转化为能量和电流需求。定义每一个裕度，而不是添加一个无法解释的安全系数。

然后在低充电状态、最大有效载荷、不利温度和实际车队条件下验证整机中的电池。

每日磁能源为工业设备提供定制化锂电池配套。要评估AMR 电池组或 AGV 项目，请准备负载曲线、电压窗口、充电计划、通信要求、安装图和操作环境。

联系 Dailymag Energy 工程和销售团队用于特定项目的电池审查。