掃地機器人的電池成分說明，及影響電池使用壽命的幾個因素
來源：寶鄂實業(yè)
2019-03-11 16:30
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掃地機器人已經開始走入少部分家庭，正在向大部分家庭發(fā)展。關于掃地機人的知識，小編也是在不斷的分享中，希望能對你選擇掃地機器人和使用掃地機器人有所幫助，現在小編來分享下掃地機器人電池方面的知識。
先說電池的成分，現在電子產品的電池都是聚合物的，這種電池可以承受直流電機帶來的超頻負荷，避免危險的產生。聚合物成分也分好幾種，最常見和最常使用的是純鋰電池和鎳氫電池，純鋰電池雖然有隨用隨充的功能，但缺點是容易鼓包，而眾所周知鼓包的電池是不能用的，否則會發(fā)生爆炸危險，這種電池多用在數碼產品上。而掃地機器人一般采用鎳氫電池，它屬于環(huán)保電池，壽命是3年左右。
對電池影響最大就是電機和馬達，三樣東西的關系是密切相連的，不管它們之間誰的質量不合格，都直接會影響到掃地機器人的使用壽命。尤其是電機和馬達，因為電池是承載他們所產生的負荷，如果它們是不合格產品，電池會因為負荷過重而報廢，因此選購掃地機器人時，一定得選擇正品，這樣才能保證物品的正常使用。
還有電池忌水忌高溫，機器進水會腐蝕機器內部的點路板、芯片及其他零部件，因此有水的地方清完不能讓它去清理；也不可在高溫下使用掃地機器人，尤其是夏季伏天，氣溫高機器散熱慢，而機器溫度高存在一定的安全隱患，因此夏季最好是少使用或者不適用掃地機器人清掃，即使使用也要避開白天的高溫時段。
掃地機器人的電池使用壽命一般在三年之內，好的清理保養(yǎng)可以延長掃地機器人的使用壽命，就是不延長，保證正常使用三年在更換也是好的，大家說呢？
中國已經成為全世界負載最重的物流產業(yè)國家之一，目前平均每天收發(fā)的貨物已經超過一億件，馬云甚至認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擔之下，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，增加物流的額外負擔，那么，用機器取代人類，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器人的概念，成為許多貨運或物流行業(yè)關注的焦點，尤其是中國許多領頭的物流企業(yè)，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，增加管理以及物流本身的效率。
但是機器人一旦接管倉儲物流，業(yè)者又有新的問題要煩惱：如何讓機器人可以達到最大可用工作時數，降低因故障或電池充電所耗損的時間，同時又要強化龐大機器員工的管理便利性？
水巖科技憑借引入新電池技術，意圖從根本解決機器人的可用性問題。
傳統(tǒng)鋰電池機器人面臨效率瓶頸
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)境與設備相關方案的研發(fā)與提供，呂江在接受 DT 君專訪時提到，完整的機器人自動倉儲系統(tǒng)包含了四大部分，也就是機器人本體、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)，以及貨架的設計等相關成本并不高，以水巖提供的系統(tǒng)為例，其后端的服務器其實只要一般幾萬塊人民幣等級的硬件就可以承擔起五千個機器人在同一倉庫中的工作協(xié)調，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器人本身，為了要讓機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，盡量把投資設備的效益最大化，電池技術可以說是最關鍵的議題。
呂江表示，傳統(tǒng)機器人使用的鋰電池存在著高危險性，雖然可以做到快充，但快充所導致的高熱可能會導致電池模塊的損壞，且快充也會大大的降低電池壽命。所以使用傳統(tǒng)鋰電池的倉儲物流機器人，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行充電。
但問題來了，倉儲中心通常要應付 24 小時不間斷的進出貨工作，很難有真正的空閑時間，也因此，當有機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，而為了要彌補效率的損失，就必須要準備高于正常需求的機器人數量，以備隨時替換，維持流水線的流暢。
但這么一來，就必須要負擔額外的機器人成本。
鈦酸鋰電池的技術特性：高可靠、低容量
呂江表示，為了解決這個問題，水巖提出了相當激進的概念，那就是使用最新的鈦酸鋰電池技術，用高達 120A/h 的超大電流快充取代過去的大容量鋰電池應用概念。
鈦酸鋰電池其實就是置換了負極材料的鋰電池，有值得關注重要特性有以下幾個：
首先，它的穩(wěn)定性非常高，傳統(tǒng)鋰電池為了達到更高的能量密度，負極絕大多數使用碳材，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極，由于該材料結構穩(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)生鋰沉積而導致短路，安全性極優(yōu)。也因此，鈦酸鋰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)鋰電池負極材料在充放電的過程都會因為鋰離子的交互過程導致晶體結構變化，影響充放電轉換效率，一般多在 3000 次的充放電次數后負極材料就完全無法進行充放電，此時電池也等同宣告壽終正寢。但是鈦酸鋰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)理論上可高達數萬次，根據實測，在 16000 次充放電之后還能維持超過 80% 的電容量，理論上機器人就算壽終正寢，電池仍能繼續(xù)為下一臺機器人工作。
圖丨水巖科技的物流機器人正在工作
最后，鈦酸鋰電池在材料結構上，提供鋰離子三維擴散通道，這讓環(huán)境溫度不易影響充放電效率，理論上鈦酸鋰電池的電池結構在零下 50 到零上 60 度都可以進行正常充放電而不會產生任何效率上的折損或者風險。
鈦酸鋰電池美好的地方太多，但為何市場上普及率并不高？呂江提到一個關鍵原因：該電池技術的最大的短板，就是鈦酸鋰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電池的一半。換言之，如果要用鈦酸鋰電池達到一般鋰電池的電容量，就必須使用更大量的鋰元素。鈦酸鋰材料本身成本就高，如果要設計出大容量產品，就要耗用遠高于一般電池的材料，這也導致鈦酸鋰電池的整體成本可能要高過傳統(tǒng)鋰電池三倍以上。
呂江強調，除了鈦酸鋰電池的穩(wěn)定性外，促使水巖最新一代的倉儲物流機器人改用鈦酸鋰電池的最大理由，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電池使用電流高達 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，解決物流機器人因充電而被迫缺工的窘況。
快充將可從根本改變自動倉儲營運邏輯，強化營運彈性
呂江表示，雖然一般鋰電池同樣能做到快充，但他們認為并不適合于自動化倉儲的環(huán)境中。主要理由就是傳統(tǒng)鋰電池材料不穩(wěn)定，用來做快充的風險太高，小則損壞個體機器人，嚴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，增加營運成本不說，也大大的降低了倉儲運轉效率。
呂江說，從傳統(tǒng)充電轉換到快充，可以用個方式來比擬：傳統(tǒng)電動大巴用的是高容量鋰電池，尋常班次結束后需要有比較長的時間進行充電，方可回復次日班次所需電力。而使用了鈦酸鋰電池取代傳統(tǒng)鋰電池之后，大巴可以在每次過站就進行短時間充電，并維持全日 24 小時營運，也因此就不會有服務上的空白部分。
自動倉儲物流機器人也是同樣的概念，透過快充技術可以確保最高的續(xù)戰(zhàn)力，即便電池即將耗光，也可在最短時間內回復工作狀態(tài)，從而確保倉儲流水線上的機器人可以隨時維持在最大數量，確保整體的工作效率。
新款機器人上線后已被驗證遠較傳統(tǒng)機器人杰出的可用彈性
呂江表示，水巖采用新鈦酸鋰電池的新款機器人投入使用已經將近半年，雖然新舊款最大的差別在外型以及電池使用類型，速度表現也一致，但目前在可用性及可靠性方面已經有比舊款產品更優(yōu)秀的表現，平均檢貨能力亦超越業(yè)界平均水平。
另外，水巖的物流機器人擁有相當高的自主能力，雖然視野小，但系統(tǒng)容錯能力高，且設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。水巖科技也提供針對不同倉儲環(huán)境設計的算法，配合系統(tǒng)內部的效率評估系統(tǒng)，從而確保各類型倉儲管理物流上的效率可達最優(yōu)化。
水巖物流機器人的鈦酸鋰電池模塊來自國內另一家創(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 年推出至今達到零故障率的紀錄，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)機器人及電動交通工具行業(yè)所采用。
