鉅大LARGE | 點擊量：776次 | 2021年04月06日
充電一分鐘，工作一整天！這個物流機器人的殺手锏就在于電池嗎
我國已經(jīng)成為全世界負載最重的物流產(chǎn)業(yè)國家之一，目前平均每天收發(fā)的貨物已經(jīng)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(dān)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，新增物流的額外負擔(dān)，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(guān)注的焦點，尤其是我國許多領(lǐng)頭的物流公司，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，新增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(shù)，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(shù)，意圖從根本解決機器人的可用性問題。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
傳統(tǒng)鋰離子電池機器人面對效率瓶頸
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(shè)備相關(guān)方法的研發(fā)與供應(yīng)，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(shè)計等相關(guān)成本并不高，以水巖供應(yīng)的系統(tǒng)為例，其后端的服務(wù)器其實只要一般幾萬塊人民幣等級的硬件就可以承擔(dān)起五千個機器人在同一倉庫中的工作協(xié)調(diào)，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(shè)備的效益最大化，電池技術(shù)可以說是最關(guān)鍵的議題。
呂江表示，傳統(tǒng)機器人使用的鋰離子電池存在著高危險性，雖然可以做到快充，但快充所導(dǎo)致的高熱可能會導(dǎo)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)鋰離子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(yīng)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(dāng)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(shù)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(dān)額外的機器人成本。
鈦酸鋰離子電池的技術(shù)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(dāng)激進的概念，那就是使用最新的鈦酸鋰離子電池技術(shù)，用高達120A/h的超大電流快充取代過去的大容量鋰離子電池應(yīng)用概念。
鈦酸鋰離子電池其實就是置換了負極材料的鋰離子電池，有值得關(guān)重視要特性有以下幾個：
首先，它的穩(wěn)定性非常高，傳統(tǒng)鋰離子電池為了達到更高的能量密度，負極絕大多數(shù)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(jié)構(gòu)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(dǎo)致短路，安全性極優(yōu)。也因此，鈦酸鋰離子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)鋰離子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(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)變化，影響充放電轉(zhuǎn)換效率，一般多在3000次的充放電次數(shù)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。但是鈦酸鋰離子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(shù)萬次，根據(jù)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，鈦酸鋰離子電池在材料結(jié)構(gòu)上，供應(yīng)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，理論上鈦酸鋰離子電池的電池結(jié)構(gòu)在零下50到零上60度都可以進行正常充放電而不會出現(xiàn)任何效率上的折損或者風(fēng)險。
鈦酸鋰離子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(guān)鍵原因：該電池技術(shù)的最大的短板，就是鈦酸鋰離子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離子電池的一半。換言之，假如要用鈦酸鋰離子電池達到一般鋰離子電池的電容量，就必須使用更大量的鋰元素。鈦酸鋰材料本身成本就高，假如要設(shè)計出大容量產(chǎn)品，就要耗用遠高于一般電池的材料，這也導(dǎo)致鈦酸鋰離子電池的整體成本可能要高過傳統(tǒng)鋰離子電池三倍以上。
呂江強調(diào)，除了鈦酸鋰離子電池的穩(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離子電池的最大理由，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離子電池使用電流高達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?jīng)r。
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，雖然一般鋰離子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。重要理由就是傳統(tǒng)鋰離子電池材料不穩(wěn)定，用來做快充的風(fēng)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)鋰離子電池的壽命，倉管運營者最后可能會為了更換電池而疲于奔命，新增營運成本不說，也大大的降低了倉儲運轉(zhuǎn)效率。
呂江說，從傳統(tǒng)充電轉(zhuǎn)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離子電池，尋常班次結(jié)束后要有比較長的時間進行充電，方可回復(fù)次日班次所需電力。而使用了鈦酸鋰離子電池取代傳統(tǒng)鋰離子電池之后，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(wù)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(shù)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(nèi)回復(fù)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(shù)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，水巖采用新鈦酸鋰離子電池的新款機器人投入使用已經(jīng)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(xiàn)也一致，但目前在可用性及可靠性方面已經(jīng)有比舊款產(chǎn)品更優(yōu)秀的表現(xiàn)，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(dāng)高的自主能力，雖然視野小，但系統(tǒng)容錯能力高，且設(shè)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。水巖科技也供應(yīng)針對不同倉儲環(huán)境設(shè)計的算法，配合系統(tǒng)內(nèi)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離子電池模塊來自國內(nèi)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。
