Batterie de robot - votre partenaire de vie pour les activités robotiques

Batterie robotique : votre partenaire de vie pour les activités robotiques

Les robots ont besoin d'énergie électrique pour faire fonctionner leurs facultés mécaniques et électroniques. Ils sont principalement alimentés par les batteries des robots. Les besoins d'une batterie de robot dépendent des actionneurs et des applications électroniques utilisés dans le robot. Il existe actuellement de nombreux types de batteries pour robots. Il convient donc de choisir la bonne batterie en fonction des besoins du robot.

Quelles sont les piles utilisées par les robots ?

Il existe différents types de batteries couramment utilisés dans l'industrie robotique. Les besoins en énergie d'un robot varient en fonction de la fonction qu'il est censé accomplir. Ces fonctions comprennent la collecte de données électroniques et les mouvements mécaniques. Les robots fonctionnent avec une seule ou plusieurs batteries.
Les technologies de batteries standard actuellement utilisées sont les suivantes.
Batteries plomb-acide étanches
-Piles alcalines (zinc/dioxyde de manganèse)
Piles au nickel-cadmium
-Piles à combustible
-Batteries Li-ion (Lithium-ion)
-LiFePO4 (piles au phosphate de fer-lithium)

La nouvelle technologie des batteries et la conception des robots ont surpassé les batteries au plomb-acide, et les batteries au lithium les ont remplacées. Les batteries lithium-ion (Li-on) et lithium-phosphate de fer (LiFePO4) sont les batteries lithium les plus utilisées pour les besoins en énergie des robots.

Les robots utilisent des piles au lithium

Oui, les robots utilisent des batteries au lithium. La batterie est la principale source d'énergie électrique des robots. Les robots doivent donc dépendre des sources d'énergie des batteries pour leurs mouvements mécaniques et leurs fonctions électroniques. Les batteries lithium-ion des robots sont similaires à celles des smartphones.

Les piles au lithium pour robots sont-elles meilleures que les autres ?

Oui, les piles au lithium pour robots sont meilleures que les autres. Parce qu'elles sont légères, faciles à recharger et que leur taux d'autodécharge est faible, ces batteries ont une capacité élevée et sont disponibles avec une tension nominale de 3,7 V.

Spécifications de la batterie du robot

Capacité nominale

L'indice de capacité est la quantité de courant qu'une batterie de robot peut produire en une heure, également connue sous le nom d'indice de courant. Par exemple, si la batterie indique 1 ampère-heure, elle peut fournir un courant continu de 1 ampère pendant une heure avant d'être complètement déchargée. Supposons une batterie automobile d'une capacité de 70 ampères-heures, spécifiée à 3,5 ampères ; la batterie peut alors fournir un courant de 3,5 ampères en continu pendant 20 heures, ce qui sera calculé comme suit : 70 ampères-heures/3,5 ampères égal à 20 heures.

Niveau de tension

La tension nominale est la tension qu'une nouvelle batterie peut fournir à l'équipement électronique.

Pile alcaline

Il s'agit de piles non rechargeables. Elles sont disponibles en 1,5V et 9V. Les piles de 1,5 V sont disponibles en AA, AAA, C et D. La pile AA a une puissance d'environ 1000 mAh, la pile AAA a une puissance inférieure à 1000 mAh, la pile C a une puissance de 2000 à 2500 mAh et la pile D a une puissance d'environ 2000 mAh. La pile 9V a une puissance de 50-500mAh. Ces piles ne durent pas longtemps car elles ont un taux de décharge élevé. Cependant, ces piles sont peu coûteuses et peuvent être transportées dans n'importe quel lieu ou projet.

Piles à hydrure métallique de nickel

Il s'agit de piles rechargeables de 1,2 V et d'une puissance comprise entre 600 et 3 300 mAh. Elles offrent une durée de vie prolongée et sont un peu plus chères. Même si elles sont plus chères, ces piles peuvent fournir une capacité de courant élevée et sont plus légères et moins chères. Vous pouvez les recharger au compte-gouttes sans avoir recours à un chargeur coûteux. Ces batteries sont remplacées par des batteries LiPo. Le Ni-MH n'offre pas autant de cycles de charge qu'une batterie au lithium. De plus, il se décharge rapidement lorsqu'il n'est pas utilisé.

Batteries plomb-acide scellées

Ces batteries sont lourdes, mais elles sont moins chères que les autres. Les batteries plomb-acide scellées (SLA) conviennent lorsque vous avez besoin d'une puissance de grande capacité. Elles nécessitent très peu d'entretien et peuvent se charger et se décharger plusieurs fois. Ce sont de bons outils de travail et leur capacité de décharge ne dépasse pas 30% de leur capacité nominale. Ils sont peu coûteux et faciles à recharger. Pour recharger une batterie plomb-acide, il faut un courant de haute tension. Comme ces batteries sont lourdes, elles ne conviennent pas aux robots.

Les piles scellées ont leurs avantages et leurs inconvénients. Elles sont bon marché et disponibles en grandes capacités. Mais ces batteries sont idéales pour les équipements qui nécessitent une capacité énergétique élevée et qui n'ont pas besoin d'une puissance suffisante.

En revanche, ces piles sont lourdes et doivent être rechargées pendant plusieurs ampères-heures. Le taux de décharge de l'étagère est très élevé et il est donc nécessaire de la recharger fréquemment et complètement.

Batteries au lithium-ion

Les batteries au lithium-ion sont légères et dotées d'une grande capacité de puissance. Elles ont une tension nominale de 3,7/3,2 V, sont faciles à charger avec des chargeurs spécialement conçus, et sont donc largement utilisées avec les téléphones mobiles et les ordinateurs portables. Ces batteries sont livrées avec un BMS. Elles sont durables, offrent une tension équilibrée pendant la décharge et ont une forte densité énergétique. Cependant, ces batteries sont un peu chères. Où les utilise-t-on ? Elles ont un large éventail d'utilisations, des lampes de poche aux voitures électriques.

Piles au lithium-polymère

Les batteries au lithium-polymère sont le plus souvent utilisées pour alimenter les robots en raison de leurs nombreux avantages. Ces batteries sont légères et présentent un taux de décharge élevé. En outre, elles ont une excellente capacité de puissance par rapport à la tension nominale. La batterie lithium polymère est en fait une batterie lithium-ion dans une enveloppe souple. Elles sont idéales pour les utilisateurs amateurs et excellentes pour les utilisations intensives jusqu'à 44,4 V (12 S), où vous avez besoin d'une densité énergétique et d'une capacité de courant.

Côté négatif, ils sont hautement explosifs s'ils ne sont pas manipulés correctement. Mais par rapport aux obus carrés et aux cylindres, les emballages souples sont plus sûrs et moins susceptibles d'exploser.

Quelle est la meilleure batterie pour la robotique ?

Les bonnes batteries pour robots sont les batteries lithium-ion, les batteries lithium-polymère et les batteries nickel-hydrure métallique. Les batteries plomb-acide, nickel-cadmium et nickel-hydrogène ne sont pas idéales pour les segments robotiques.

Les accumulateurs au plomb sont de bonnes options d'alimentation de secours, en particulier pour la papeterie. Leur capacité par unité de poids est faible et elles sont lourdes à déployer. Le cadmium est un matériau toxique, et il n'est pas meilleur qu'une batterie nickel-métal-hydrure. En raison de la présence de cadmium, les piles nickel-cadmium ne sont pas utilisées.

Les batteries nickel-hydrogène sont des batteries rechargeables basées sur l'hydrogène pressurisé sous forme gazeuse et le nickel. Elles utilisent la technologie hybride, un mélange de piles à combustible et de batteries. Elle n'a qu'un tiers de la densité énergétique par rapport à la batterie lithium-ion, mais elle peut offrir plus de 20 000 cycles de charge, ce qui n'est pas aussi bien que les batteries lithium-ion, mais son prix est plus bas. En raison de ces caractéristiques, il est très demandé dans l'industrie aérospatiale.

Comparaison des ions lithium Li-poly et NiMH

Le lithium-ion et le Li-Poly sont structurellement identiques, mais leur mécanisme de construction est légèrement différent. Elles appartiennent à un même groupe, et la batterie Li-Poly est une batterie à usage spécifique par rapport aux batteries lithium-ion. Comme indiqué précédemment, la batterie lithium-polymère est en fait une sorte de batterie lithium-ion. Pour rester en une seule pièce, les batteries lithium-ion sont pressées contre un cadre cylindrique/carré au cours du processus de fabrication. Mais les batteries Li-Poly n'ont pas besoin du support d'un cadre métallique. Elles peuvent tenir sans support métallique.

Les piles NiMH sont connues pour leur meilleur rapport poids/puissance et leur faible résistance interne. Comparées aux batteries lithium-ion, elles sont beaucoup plus sûres et les risques d'explosion sont faibles. Cependant, leur rapport énergie/poids est médiocre, très faible par rapport à celui des batteries lithium-ion.

Batteries cylindriques

La plupart des piles disponibles sur le marché sont cylindriques. Elles ont généralement un diamètre de 18 mm et une longueur de 65 mm et sont donc communément appelées piles 18650. Les piles de forme cylindrique peuvent être au lithium-ion ou au NiMH et, dans de rares cas, les piles au Li-Poly sont également disponibles sous une forme cylindrique.

En règle générale, ces batteries sont dotées d'une surface plate pour les bornes + et -. Les batteries à bornes plates sont destinées à un usage commercial, et les bornes sont soudées en fonction des exigences des blocs de batteries. Les piles grand public, qui sont prêtes à l'emploi, sont dotées d'une borne + surélevée et d'un côté plat - qui doit être appuyé contre le connecteur à ressort. Ces batteries doivent être placées dans les fentes marquées dans le sens de la position des bornes requises. Les piles grand public sont dotées de circuits protégés et sont donc légèrement plus longues, de 2 à 4 mm, que les piles 18650 ordinaires.

Outre les piles 18650, vous pouvez trouver de nombreuses autres tailles de piles au lithium-ion et au NiMH. La taille AA est de 14 x 50 mm, avec des piles 14500, 18500, 26650 et 16650. Vous pouvez également trouver des piles de type AAA, C, D, etc.
Batterie lithium 25,5v pour robot (7 batteries en série)
Batterie lithium 14,8v pour robot (4 batteries en série)
Batterie lithium 46,8v pour robot (13 batteries en série)

Combien coûte une batterie de robot ?

Le prix moyen d'une batterie lithium-ion était de 140 euros par kWh en 2020, et il est passé à 132 euros par kWh en 2021. En raison de la rareté des matières premières, les prix pourraient s'établir à $135 USD par kWh en 2022. Toutefois, les experts prévoient que les prix finiront par baisser jusqu'à 100 USD par kWh d'ici 2024.

Comment charger la batterie au lithium d'un robot ?

Je vais vous expliquer comment charger la batterie d'un robot. Une bonne charge de la batterie au lithium d'un robot peut prolonger sa durée de vie. Stocker la batterie à la température recommandée, ne pas la recharger continuellement et la laisser se décharger lentement sont les meilleures pratiques pour charger une batterie et améliorer sa durée de vie et ses performances.

Avant de charger la batterie au lithium du robot, vérifiez son niveau de puissance, connectez-la au chargeur et éteignez le chargeur avant que la lecture de la batterie n'atteigne 100%.
-Conservez la batterie à une température moyenne et ne la chargez pas continuellement. La température de charge recommandée est de 10 à 30° C.

-Vous pouvez vérifier la charge de la batterie en consultant l'icône de la batterie. Rechargez toujours la batterie lorsqu'elle affiche 40% et arrêtez la recharge en ne la laissant pas dépasser 80%. Il est préférable de ne pas laisser la charge de la batterie descendre en dessous de 10% et de ne pas la laisser toucher 100%.
-Ne jamais laisser la batterie avec le chargeur continuellement en marche, ce qui peut endommager la santé de la batterie.

Une autre bonne pratique consiste à éteindre l'appareil avant de le brancher pour le recharger. Cela permettra à la batterie de se recharger de manière optimale. Si l'appareil est éteint, la batterie lithium-ion se chargera correctement et sans résistance. Charger la batterie alors que l'appareil est en position de travail peut l'empêcher de se charger au maximum de son potentiel.
La meilleure pratique pour recharger la batterie lithium-ion d'un robot consiste à connecter le robot au chargeur et à connecter le chargeur à la prise de courant. Suivez la séquence et allumez la prise de courant.

Si vous souhaitez stocker la batterie, vous pouvez la maintenir à une puissance de 40-50% lorsqu'elle n'est pas utilisée. La batterie se déchargera lentement dans cette plage de puissance, mais elle fonctionnera toujours avec une faible perte de capacité. La meilleure température pour le stockage de la batterie est de 20-25℃.

Comment choisir une batterie de robot ?

Nous devons prendre en compte de nombreux facteurs avant de décider du type de batterie pour robot. Un robot peut utiliser différentes batteries, soit des batteries NiMH, soit des batteries LiPo, soit des batteries à cellule unique. Nous pouvons choisir n'importe quelle batterie, mais les batteries au lithium sont l'option préférée.

Si vous disposez d'un budget limité et que vos besoins en énergie sont élevés, les batteries au plomb sont les meilleures. Si vous n'avez pas de contraintes budgétaires, vous devriez opter pour des batteries au lithium-ion (Li-ion) ou au lithium-polymère (LiPo). Les batteries lithium-ion sont un peu plus chères, mais leur durée de vie est 5 à 6 fois supérieure à celle des batteries plomb-acide. Ces batteries sont rentables à long terme ; il est donc préférable d'opter pour des batteries lithium-ion pour robots.

Caractéristiques de la batterie

Les piles sont livrées avec leurs spécifications imprimées de manière visible. Cela aidera l'utilisateur à choisir la batterie en fonction de ses besoins. Les informations standard que vous pouvez trouver sur une batterie de robot sont sa tension ou le nombre de cellules, Ah (ampères-heures) ou mAh (Milli -Ah), pour indiquer la capacité de la batterie. En outre, certaines batteries présentent également des empreintes indiquant leur capacité de décharge ou leur courant d'éclatement. Dans le cas des piles LiPo, il s'agira d'un indice C.

Quelle est la capacité, la tension et le courant dont vous avez besoin ?

La tension requise doit correspondre à la tension de la batterie et à la tension requise pour le moteur. La capacité est la puissance qui détermine la durée de vie de la batterie ou l'autonomie du projet. Vous devez avoir une connaissance de base de la puissance continue requise par le moteur. L'utilisation d'un capteur de courant peut vous permettre de déterminer la charge du moteur. Le courant requis sera le courant total requis pour tous les moteurs.

Options de batterie pour robots

Les batteries sont la source d'énergie des robots mobiles et, en matière d'énergie, les batteries lithium-ion jouent un rôle important par rapport aux autres batteries, y compris les batteries plomb-acide. Parmi les batteries au lithium, les batteries lithium-ion et lithium-fer phosphate sont les options d'alimentation les plus couramment utilisées.

Quelle est la densité énergétique de la batterie Li-ion ? Si l'on procède à une étude comparative, on constate que la densité énergétique des batteries ternaires au lithium-ion est de 200 à 300 Whkg et celle des batteries LiFEPO4 de 125 à 160 Whkg, respectivement. Les batteries ternaires au lithium sont disponibles en 3,7V et les LiFePO4 en 3,2V.

De même, lorsque nous vérifions les différences de durée de vie entre les batteries ternaires Li-ion et LiFePO4, la batterie ternaire Li-ion a une durée de vie de 2500 cycles. Mais la durée de vie sera faible lorsque les piles fonctionneront à haute température. De même, le LiFePO4 a une durée de vie de 4000 cycles, et ses performances sont meilleures dans un environnement à haute température. D'une manière générale, les deux ont une longue capacité de stockage, mais la capacité de stockage de LiFePO4 est légèrement supérieure à celle des batteries ternaires Li-ion.

Conclusion

Les batteries lithium-ion ont une tension nominale élevée et une grande capacité de stockage d'énergie. Lorsque la batterie produit des capacités de stockage et une tension nominale plus élevées, cela entraîne un échauffement rapide et peut affecter les paramètres de sécurité.

Le LiFePO4 a une meilleure stabilité thermique car il utilise le phosphate comme cathode et ne sera pas inflammable en cas de surchauffe. Toutes les batteries Li-ion sont recyclables. Les batteries LiFePO4 pour robots appartiennent à la catégorie des produits non toxiques et sont faciles à éliminer. Par conséquent, les batteries LiFePO4 sont une option préférable à toutes les autres batteries pour robots.