Akku des Reinigungsroboters: Kapazität, Laufzeit und Ladeanforderungen

Reinigungsroboter kommen in gewerblichen, industriellen, medizinischen, gastgewerblichen und anderen Arbeitsumgebungen zum Einsatz. Ihre Batteriesysteme müssen Antriebsmotoren, Reinigungsbürsten, Absaugsysteme, Pumpen, Sensoren, Steuerungen und Kommunikationsmodule während des gesamten Betriebszyklus mit Strom versorgen.

Für Hersteller von Reinigungsrobotern geht es bei der Auswahl der Akkus um mehr als nur die Wahl einer bestimmten Spannung und Kapazität. Der Akku muss auf den Stromverbrauch des Roboters, die erforderliche Laufzeit, den Spitzenstrom, das Ladesystem, den Einbauraum, die BMS-Kommunikation, die Betriebsumgebung und die Produktionsanforderungen abgestimmt sein.

Dongguan Yizhan Electronics Technology Co, Ltd. entwickelt maßgeschneiderte Lithium-Akkupacks und LiFePO₄-Akkupacks für Roboter, fahrerlose Transportfahrzeuge (AGVs), Industrieanlagen, E-Bikes, medizinische Geräte und andere Anwendungen. Yizhan bietet OEM-/ODM-Akkuentwicklung an, die die Zellkonfiguration, das BMS-Design, die Konstruktionsplanung, die Prototypenfertigung, die Prüfung und die Serienfertigung umfasst.

Teil 1: Was ist ein Akku für einen Reinigungsroboter?

Ein Akku für einen Reinigungsroboter ist ein wiederaufladbares Stromversorgungssystem, das speziell auf die elektrischen und mechanischen Anforderungen eines Reinigungsroboters ausgelegt ist.

Je nach Gerätearchitektur kann der Akku folgende Komponenten mit Strom versorgen:

• Antriebsmotoren
• Bürstenmotoren
• Vakuummotoren
• Wasserpumpen
• Hauptsteuerplatinen
• Navigationssysteme
• Sensoren
• Kommunikationsmodule
• Anzeigen
• Sicherheitssysteme
• Sonstige Zusatzausrüstung

Ein kompletter Lithium-Akku umfasst in der Regel Batteriezellen, ein Batteriemanagementsystem (BMS), elektrische Anschlüsse, Schutzkomponenten, Verkabelung, Steckverbinder und ein mechanisches Gehäuse.

Bei OEM-Projekten für Reinigungsroboter müssen diese Komponenten als ein einziges Stromversorgungssystem zusammenwirken und dürfen nicht unabhängig voneinander ausgewählt werden.

Teil 2: So berechnen Sie die Akkukapazität eines Reinigungsroboters

Die Batteriekapazität wird üblicherweise in Amperestunden (Ah) angegeben, während die Batterieenergie in Wattstunden (Wh) ausgedrückt wird.

Die grundlegende Beziehung lautet:

Batterieenergie (Wh) = Spannung (V) × Kapazität (Ah)

Zum Beispiel:

24 V × 40 Ah = 960 Wh

Eine 24-V-Batterie mit 40 Ah hat daher eine Nennenergie von 960 Wh.

Der Roboter kann jedoch nicht unbedingt bei jedem Betriebszyklus die gesamte Nennleistung nutzen. Die tatsächlich nutzbare Energie kann durch folgende Faktoren beeinflusst werden:

• Motorlast
• Durchschnittliche Leistungsaufnahme
• Spitzenstrom
• Batterietemperatur
• BMS-Einstellungen
• Batteriealterung
• Lade- und Entladeeffizienz
• Erforderliche Energiereserve

Aus diesem Grund sollte die Batteriekapazität auf der Grundlage des tatsächlichen Energiebedarfs des Roboters berechnet werden.

Teil 3: So schätzen Sie die Laufzeit eines Reinigungsroboters ab

Die Laufzeit hängt von der Batteriekapazität und dem durchschnittlichen Stromverbrauch des Roboters ab.

Eine einfache Berechnung lautet:

Laufzeit (Stunden) ≈ Batteriekapazität (Wh) ÷ durchschnittliche Leistungsaufnahme (W)

Wenn ein Reinigungsroboter beispielsweise eine 24-V-40-Ah-Batterie verwendet:

24 V × 40 Ah = 960 Wh

Wenn der Roboter durchschnittlich 300 W verbraucht:

960 Wh ÷ 300 W ≈ 3,2 Stunden

Dies ist eine theoretische Berechnung. Die tatsächliche Laufzeit kann variieren, da Reinigungsroboter in der Regel nicht mit konstanter Leistung arbeiten.

Der Stromverbrauch kann sich in folgenden Fällen ändern:

• Start
• Beschleunigung
• Drehen
• Rampenklettern
• Bürstenbetrieb
• Vakuumbetrieb
• Wasserförderung
• Umgang mit Hindernissen
• Navigation
• Standby-Betrieb

Bei der Auslegung einer Batterie sollte daher der gesamte Betriebszyklus berücksichtigt werden, anstatt sich auf einen einzelnen Motorleistungswert zu stützen.

Teil 4: Warum die Batteriespannung eines Reinigungsroboters wichtig ist

Die Batteriespannung muss auf das elektrische System des Roboters abgestimmt sein.

Je nach Ausrüstung können maßgeschneiderte Batteriesysteme mit 12 V, 24 V, 36 V, 48 V oder anderen Spannungskonfigurationen betrieben werden.

Die Batteriespannung beeinflusst den für eine bestimmte Leistungsstufe erforderlichen Strom.

Beispielsweise würde eine Last von 1.000 W theoretisch Folgendes erfordern:

1.000 W ÷ 24 V ≈ 41,7 A

Bei 48 V:

1.000 W ÷ 48 V ≈ 20,8 A

Der tatsächliche Strom hängt vom Wirkungsgrad der Anlage und den Betriebsbedingungen ab.

Die Wahl der Spannung kann daher folgende Faktoren beeinflussen:

• Motorbetrieb
• Dauerstrom
• Spitzenstrom
• Kabelspezifikationen
• Auswahl der Steckverbinder
• BMS-Konfiguration
• Auswahl des Ladegeräts
• Batterieaufbau

Der Batteriehersteller sollte diese Parameter bei der Entwicklung eines OEM-Batteriepakets gemeinsam bewerten.

Teil 5. Dauerstrom und Spitzenstrom

Die Akkukapazität sagt nicht alles über die elektrische Gesamtleistung des Akkus eines Reinigungsroboters aus.

Der Akku muss zudem den vom Roboter benötigten Strom liefern können.

Beispielsweise können Antriebsmotoren unter folgenden Umständen zusätzlichen Strom benötigen:

• Start-up
• Beschleunigung
• Rampenklettern
• Drehen
• Hindernisüberwindung

Auch Bürsten- und Staubsaugermotoren können Schwankungen im momentanen Leistungsbedarf verursachen.

Das Batteriedesign sollte daher beides festlegen:

Kontinuierlicher Entladestrom

und

Spitzenableitstrom

Das BMS muss entsprechend der Zellenkonfiguration, den Stromanforderungen, der Schutzstrategie und den Betriebsbedingungen der Anlagen konfiguriert werden.

Teil 6. BMS-Anforderungen an Reinigungsroboter

Das Batteriemanagementsystem ist ein wichtiger Bestandteil einer maßgeschneiderten Roboterbatterie.

Ein BMS kann folgende Parameter überwachen und steuern:

• Zellspannung
• Pack-Spannung
• Ladestrom
• Entladungsstrom
• Batterietemperatur
• Ladezustand (SOC)
• Ladezustand
• Schutzstatus

Zu den Schutzfunktionen können gehören:

• Schutz vor Überladung
• Schutz vor Überentladung
• Überstromschutz
• Kurzschlussschutz
• Schutz vor Überhitzung
• Überwachung der Temperatur
• Zellausgleich

Bei intelligenten Reinigungsrobotern kann zudem eine Kommunikation zwischen dem Akku und der Robotersteuerung erforderlich sein.

Yizhan kann maßgeschneiderte BMS-Konfigurationen entsprechend den Anforderungen der Anlagen entwickeln, einschließlich Kommunikationsoptionen wie beispielsweise CAN, UART und RS485.

Das Kommunikationsprotokoll sollte vor der Entwicklung der Batterie festgelegt werden, damit die Batterie die erforderlichen Informationen mit der Robotersteuerung austauschen kann.

Teil 7: Anforderungen an das Laden der Akkus von Reinigungsrobotern

Das Ladegerät muss auf die Batteriechemie, die Spannung, die Ladespannung, den Ladestrom, die BMS-Konfiguration und das Ladeverfahren abgestimmt sein.

Bei Lithium-Batteriesystemen umfasst der Ladevorgang in der Regel eine Konstantstromphase, auf die eine Konstantspannungsphase folgt.

Eine einfache Schätzung der Ladezeit lautet:

Ladezeit ≈ Akkukapazität ÷ Ladestrom

Zum Beispiel:

40 Ah ÷ 10 A ≈ 4 Stunden

Die tatsächliche Ladezeit kann abweichen, da sich der Ladestrom während des Ladevorgangs ändert.

Reinigungsroboter können verschiedene Lademethoden nutzen, darunter:

• Manuelles Laden
• Aufladen über das Netzteil
• Automatisches Andocken
• Ladestationen
• Geplantes Laden

Bei autonomen Reinigungsrobotern muss der Akku möglicherweise als Teil eines integrierten Ladesystems mit der Ladestation und der Robotersteuerung zusammenarbeiten.

Zu den Ladeanforderungen können gehören:

• Steuerung zum Aktivieren/Deaktivieren der Ladung
• Ladezustand
• Überwachung der Temperatur
• Fehlersuche
• Kommunikation beim Laden
• Kompatibilität mit automatischem Andocken

Teil 8: Lithium-Ionen- oder LiFePO4-Akkus für Reinigungsroboter?

Die Batteriechemie sollte entsprechend den Anforderungen des Roboters ausgewählt werden.

Lithium-Ionen-Akkus kommen in Betracht, wenn das Projekt eine kompakte Akkukonfiguration und bestimmte Energieeigenschaften erfordert.

LiFePO4-Batterien kommen für Anwendungen in Frage, bei denen Zyklusanforderungen, thermische Eigenschaften, Sicherheitsaspekte und Betriebsbedingungen wichtige Auslegungsfaktoren sind.

Die Auswahl hängt ab von:

• Erforderliche Spannung
• Erforderliche Kapazität
• Verfügbarer Einbauraum
• Gewicht der Batterie
• Dauerstrom
• Spitzenstrom
• Laufzeit
• Zyklusvorgaben
• Betriebstemperatur
• Ladevorgaben
• Angestrebtes Produktionsvolumen

Yizhan entwickelt sowohl maßgeschneiderte Lithium-Ionen- als auch LiFePO4-Akkupacks für verschiedene Geräteanwendungen.

Teil 9: Mechanische Konstruktion von Akkupacks für Reinigungsroboter

Der Akku eines Reinigungsroboters ist nicht nur ein elektrisches Bauteil. Seine bauliche Beschaffenheit muss zum Gerät passen.

Zu den wichtigen mechanischen Parametern gehören:

• Batterielebensdauer
• Batteriebreite
• Batteriehöhe
• Befestigungslöcher
• Anschlussposition
• Kabelauslass
• Gehäusestruktur
• Interne Zellanordnung
• Gewicht der Batterie
• Kühlungsanforderungen
• Anforderungen an die Wasserdichtigkeit

Reinigungsroboter können in Umgebungen eingesetzt werden, in denen Wasser, Reinigungsmittel, Staub, Vibrationen und wiederholte mechanische Bewegungen auftreten.

Daher sollten das Batteriegehäuse und die Dichtungskonstruktion entsprechend der tatsächlichen Betriebsumgebung ausgelegt werden.

Yizhan bietet maßgeschneiderte Unterstützung bei der Konstruktion von Batteriestrukturen und der 3D-Planung für OEM-/ODM-Batterieprojekte, sodass die Batteriestruktur an den beim Kunden verfügbaren Einbauraum angepasst entwickelt werden kann.

Teil 11: Sicherheit und Prüfung der Batterien von Reinigungsrobotern

Zur Batteriesicherheit gehören die Auswahl der Zellen, der Aufbau des Batteriepacks, die Konfiguration des Batteriemanagementsystems (BMS), die Fertigungsprozesse, die Ladekompatibilität sowie die Prüfung.

Je nach Zielanwendung und Markt können bei Lithium-Batterie-Projekten folgende Anforderungen anfallen:

• UN38.3
• IEC 62133-2
• CE
• UL
• EN-Normen
• RoHS
• EMV-Anforderungen
• Marktspezifische Anforderungen

Die geltenden Anforderungen hängen von der endgültigen Bauweise der Batterie, der Gerätekategorie, dem Zielmarkt und den Transportbedingungen ab.

Den Unternehmensangaben zufolge umfassen die Fertigungs- und Qualitätssicherungssysteme von Yizhan die Normen ISO 9001, ISO 14001 und IATF 16949. Das Unternehmen gibt außerdem an, dass seine Batterieprodukte die Anforderungen gemäß UN 38.3, CE, EN, UL und IEC erfüllen.

Zu den Batterietests können gehören:

• Prüfung der Kapazität
• Lade-/Entladeprüfung
• Prüfung des BMS-Schutzes
• Spannungsprüfung
• Laufende Tests
• Temperaturprüfung
• Alterungsprüfung
• Kommunikationstests
• Prüfung der Wasserdichtigkeit, sofern erforderlich
• Endkontrolle

Das genaue Prüfprogramm sollte entsprechend der Batteriekonstruktion und den Kundenanforderungen festgelegt werden.

Teil 12: OEM-/ODM-Prozess für kundenspezifische Akkusätze für Reinigungsroboter

Für Hersteller von Reinigungsrobotern kann der Entwicklungsprozess für Akkus bereits bei den Gerätespezifikationen beginnen.

Schritt 1: Anforderungsanalyse

Das Ingenieurteam von Yizhan kann Folgendes prüfen:

• Robotertyp
• Betriebsspannung
• Motorleistung
• Durchschnittsstrom
• Spitzenstrom
• Erforderliche Laufzeit
• Abmessungen der Batterie
• Ladeverfahren
• Kommunikationsprotokoll
• Betriebstemperatur
• Anforderungen an die Wasserdichtigkeit
• Probenmenge
• Erwartetes Jahresvolumen

Fotos, Zeichnungen, Originalmuster der Batterien und technische Daten der Geräte können bei der Festlegung des Batteriekonzepts hilfreich sein.

Schritt 2: Zellkonfiguration

Die Batteriekonfiguration richtet sich nach den Anforderungen hinsichtlich Spannung, Kapazität, Stromstärke, Abmessungen und Einsatzzweck.

Zelltyp und Konfiguration werden je nach Projekt ausgewählt, anstatt für alle Reinigungsroboter eine einheitliche Standardkonfiguration zu verwenden.

Schritt 3: BMS-Entwurf

Das BMS wird wie folgt konfiguriert:

• Zellkonfiguration
• Ladespannung
• Dauerstrom
• Spitzenstrom
• Schutzparameter
• Temperaturanforderungen
• Kommunikationsprotokoll

Schritt 4: Tragwerksplanung

Das Batteriegehäuse und der interne Aufbau sind auf den verfügbaren Einbauraum abgestimmt.

Yizhan bietet während des OEM/ODM-Entwicklungsprozesses Unterstützung bei der Erstellung maßgeschneiderter Konstruktionen und 3D-Entwürfen.

Schritt 5: Entwicklung eines Prototyps

Es kann ein Batterieprototyp hergestellt werden, um die Kompatibilität mit dem Roboter zu testen.

Die Prüfungen können die elektrische Leistung, die BMS-Funktionen, den Ladevorgang, die Kommunikation, den mechanischen Einbau und die Betriebsbedingungen umfassen.

Schritt 6: Serienfertigung

Nachdem das Design bestätigt wurde, kann die Batterie gemäß den Auftragsanforderungen des Kunden in die Produktion gehen.

Die Qualitätskontrolle in der Produktion umfasst die Zellabstimmung, das Schweißen, die Montage des BMS, die Verkabelung, den Alterungstest, die elektrischen Prüfungen und die Endkontrolle.

Teil 14. Welche Angaben werden für ein Angebot für einen Akku für einen Reinigungsroboter benötigt?

Wenn Sie ein individuelles Angebot für einen Akku für einen Reinigungsroboter anfordern, können die folgenden Informationen dem Ingenieurteam bei der Bewertung des Projekts helfen:

Sollten einige technische Parameter nicht vorliegen, können die Originalbatterie, Fotos der Ausrüstung, Motorspezifikationen, Angaben zum Ladegerät und Einbaumaße für eine erste Bewertung bereitgestellt werden.

Teil 15. Warum sollten Sie mit Dongguan Yizhan Electronics Technology Co., Ltd. zusammenarbeiten?

Die Dongguan Yizhan Electronics Technology Co., Ltd. hat sich auf die Entwicklung und Herstellung maßgeschneiderter Lithium-Batterien und LiFePO4-Akkupacks spezialisiert.

Das Anwendungsspektrum umfasst Roboter, fahrerlose Transportfahrzeuge (AGVs), E-Bikes, Golfwagen, medizinische Geräte sowie weitere industrielle und gewerbliche Ausrüstungen.

Im Bereich der Batterieprojekte für Reinigungsroboter bietet Yizhan folgende Unterstützung:

• Individuell wählbare Spannung und Kapazität
• Lithium-Ionen- und LiFePO₄-Akkus
• Benutzerdefiniertes BMS
• CAN-/UART-/RS485-Kommunikation
• Aufbau der Batterie
• Unterstützung bei der 3D-Konstruktion
• Maßgefertigte Steckverbinder und Kabel
• Entwicklung von Prototypen
• Batterieprüfung
• OEM-/ODM-Fertigung
• Massenproduktion

Die Produktionsstätte des Unternehmens in Dongguan vereint Forschung und Entwicklung, Batteriemontage, Prüfung und Fertigung unter einem Dach. Auf der offiziellen Website des Unternehmens finden sich zudem Informationen zu den Produktionsanlagen, den Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen, den Prüfgeräten sowie den Anlagen zur Alterung von Batterien.

FAQ

Welcher Akku wird in einem Reinigungsroboter verwendet?

Reinigungsroboter können mit maßgeschneiderten Lithium-Ionen- oder LiFePO4-Akkus betrieben werden. Welcher Akku geeignet ist, hängt von der Spannung, der Kapazität, der Leistungsaufnahme, dem Strombedarf, der Laufzeit, dem Einbauraum und dem Ladesystem des Roboters ab.

Wie berechne ich die Akkukapazität eines Reinigungsroboters?

Gehen Sie zunächst vom durchschnittlichen Stromverbrauch und der erforderlichen Betriebszeit des Roboters aus.

Energiebedarf = Durchschnittliche Leistung × Laufzeit

Die Batteriekapazität lässt sich dann anhand der gewählten Batteriespannung und des Bedarfs an nutzbarer Energie berechnen.

Kann Yizhan die Akkus für Reinigungsroboter individuell anpassen?

Ja. Die Dongguan Yizhan Electronics Technology Co., Ltd. bietet die kundenspezifische Anpassung von Lithium-Akkupacks im Rahmen von OEM-/ODM-Lösungen an, einschließlich Spannung, Kapazität, BMS, Aufbau, Anschlüsse, Kabel und Kommunikationsfunktionen.

Kann der Akku des Reinigungsroboters mit der Steuerung des Roboters kommunizieren?

Ja. Je nach Steuerungssystem des Roboters kann die Batterie mit CAN, UART, RS485 oder anderen erforderlichen Kommunikationsfunktionen konfiguriert werden.

Kann der Akku so ausgelegt werden, dass er automatisch aufgeladen wird?

Ja. Das Batteriesystem kann entsprechend den Anforderungen des Roboters an Ladestation, Andocksystem, Ladegerät, BMS und Steuerung entwickelt werden.

Welche Angaben muss ich für ein Angebot zum Akku eines Reinigungsroboters machen?

Zu den nützlichen Informationen gehören Spannung, Kapazität, Motorleistung, Dauer- und Spitzenstrom, erforderliche Laufzeit, Batterieabmessungen, Ladegerätespezifikationen, Steckertyp, Kommunikationsprotokoll, Betriebstemperatur und geschätzte Bestellmenge.

Schlussfolgerung

Ein Akku für einen Reinigungsroboter muss auf das gesamte Gerätesystem abgestimmt sein.

Spannung und Kapazität sind nur ein Teil der Batteriespezifikationen. Auch die Laufzeit, der Dauer- und Spitzenstrom, die BMS-Funktionen, die Ladeanforderungen, die Kommunikation, der mechanische Aufbau, die Umgebungsbedingungen und die Konformitätsanforderungen müssen berücksichtigt werden.

Bei OEM- und ODM-Projekten für Reinigungsroboter kann eine frühzeitige Zusammenarbeit zwischen dem Roboterhersteller und dem Batterieteam dazu beitragen, die Batteriekonfiguration bereits vor der Prototypenfertigung festzulegen.

Dongguan Yizhan Electronics Technology Co, Ltd. bietet maßgeschneiderte Lösungen für Lithium- und LiFePO4-Akkus für Roboter und andere Geräteanwendungen an, die die Konfiguration der Akkus, die Entwicklung des Batteriemanagementsystems (BMS), die Konstruktionsplanung, die Prototypenentwicklung, die Prüfung und die Produktion umfassen.

Wenn Sie einen Reinigungsroboter, einen autonomen Staubsauger, eine Bodenreinigungsmaschine, einen Serviceroboter oder andere Robotergeräte entwickeln, wenden Sie sich bitte mit den technischen Daten Ihres Geräts, den Abmessungen der Batterie, der erforderlichen Laufzeit und den Angaben zur Originalbatterie an Yizhan, um eine maßgeschneiderte Batterielösung zu erhalten.