Akumulator litowy do żurawia linowego: studium przypadku MM Forsttechnik

Akumulator litowy do żurawia linowego: obudowa stalowa, amortyzowane mocowanie i BMS rekuperacji zapewniają stabilność packu w wymagających warunkach leśnych

Opublikowano AP ۱۴۰۵ زمری ۱۰Zaktualizowano AP ۱۴۰۵ زمری ۱۰

MM Forsttechnik eksploatuje żurawie linowe w ekstremalnych warunkach wibracji, udarów i prądów rekuperacji — standardowy akumulator litowy nie wytrzymałby tych warunków długoterminowo. Hellpower rozwiązał problem za pomocą obudowy stalowej, amortyzowanego mocowania i BMS bezpiecznie obsługującego wysokie prądy rekuperacji.

Technologia leśna

MM Forsttechnik GmbH (Austria)

Kontekst

MM Forsttechnik GmbH to austriacki producent systemów żurawi linowych do operacji leśnych. Żurawie linowe są stosowane na stromych stokach w celu pozyskiwania drewna z terenów trudno dostępnych — lina pracuje pod obciążeniem, a system działa w trybie ciągłym.

Elektryfikacja systemu miała na celu integrację akumulatora litowego jako magazynu energii. Od początku było jasne, że warunki eksploatacji w środowisku leśnym będą stawiać szczególne wymagania w zakresie konstrukcji mechanicznej, elektroniki i zarządzania energią.

Problem

Trzy czynniki sprawiały, że standardowy akumulator był nieodpowiedni do tego zastosowania. Po pierwsze, obciążenie mechaniczne — ciągły ruch liny generuje trwałe drgania, a zaczepienie i ciągnięcie pni drzew powoduje silne udary. Obudowy z tworzywa sztucznego i nieamortyzowane łączniki ogniw nie wytrzymują długoterminowo tych trwałych obciążeń.

Po drugie, rekuperacja: podczas opuszczania ładunków i powrotu pustej liny powstają prądy ładowania znacznie przekraczające normalny proces ładowania. Standardowy BMS nieprojektowany na te piki prądowe wyłącza się przedwcześnie lub uszkadza ogniwa. Po trzecie, integracja z systemem sterowania: sterownik żurawia linowego pracuje na sterowniku PLC — akumulator musiał komunikować się z nim w sposób kompatybilny.

Wymagania

✓Obudowa stalowa: mechaniczna ochrona przed uderzeniami i wstrząsami w eksploatacji leśnej
✓Amortyzowane mocowanie: izolacja drgań przed trwałymi wibracjami od poruszającej się liny
✓BMS rekuperacji: bezpieczna obsługa wysokich prądów ładowania wstecznego bez wyłączenia
✓Interfejs kompatybilny ze sterownikiem PLC: komunikacja z układem sterowania żurawia linowego
✓Niezawodność w pracy ciągłej: stabilność w ekstremalnych warunkach środowiskowych

Rozwiązanie

Obudowa została wykonana ze stali — chroni ogniwa i elektronikę przed obciążeniami mechanicznymi środowiska leśnego i jest wystarczająco odporna, aby wytrzymać silne udary. Wewnątrz obudowy pack akumulatora jest zamontowany na izolatorach drgań, które odsprzęgają ogniwa od trwałych wibracji poruszającej się liny.

BMS został dostrojony do obsługi wysokich prądów rekuperacji. Wykrywa impulsy ładowania wstecznego, przetwarza je bezpiecznie i chroni ogniwa przed przeciążeniem nawet przy niespodziewanych pikach obciążenia. Jednocześnie BMS zapewnia interfejs komunikacyjny kompatybilny ze sterownikiem PLC, za pośrednictwem którego sterownik żurawia odczytuje stan naładowania, status operacyjny i komunikaty błędów akumulatora.

Kompletny system został zbudowany jako prototyp i uruchomiony bezpośrednio w żurawiu linowym.

Wynik

Prototyp został przetestowany w wymagających warunkach leśnych i sprawdził się w rzeczywistych warunkach eksploatacji. Trwałe drgania, udary i prądy rekuperacji nie wpłynęły negatywnie na pack akumulatora. Doświadczenia zdobyte podczas wdrożenia prototypu stanowią podstawę dalszego rozwoju systemu żurawia linowego.

Kontekst techniczny

→ Akumulatory do technologii leśnej

Przegląd rozwiązań dla maszyn leśnych i specjalistycznego sprzętu

→ Rekuperacja w systemach żurawi linowych

Jak powstają prądy rekuperacji i jak obsługuje je BMS

→ Co naprawdę robi BMS

Okno napięciowe, balansowanie, SoC/SoH, podłączenie CAN-Bus

→ LiFePO4 vs. Li-NMC

Która chemia ogniw nadaje się do jakiego zastosowania

Często zadawane pytania

Dlaczego standardowe akumulatory litowe są nieodpowiednie do maszyn leśnych?

Maszyny leśne, takie jak żurawie linowe, pracują w ekstremalnych warunkach mechanicznych: ciągłe wibracje od ruchu liny, udary przy zaczepaniu i ciągnięciu drewna, zmienne kąty nachylenia i czynniki atmosferyczne. Standardowe obudowy akumulatorów z tworzywa sztucznego lub cienkiej blachy nie są przeznaczone do tych obciążeń. Ogniwa i łączniki mogą się luzować pod wpływem trwałych wibracji, co prowadzi do błędów kontaktu lub uszkodzeń.

Co oznacza rekuperacja w systemie żurawia linowego?

W systemach żurawi linowych podczas opuszczania ładunków i powrotu pustej liny wytwarzana jest energia hamowania. Energia ta może być oddawana z powrotem do akumulatora — to jest rekuperacja. Powstające prądy ładowania wstecznego mogą być znacznie wyższe niż podczas normalnego procesu ładowania i przekraczają możliwości standardowego BMS nieprojektowanego na to obciążenie impulsowe.

Jak Hellpower chroni akumulator przed wibracjami leśnymi?

Dwa środki działają komplementarnie: obudowa stalowa chroni ogniwa i elektronikę przed uszkodzeniami mechanicznymi spowodowanymi silnymi uderzeniami. Ponadto pack akumulatora jest zamontowany na izolatorach drgań wewnątrz maszyny, odsprzęgając go od trwałych drgań poruszającej się liny. Dzięki temu wysokoczęstotliwościowe wibracje, które długoterminowo uszkadzałyby kontakty i ogniwa, są odseparowane od packu.

Czym jest BMS kompatybilny ze sterownikiem PLC i dlaczego jest ważny w leśnictwie?

Sterownik PLC to jednostka sterująca nowoczesnych maszyn roboczych. BMS kompatybilny ze sterownikiem PLC komunikuje się przez standaryzowane interfejsy (np. CAN-Bus lub Modbus) z układem sterowania maszyny i raportuje stan naładowania, temperaturę, stany błędów oraz dopuszczalne prądy ładowania i rozładowania. Pozwala to układowi sterowania dostosować pracę żurawia do stanu akumulatora — na przykład ograniczając prędkość podnoszenia, gdy poziom naładowania jest niski.

Na jakim etapie jest rozwiązanie dla MM Forsttechnik?

Akumulator został zbudowany jako prototyp i przetestowany w rzeczywistych warunkach leśnych. System sprawdził się w wymagających warunkach aktywnej pracy leśnej. Doświadczenia zdobyte podczas tego wdrożenia prototypu są uwzględniane w dalszym rozwoju.