Des batteries lithium rechargeables pour alimenter la robotique agricole

La batterie alimente les applications mobiles et ce n'est pas nouveau en soi. Mais lorsqu'il s'agit de robotique agricole, un certain nombre d'exigences spécifiques et de défis uniques doivent être pris en compte. Les batteries doivent toujours être accessibles, fiables, durables, pratiques et, pour beaucoup, capables de se recharger rapidement. Une densité d'énergie élevée et, parfois, une capacité de puissance élevée, est une exigence type. A mesure que l'activité se développe, le coût deviendra un facteur de plus en plus important pour les OEM de systèmes robotiques sur le marché. Dans le domaine de la robotique agricole, la question du coût est particulièrement délicate dans un marché où les prix à la consommation sont extrêmement sensibles et où les subventions des gouvernements sont courantes.

Comme dans la plupart des nouveaux marchés, les applications de robotique agricole se sont d'abord contentées d'une technologie utilisant la batterie au plomb car elle est disponible, relativement simple à intégrer dans le système, facilement remplaçable par l'utilisateur final et que le système électronique de commande et de chargeur est relativement simple et nécessite un effort de conception minimal. Lorsqu'ils décident de sortir de la solution plomb-acide à cause de la densité énergétique ou de la performance, la plupart des concepteurs en robotique agricole passent à la technologie LFP (lithium-fer-phosphate) car l'algorithme de charge est proche du plomb-acide et que les performances du cycle vie correspondent bien à leurs attentes et à leur modèle commercial. À mesure que les volumes augmentent, les performances de la batterie deviennent encore plus critiques, de sorte que le passage du LFP à la technologie de stockage d’énergie NCA (Lithium, nickel, cobalt, aluminium) ou NMC (Lithium, nickel, manganèse, cobalt) s’accélère comme cela a été le cas dans de nombreux autres marchés tels que les vélos et les véhicules électriques, les systèmes de stockage d'énergie à l'échelle du réseau et BTM (de l'anglais « Behind the Meter » qui signifie "derrière le compteur"), la robotique, la manutention, les AGV et bien d’autres.

Même à VARTA lorsque nous avons lancé notre activité de systèmes de stockage d’énergie domestique en 2011, nous avons suivi une trajectoire similaire. Dans ce domaine, VARTA conçoit et fabrique des systèmes de stockage d'énergie à boîtier unique entièrement intégrés, contenant une batterie et un onduleur ainsi qu'un compteur d'énergie et l'électronique de commande. Ces systèmes sont vendus, sous la marque VARTA, aux utilisateurs finaux qui ont installé un panneau solaire sur leur toit et qui souhaitent soit décaler le temps d'utilisation de l'énergie en la stockant dans une batterie, soit la revendre au réseau lorsqu'il est financièrement avantageux de le faire. Avec plus de 30 ans d'expérience dans la technologie lithium-ion, VARTA a quand même commencé avec la technologie plomb-acide, ce qui permet de prouver rapidement et facilement le reste de notre concept et de mettre sur le marché un produit qui pourrait être évalué par les clients, constituant ainsi pour VARTA une opportunité d'obtenir un feedback du marché sur les améliorations et les perfectionnements du système. S'en est suivi un passage à la technologie LFP afin d'optimiser les performances de la batterie, en réduisant la taille et le poids et en augmentant la densité d'énergie, offrant ainsi à VARTA la possibilité de commencer à commercialiser le système et à augmenter le volume des ventes sur le marché.

Toutefois, le véritable changement de volume des ventes et l'acceptation du marché ne se sont pas produits avant que VARTA, et la majorité de nos concurrents, ne passe à la technologie NMC qui a permis un bond en avant en termes de densité d'énergie, et à partir de laquelle, en limitant la tension de charge interne, nous pouvions à la fois améliorer l'efficacité globale du système et offrir à nos clients une garantie prolongée couvrant 10 ans ou 10 000 cycles, le retour sur investissement devenant pour le client final une proposition beaucoup plus réaliste. Grâce à l'utilisation de NMC, VARTA a pu également devenir plus agile, en introduisant par exemple un système mural ainsi qu'un système autonome, ce qui ne serait jamais possible avec les autres technologies de batterie, moins denses en énergie.

Nous entrevoyons donc un avenir innovant passionnant pour la robotique agricole portée par la technologie NMC / NCA en raison du caractère renforcé de l'activité ainsi que des exigences de longévité et de retour sur investissement qui nécessitent une densité énergétique élevée, un long cycle de vie et une flexibilité dans la conception. L'utilisation de cellules cylindriques 18650 ou 21700 augmente la granularité du système de batterie et permet au concepteur de créer des modules de batterie beaucoup plus flexibles qui peuvent être interconnectés dansla robotique agricole pour alimenter les AGV ou le système robotique. Par extension, cette flexibilité permet également au concepteur d’offrir au client final des options telles qu’une batterie de capacité standard mise à niveau vers une solution haute capacité par le simple ajout de modules supplémentaires. Cela représente potentiellement un avantage supplémentaire lorsque les modules peuvent être remplacés sur le terrain et que les modules communs sont utilisés sur une gamme de systèmes différents, ce qui entraîne des volumes élevés, une plus grande fiabilité et au final, une baisse des coûts.

Un autre atout vient s'ajouter lorsque ces modules peuvent être conçus de manière à permettre un système modulaire et que les modules peuvent ensuite être connectés en série et en parallèle pour augmenter la tension du système ou pour augmenter la capacité globale. De plus, grâce aux communications intégrées et aux commandes intelligentes, l'OEM peut extraire une certaine flexibilité d'exécution d'un module standard et avoir accès à des données détaillées sur les performances et les fonctions. Dans les cas où plusieurs produits de solutions robotiques font partie de la gamme, même si leurs besoins en énergie sont différents, ils peuvent finalement être desservis par une seule batterie au niveau du module. Cela réduit les efforts entre la conception d'un robot et la conception du robot suivant, et réduit également la tenue des stocks à un seul module de base pour desservir toutes les machines. Une fois que les modules sont utilisés de manière universelle par de multiples applications et utilisateurs finaux, des économies d'échelle réelles peuvent être réalisées.

Ce système d'utilisation des cellules cylindriques NMC / NCA permet également de collecter des données de la batterie, de les transférer vers un cloud, de les analyser et de comparer les performances d'un module par rapport à un autre dans le temps. Une telle analyse permet à l'utilisateur final d'être informé des performances de la batterie, de prévoir quand une maintenance est nécessaire et d'optimiser le moment où la batterie ou le module doit être remplacé. De plus, des modèles commerciaux alternatifs sont également possibles : par exemple, au lieu d'acheter la batterie, l'utilisateur final ne paie que le débit d'énergie ou uniquement une redevance fixe basée sur un débit d'énergie prédéterminé.

Par ailleurs, la source d'énergie pour recharger les batteries représente souvent un défi car l'accès au réseau peut être soit limité, soit nul (à des fins pratiques). L'absence de bâtiments ou d'accès au réseau sur le terrain, et parfois, l'existence de bâtiments isolés pour animaux, sans électricité qui permette de recharger l'ensemble du monde agricole, sont des questions qui feront l'objet d'une attention particulière à l'avenir.

Même si les plans pour y remédier sont divers, VARTA, en tant qu’expert en systèmes de stockage d'énergie statique pour les énergies renouvelables, envisage un avenir dans lequel on surmontera cette difficulté en intégrant les sources d'énergie renouvelables déjà présentes dans de nombreuses exploitations agricoles (comme les panneaux solaires ou les éoliennes) avec des systèmes de stockage d'énergie à moyenne ou grande échelle. Cela pourrait être potentiellement une solution élégante, avec l'ajout de panneaux solaires aux bâtiments agricoles existants ou construits dans des structures peu coûteuses et où les véhicules robotisés peuvent revenir du champ pour se recharger. Selon le type de véhicule et l'application, ces structures pourraient varier en taille, allant de cabanes relativement petites pour protéger et charger le robot jusqu'aux granges préexistantes ou nouvellement construites pour les gros équipements (de la taille d'un tracteur) et les installations de stockage auxiliaires. Cette approche à long terme de l'infrastructure fournit le meilleur résultat environnemental possible, la meilleure opportunité de recharge et donc de mise en œuvre pratique, et le coût à long terme le plus bas avec la possibilité d'une énergie entièrement gratuite au point de livraison.

Pour en savoir plus sur les produits actuels et à venir de VARTA qui sont spécifiquement développés pour le marché agricole et d'autres applications mobiles / robotiques, visitez notre site Web à l'adresse www.varta-storage.com/asb ou contactez alex.stapleton@varta-storage. com.