سیستم باتری ربات

معرفی میزبان کاربردی: جاروبرقی برقی دستی یک محصول جدید و سازگار با محیط زیست است که عملکرد جارو، جعبه زباله و سه ابزار را ترکیب می‌کند. این جاروبرقی دارای ویژگی‌های زیر است: 1- بدون نیاز به انرژی، بدون نیاز به خم شدن، با فشار دستی تمام عملکردها فعال می‌شود و زباله‌ها به راحتی جمع‌آوری می‌شوند؛ 2- عملکرد ساده، قابلیت چرخش 360 درجه، پوشش تمیزکاری در تمام گوشه‌های داخلی؛ صرفه‌جویی در انرژی و سازگار با محیط زیست، بدون سر و صدا و انتشار گاز، مناسب برای مکان‌های نیازمند سکوت مانند بیمارستان‌ها، مدارس و مراکز خرید؛ 3- صرفه‌جویی در زمان و نیروی کار، تمیزکاری مؤثرتر از تمیزکاری دستی؛ 4- بادوام و مقاوم در برابر خوردگی و پیری؛ 5- حمل و نقل آسان، دستگاه سبک و قابل حمل، ذخیره‌سازی عمودی برای صرفه‌جویی در فضا؛ تمیزکاری بسته برای جلوگیری از گرد و غبار و تضمین بهداشت خانه و سلامت خانواده. معرفی باتری: 1- پارامترهای عملکرد محصول: این باتری جاروبرقی دارای عملکردهای ارتباط، اندازه‌گیری شارژ، مدار حفاظت سخت‌افزاری، جمع‌آوری دما، ولتاژ و جریان است. 1) الزامات طراحی مدل باتری لیتیومی: LG ICR18650 MEI 2000mAh-6S/2Ah/22.2V/44.4Wh. 2) ویژگی‌های ورودی و خروجی: ورودی و خروجی از یک پورت استفاده می‌کنند و دارای عملکرد سوئیچینگ خودکار ورودی/خروجی هستند. 1- ویژگی ورودی: شارژر 25.2V برای شارژ باتری استفاده می‌شود. 2- ویژگی خروجی: باتری ولتاژ 22.2V را برای تغذیه میزبان فراهم می‌کند. 3) اندازه‌گیری شارژ: از طریق IC اندازه‌گیری شارژ، می‌توان سطح شارژ دقیق باتری را به صورتبلادرنگ خواند. 4) ویژگی‌های اساسی برد حفاظت: 1- ولتاژ حفاظت از شارژ بیش از حد هر سلول: 4.28±0.05V 2- ولتاژ بازیابی شارژ بیش از حد هر سلول: 4.15±0.05V 3- ولتاژ حفاظت از تخلیه بیش از حد هر سلول: 2.60±0.10V 4- ولتاژ بازیابی تخلیه بیش از حد هر سلول: 3.00±0.10V 5- جریان تخلیه مداوم: 5A 6- مقدار حفاظت از جریان بیش از حد باتری ترکیبی (22ms): 10A 7- مقدار حفاظت از دمای بیش از حد شارژ باتری ترکیبی (قابل بازیابی): 65±5℃ 8- مقدار حفاظت از دمای بیش از حد تخلیه باتری ترکیبی (قابل بازیابی): 75±5℃ 9- باتری نهایی همچنین دارای حفاظت از اتصال کوتاه است. 5) الزامات طراحی عمر چرخه باتری: 300~500 چرخه (استاندارد شارژ و تخلیه ملی) 6) الزامات طراحی ابعاد خارجی باتری: بر اساس ابعاد واقعی محفظه باتری. 2- طرح طراحی محصول: 1) ماژول عملکرد ارتباط اندازه‌گیری شارژ: از طریق IC اندازه‌گیری شارژ، شارژ باقی‌مانده باتری محاسبه می‌شود و ارتباطبلادرنگ با میزبان برقرار می‌شود تا اطلاعات مختلف باتری به میزبان بازخورد داده شود. 2) ماژول حفاظت سخت‌افزاری: عمدتاً یک مدار حفاظتی طراحی شده برای بسته‌های باتری لیتیومی قابل شارژ است. با توجه به ویژگی‌های شیمیایی باتری لیتیومی، نیاز به ارائه حفاظت در برابر شارژ بیش از حد، تخلیه بیش از حد، اتصال کوتاه، جریان بیش از حد و دمای بیش از حد برای جلوگیری از خطرات آتش‌سوزی و انفجار است. این باتری از مدار حفاظت سخت‌افزاری برای ایمنی بیشتر استفاده می‌کند. 3) IC حفاظت (Protection IC): تراشه اصلی عملکرد حفاظت در طرح طراحی، که به صورتبلادرنگ آنلاین سلول‌ها را برای شارژ بیش از حد، تخلیه بیش از حد، جریان بیش از حد و اتصال کوتاه نظارت می‌کند تا سلول‌ها در محدوده ایمن، پایدار و کارآمد کار کنند. 4) NTC: عمدتاً برای عملکرد حفاظت دما طراحی شده است. هنگامی که دمای باتری به دلیل ناهنجاری‌های دیگر مشکل پیدا کند، NTC حفاظت دما فعال می‌شود. مقدار حفاظت دمای شارژ: 65±5℃، مقدار حفاظت دمای تخلیه: 75±5℃. 5) انتخاب سلول: این پروژه از سلول‌های معروف LGپاور 18650/2000mAh/3.7V استفاده می‌کند. 6) ترانزیستور اثر میدانی (MOSFET): MOSFET در مدار حفاظت به عنوان سوئیچ عمل می‌کند. 7) کانکتور: از روش صفحه فلزی برای تماس با میزبان استفاده می‌شود. 8) محفظه باتری: از محفظه پلاستیکی با کیفیت بالا برای تشکیل مدل کلی باتری استفاده می‌شود.

مقدمه: (کلمات کلیدی: باتری رباتیک) عرضه ربات‌ها (ربات‌های صنعتی و خدماتی) در اکثر صنایع روند افزایشی داشته است. با توسعه سریع فناوری IT، جهان وارد عصر جدیدی از ساخت ربات‌های هوشمند شده است. باتری لیتیومی همراه باید نیازهای یکپارچه‌سازی ساختار مکانیکی ربات، سیستم کنترل و محرک، سیستم ادراکی و سیستم تعاملی را برآورده کند تا توانایی حرکت ربات در محیط‌های پیچیده را حل کرده و ادراک و تصمیم‌گیری کلی ربات را بهبود بخشد. 1- الزامات طراحی باتری هوشمند ربات: بر اساس نیازها و مشخصات مشتری، بسته باتری هوشمند رباتی طراحی و ساخته می‌شود که با میزبان هماهنگ باشد. این بسته شامل یک اندازه‌گیر هوشمند شارژ با پروتکل ارتباطی، باتری لیتیومی و ویژگی‌های حفاظت ایمنی است تا اشتراک‌گذاری اطلاعات بین بسته باتری هوشمند و میزبان را فراهم کرده و یک طرح مدیریت باتری منطقی، کارآمد و ایمن را محقق کند. در کل فرآیند طراحی، هدف یکپارچه‌سازی کامل با میزبان است و ایمنی باتری، بسته باتری و کل سیستم به عنوان اولویت در نظر گرفته می‌شود. همچنین برای اطمینان از ایمنی و قابلیت اطمینان باتری لیتیومی، حفاظت چندلایه در داخل بسته باتری اعمال می‌شود تا از شارژ بیش از حد، تخلیه بیش از حد یا اتصال کوتاه جلوگیری شود. 2- طرح طراحی باتری هوشمند ربات: سلول لیتیوم یون UR18650FM (SANYO). مشخصات بسته باتری: 18650-4S4P-10400mAh-14.4V. برد حفاظت (PCM): عمدتاً یک مدار حفاظتی طراحی شده برای بسته‌های باتری قابل شارژ (معمولاً باتری لیتیومی) است. با توجه به ویژگی‌های شیمیایی باتری لیتیومی، نیاز به ارائه حفاظت در برابر شارژ بیش از حد، تخلیه بیش از حد، اتصال کوتاه، جریان بیش از حد و دمای بیش از حد برای جلوگیری از خطرات آتش‌سوزی و انفجار است. IC حفاظت (Protection IC): تراشه اصلی عملکرد حفاظت در طرح طراحی، که به صورتبلادرنگ آنلاین سلول‌ها را برای شارژ بیش از حد، تخلیه بیش از حد، جریان بیش از حد و اتصال کوتاه نظارت می‌کند تا سلول‌ها در محدوده ایمن، پایدار و کارآمد کار کنند. ترانزیستور اثر میدانی (MOSFET): MOSFET در مدار حفاظت به عنوان سوئیچ عمل می‌کند و ولتاژ دو سر بار را ثابت نگه می‌دارد. تراشه مدیریت کنترل شارژ (BQ40Z50-R1): یک اندازه‌گیر کامل شارژ با مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) برای اندازه‌گیری ولتاژ و دما و یک ADC برای اندازه‌گیری جریان و حس شارژ. این اندازه‌گیر دارای یک ریزپردازنده است که اطلاعاتی مانند وضعیت ظرفیت باقی‌مانده (Remaining State of Capacity) را ارائه می‌دهد. محصول BQ40Z50-R1 همچنین زمان اجرای باقی‌مانده (Run Time to Empty) را فراهم می‌کند. میزبان می‌تواند در هر زمان این اطلاعات را از اندازه‌گیر شارژ استعلام کرده و به کاربر اطلاع دهد. استفاده از اندازه‌گیر شارژ بسیار آسان است و به کاربر امکان می‌دهد در هر لحظه از انرژی باتری مطلع شود. بسته‌بندی باتری (PVC). نمودار شماتیک طرح طراحی باتری هوشمند ربات.