Pin xe nâng lithium‑ion: Cuộc cách mạng trong kho vận

Nếu bạn nghe thấy tiếng xô xát trong phòng sạc pin , hãy đến xem thử. Không, đó không phải là chuột.

Nhưng có thể một số người trong số các bạn, với thước dây laser, đang tự hỏi làm thế nào để sử dụng không gian hiệu quả hơn. Nghĩa là, nếu ắc quy axit chì trong đội xe nâng của bạn được thay thế bằng ắc quy lithium-ion (Li-ion). Thật sao?

Vâng, đó là một khả năng. Thực ra, đó là một khả năng rất rõ ràng.

Xe nâng điện chiếm hơn 55% tổng số xe nâng quốc gia. Và một loạt những người có sức ảnh hưởng đang gây sức ép để tăng con số đó. Con số này chắc chắn không hề nhỏ đi.

Pin axit chì là loại pin tiêu chuẩn hiện nay, chiếm hơn 60% thị trường. Pin lithium-ion chiếm phần còn lại.

Tuy nhiên, liệu ắc quy axit chì có phải là giải pháp tốt nhất cho các cơ sở mới không? Việc thay thế có đáng không? Đó là quyết định mà bạn sẽ phải đưa ra vào một lúc nào đó.

Nhân tiện, xe nâng không phải là mục tiêu duy nhất của pin lithium-ion. Nó cũng là lựa chọn cho xe tự hành (AGV) và đội xe robot di động tự hành (AMR) .

“Đừng vội nghĩ rằng pin axit chì sẽ sớm biến mất”, Harold Vanasse , giám đốc tiếp thị cấp cao phụ trách động lực toàn cầu tại EnerSys , nhà cung cấp cả hai loại pin, cho biết. “Tuy nhiên, những hoạt động trong lĩnh vực pin hiện nay chỉ là một bản sao thu nhỏ của những gì đang thịnh hành trong lĩnh vực xử lý vật liệu hiện nay”, Vanasse nói.

“Hai xu hướng chính ở đây là tự động hóa và điện khí hóa,” Vanasse nói. “Độ tin cậy, hiệu quả chi phí và nhu cầu ít người chạm vào thiết bị là những yếu tố then chốt ở đây. Hoạt động cần ít rắc rối hơn, thời gian vận hành dài hơn và khả năng phục hồi vận hành đơn giản,” Vanasse nói.

Hoạt động cần thời gian chạy kéo dài và ít rắc rối hơn khi sạc bằng pin lithium-ion. 

Ưu và nhược điểm
Như bạn đã biết, pin axit chì có rất nhiều yêu cầu.

Axit chì cần một phòng sạc. Và mất 8 giờ để sạc. Và thêm 8 giờ nữa để làm mát. Vì vậy, bạn có thể cần hai hoặc ba bộ ắc quy cho mỗi xe nâng trên sàn. Chưa kể đến nhân viên và một danh sách dài các yêu cầu an toàn để bảo vệ con người và thiết bị.

Pin lithium-ion loại bỏ tất cả những điều đó. Tính chất hóa học của nó thậm chí còn mở ra cơ hội sạc pin tại các trạm được chỉ định rải rác theo mô hình ngẫu nhiên xung quanh cơ sở. Chúng có thể được sử dụng khi tài xế xe nâng đang nghỉ giải lao hoặc có thể có vài phút rảnh rỗi. Trong mọi trường hợp, hầu hết pin lithium-ion chỉ cần một giờ để sạc đầy.

Không phải là một khởi đầu tồi
Cho đến nay, chúng tôi vẫn tập trung vào bản thân pin. Nhưng chúng chỉ là phương tiện để đạt được mục đích. Hãy hỏi Sheel Sanghvi , giám đốc phát triển thị trường của Nyobolt . "Công nghệ pin là tối đa hóa số lần chọn hoặc di chuyển mỗi giờ", Sanghvi giải thích.

Tom Nguyen , Phó Chủ tịch Phát triển Kinh doanh tại Inventus Power, cho biết điều này thể hiện qua thời gian hoạt động của xe. Phu Tran , Giám đốc Sản phẩm Toàn cầu, cho biết Inventus Power chủ yếu tập trung vào pin lithium-ion cho xe tự hành (AGV) và xe tự hành thông minh (AMR). Tran cho biết khả năng sạc nhanh hơn và khả năng cung cấp điện năng tốt hơn là những nhu cầu mong muốn đối với thiết bị di động chạy bằng năng lượng, Tran nói.

Tại triển lãm Modex tháng này, Inventus Power cũng sẽ giới thiệu về việc chuyển sang sử dụng pin lithium-ion cho xe nâng hạng 1 và hạng 2, ông Nguyen cho biết thêm. Ông cho biết loại pin 48 volt này đặc biệt phù hợp với xe nâng để cung cấp công suất và hiệu suất cao hơn.

Trong khi hiệu suất hoạt động là động lực thúc đẩy thì lợi nhuận đầu tư cũng rất quan trọng.

Thông thường, pin lithium-ion có giá thành ban đầu cao hơn pin axit chì từ 2,5 đến 3 lần. Điều này có thể khiến bạn nản lòng. Nhưng trước khi bạn tính toán, hãy tham khảo quy tắc chung được Robin Schneider, giám đốc tiếp thị của Green Cubes Technology, áp dụng .

“Nói một cách đơn giản, thời gian hoàn vốn ngược với số ca làm việc của một hoạt động,” Schneider nói. “Điều đó tương đương với một năm cho hoạt động 24/7. Thời gian hoàn vốn cho hai ca làm việc là hai đến ba năm. Và đối với hoạt động một ca làm việc, thời gian hoàn vốn là bốn đến năm năm.”

Schneider cho biết điều đó là có thể mặc dù chi phí ban đầu cao hơn vì nhìn chung, mỗi xe tải chỉ cần một pin lithium-ion bất kể số ca làm việc.

Mourad Chergui, giám đốc sản phẩm cấp cao của Delta-Q Technologies, cho biết chi phí sở hữu pin lithium-ion trong vòng năm năm thấp hơn từ 10% đến 20% so với pin axit chì.

Những con số đó cùng với một số ưu điểm khác của pin lithium-ion đã đưa công nghệ này vượt qua giai đoạn áp dụng sớm, Schneider nói. "Pin lithium-ion hiện đã là một lựa chọn tiêu chuẩn", bà nói thêm. Điều này cũng dẫn đến việc Green Cubes đã bán được hơn 10.000 pin lithium-ion cho đến nay.

Nhìn chung, việc sử dụng pin lithium-ion tập trung nhiều hơn ở các công ty lớn có đội xe lớn.

“Tuy nhiên, các công ty nhỏ thường không quan tâm đến lithium-ion, trừ khi đó là một cơ sở mới. Việc chuyển đổi từ pin axit chì sang pin lithium-ion cũng khó khăn không kém”, Ron Dutt , CEO của Flux Power, cho biết.

Nhưng đối với tất cả mọi người, pin lithium-ion là lựa chọn hàng đầu. Theo Chergui của Delta-Q Technologies, pin lithium-ion đang chiếm lĩnh 10% thị trường pin axit chì hàng năm tại Hoa Kỳ.

Lớp hóa học
Đây là nơi tốt để trình bày về tính chất hóa học của pin lithium-ion.

Để bắt đầu, bạn có nhiều hơn một loại tiêu chuẩn, Maxim Khabar , giám đốc tiếp thị của OneCharge giải thích .

Lithium sắt phosphate, còn được gọi là LFP, là loại pin được sử dụng chủ yếu trong các phương tiện công nghiệp được đề cập ở đây. Các loại hóa chất khác được sử dụng cho thiết bị điện tử, ô tô điện, dụng cụ điện và các thiết bị khác. Mỗi loại được điều chỉnh phù hợp với loại thiết bị chung và kỳ vọng về công suất đầu ra.

Khubar cho biết LFP đặc biệt phù hợp với xe nâng, AMR và AGV vì chúng:

Đáp ứng các yêu cầu của các ứng dụng công suất cao, đòi hỏi khắt khe,
Thể hiện chu kỳ sống dài nhất của pin và
Đảm bảo mức độ an toàn cao nhất khi vận hành và giảm chi phí bảo trì vận hành.
Đây không phải là một đội hình tồi. Kết quả là pin có thể được sạc trong một giờ, thường là sau 15 phút sạc đầy. Thời gian sạc đủ cho một ca làm việc đầy đủ trước khi giảm xuống còn 25% dung lượng và cần phải sạc lại. Thông thường, một cơ sở sẽ có nhiều trạm sạc, tối đa hóa tính linh hoạt và loại bỏ nhu cầu về phòng sạc chuyên dụng.

Các công ty lớn hơn với đội xe lớn hơn có nhiều khả năng sử dụng pin lithium-ion ở giai đoạn phát triển này. 

Brian Barnett, giám đốc công nghệ tại Nyobolt cho biết, cũng giống như lithium-ion là một giải pháp thay thế cho axit chì, sẽ có một loại hóa chất lithium-ion mới được giới thiệu tại triển lãm Modex tháng này.

“Pin oxit vonfram niobi (NWO) của chúng tôi là loại pin lithium-ion tiên tiến, có khả năng sạc cực nhanh, mật độ công suất cao và tuổi thọ dài,” Barnett cho biết. “Công nghệ NWO là độc quyền của Nyobolt và là kết quả của quá trình nghiên cứu và phát triển của giáo sư Clare Grey, người sáng lập của chúng tôi,” Barnett nói thêm.

Về mặt vận hành, lợi ích của những viên pin NWO này là khả năng sạc trong 5 phút. "Chúng tôi tập trung vào việc sạc pin chỉ trong vài phút chứ không phải một giờ", Barnett nói.

Ông nói thêm: “Tốc độ sạc này sẽ ngày càng trở nên quan trọng khi các hoạt động trở nên phức tạp hơn và căng thẳng hơn để duy trì hoạt động của kho hàng chỉ với thời gian tạm dừng nhỏ nhất để sạc pin”.

Và lithium-ion không phải là công nghệ pin duy nhất đang phát triển để đáp ứng nhu cầu của người dùng cuối. Những tiến bộ gần đây về pin axit chì cũng giải quyết một số vấn đề vận hành nhất định. Một công nghệ đang ngày càng được ưa chuộng là công nghệ pin chì nguyên chất dạng tấm mỏng (TPPL).

"Mặc dù ban đầu được sử dụng cho các ứng dụng quân sự quan trọng, công nghệ TPPL đang thực sự trở nên phổ biến trong các hoạt động xử lý vật liệu", Vanasse của EnerSys cho biết. "Nó lý tưởng cho các hoạt động không yêu cầu năng lượng mạnh mẽ của pin lithium-ion, nhưng vẫn muốn loại bỏ các phòng bảo trì và pin."

Nhiều pin được kết nối hơn
"Chúng tôi đặt năng lượng vào một hộp để vận hành thiết bị. Nhưng chúng tôi cũng tạo điều kiện cho pin, và cả bộ sạc, giao tiếp với thiết bị và đám mây", Dutt của Flux Power cho biết.

Nói cách khác, thành công của pin lithium-ion không chỉ phụ thuộc vào hóa học. Hệ thống quản lý pin, dù là không dây hay các loại khác, cũng rất quan trọng.

Chergui của Delta-Q Technologies cho biết: "Khả năng sạc không dây thương mại ngày nay thực sự đáng kinh ngạc khi so sánh với công nghệ pin axit chì của vài năm trước".

Ông tiếp tục nói rằng việc truyền tải điện không dây “loại bỏ nhu cầu kết nối vật lý trực tiếp giữa pin và nguồn điện sạc pin”.

Nói riêng về AMR và AGV, Chergui cho biết khi những robot này quay trở lại trạm sạc thì “không cần can thiệp trực tiếp vào quy trình làm việc của chúng hoặc không cần có người túc trực để cắm điện cho chúng”.

Delta-Q dự kiến ​​giới thiệu bộ sạc RQ700 dành cho xe tải hạng 3. Bộ sạc này nhỏ hơn một chút so với các mẫu trước đây và có thể kết nối với pin lithium-ion và pin axit chì trên xe tải thông minh (những xe có khả năng viễn thông tiên tiến).

“Mục tiêu của chúng tôi luôn là cung cấp một phương pháp tiếp cận hệ thống hoàn chỉnh. Với việc giới thiệu bộ sạc không dây NexSys AIR cho AGV, chúng tôi mang đến cho hoạt động vận hành sự linh hoạt đáng kể trong khi vẫn tự động hóa việc sạc”, Vanasse của Enersys cho biết.

Pin lithium-ion không phải là hiếm khi truyền dữ liệu quan trọng lên đám mây. 

Hệ thống quản lý pin (BMS) cũng là một phần của sự kết hợp này. Như Dutt giải thích, chúng tập trung vào việc thu thập dữ liệu thô từ các hệ thống tin học viễn thông và chuyển đổi thành những thông tin chi tiết hữu ích. Các chỉ số chính bao gồm mức sạc, nhiệt độ và mô hình sử dụng. "Ai cũng muốn có khả năng này ngay bây giờ", Dutt nói.

Tại Modex, Green Cubes Technology sẽ công bố dòng pin Lithium SAFEFlex PLUS, tập trung vào thiết kế mô-đun để cải thiện khả năng bảo trì và hỗ trợ chứng nhận. Khả năng quản lý pin phân tán giúp tăng cường ghi dữ liệu, mang lại hiệu quả sử dụng pin cao hơn.

Vanasse cho biết tương lai sẽ phụ thuộc vào một loại pin được kết nối tốt hơn. "Cảnh báo, thông báo và phản hồi trực tiếp từ pin là những công cụ chủ chốt ở đây", ông nói thêm.

James Nielson , giám đốc sản phẩm kinh doanh cấp cao về động lực và điện khí hóa, cho biết tùy chọn Power Cellect của Hyster chính là sự kết hợp của nhiều phát triển này .

Power Cellect cho phép xe tải Hyster chuyển đổi nguồn điện từ pin axit chì sang pin TPPL và pin lithium-ion mà không làm gián đoạn giao tiếp tích hợp giữa xe tải và pin. Nielson cho biết đây là một tính năng độc đáo giúp tối đa hóa tính linh hoạt trong việc quản lý pin.

Trong khi đó, Raymond đang mở rộng mạng lưới quản lý pin ra ngoài phạm vi từng xe tải riêng lẻ.

Tại kho hàng riêng của mình ở Greene, New York, Raymond đã xây dựng một hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin và lưới điện mặt trời siêu nhỏ để quản lý năng lượng pin của xe nâng cho toàn bộ đội xe, theo Damon Hosmer, giám đốc điều hành các giải pháp lưu trữ năng lượng.

Ngoài Raymond, dự án còn được tài trợ bởi Đại học Binghamton và Cơ quan Nghiên cứu và Phát triển Năng lượng của Tiểu bang New York.

Ông cho biết, sau khi hệ thống được lắp đặt, giờ đây đã sẵn sàng để lắp đặt các bộ sạc lithium-ion tiên tiến. Họ sẽ có phần mềm độc quyền để cân bằng việc sạc pin lưới điện siêu nhỏ nhằm tối ưu hóa công suất cho từng xe nâng.

Ông Hosmer tiếp tục khẳng định đây chỉ là bước đầu tiên trong việc phát triển một hệ thống toàn diện tại chỗ để sạc xe nâng lên lưới điện. Ông mô tả đây là một dự án kéo dài nhiều năm.

Với tất cả những điều đã nói, có lẽ đã đến lúc kiểm tra lại với những người đang đo đạc phòng sạc pin cho các mục đích sau này. Biết đâu họ lại tìm ra điều gì đó.