中国造出水下永动机器人，一辈子不用换电池，一般国家弄不出来！
来源：宝鄂实业
2019-03-11 16:35
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12月20日中船重工又爆出了好消息，我国研制出了国内首个“水下永动机器人”这是一个深海型海洋温差自供能漂流浮标样机，该样机将会用于全球海洋观测计划(Argo计划)。这台机器人的技术处于世界领先的水平。
Argo计划是1998年推出的全球海洋观测试验项目，在此后的10多年里，世界上30多个沿海国家合作，在全球大洋中每隔300公里布放一个Argo浮标，到目前为止，已经布放了约3000个浮标，组成了一个庞大的ARGO全球海洋观测网，该观测网真正实现了对全球海洋的盐度剖面、上层海水温和海流的实时观测，并将数据进行共享。各个国家的气象和海洋科研人员通过对共享的大数据进行处理，提高了天气预报的精准度，降低了极端天气给人类造成的灾难程度，被业界称为是一场海洋观测手段的革命。
如果想获得长期稳定的海洋资料，需要放置在大洋中的浮标具有寿命长、成本低、无需日常维护和不易损坏等特点。之前放置的浮标都是锂电池提供动力，这种浮标的成本不仅高，而且使用期限也就三五年的时间，如果浮标失效后，还会造成海洋的污染。给设备“延寿”并降低污染是必须要解决的问题，科学家们把目光投向了海洋中可再生能源。
中船重工710研究所高级工程师介绍说，海洋里蕴藏着温差能、波浪能和潮汐能等多种形式存在的巨大能量，在这些能量中，储量最大的为温差能，该能量是利用水体垂向温度差异汲取能量，具有输出波动小、清洁和可再生等优点。而放置在大洋里的3000个Argo浮标每天都在做垂向运动，所以很适合利用温差能来提供动力。由于这项能源转化难度大，所以710研究所联合了国防科技大学气象海洋学院，经过4年艰苦奋战，终于制成了水下永动机器人，这将为我国海洋探测装备提供用之不尽的动力支持。
钛酸锂电池的技术特性：高可靠、低容量
吕江表示，为了解决这个问题，水岩提出了相当激进的概念，那就是使用最新的钛酸锂电池技术，用高达 120A/h 的超大电流快充取代过去的大容量锂电池应用概念。
钛酸锂电池其实就是置换了负极材料的锂电池，有值得关注重要特性有以下几个：
首先，它的稳定性非常高，传统锂电池为了达到更高的能量密度，负极绝大多数使用碳材，缺点在于安全性及循环寿命不好，甚至容易因为温度变化而发生爆炸危险。若使用钛酸锂材料作为负极，由于该材料结构稳定，循环寿命良好；充放电时几乎无体积变化，较高的工作电位使得它在高速充电状态下，材料表面不会发生锂沉积而导致短路，安全性极优。也因此，钛酸锂电池可以承受极高电流通过而不会影响到寿命和稳定性，从而确保了快速充电的效率以及可靠性。
其次，传统锂电池负极材料在充放电的过程都会因为锂离子的交互过程导致晶体结构变化，影响充放电转换效率，一般多在 3000 次的充放电次数后负极材料就完全无法进行充放电，此时电池也等同宣告寿终正寝。但是钛酸锂电池的材料特性非常稳定，几乎不受充放电过程的锂离子影响，因此充放电循环理论上可高达数万次，根据实测，在 16000 次充放电之后还能维持超过 80% 的电容量，理论上机器人就算寿终正寝，电池仍能继续为下一台机器人工作。
图丨水岩科技的物流机器人正在工作
最后，钛酸锂电池在材料结构上，提供锂离子三维扩散通道，这让环境温度不易影响充放电效率，理论上钛酸锂电池的电池结构在零下 50 到零上 60 度都可以进行正常充放电而不会产生任何效率上的折损或者风险。
钛酸锂电池美好的地方太多，但为何市场上普及率并不高？吕江提到一个关键原因：该电池技术的最大的短板，就是钛酸锂电池的能量密度太低，续航能力较弱，且其对锂元素的利用率也不到一般锂电池的一半。换言之，如果要用钛酸锂电池达到一般锂电池的电容量，就必须使用更大量的锂元素。钛酸锂材料本身成本就高，如果要设计出大容量产品，就要耗用远高于一般电池的材料，这也导致钛酸锂电池的整体成本可能要高过传统锂电池三倍以上。
吕江强调，除了钛酸锂电池的稳定性外，促使水岩最新一代的仓储物流机器人改用钛酸锂电池的最大理由，在其可承受超大电流的快速充电能力。吕江表示，他们所使用的钛酸锂电池使用电流高达 120A/h 的充电座，可在六分钟充满八成电量，若繁忙时，甚至可控制在一分钟充到可维持整天工作的能力，解决物流机器人因充电而被迫缺工的窘况。
快充将可从根本改变自动仓储营运逻辑，强化营运弹性
吕江表示，虽然一般锂电池同样能做到快充，但他们认为并不适合于自动化仓储的环境中。主要理由就是传统锂电池材料不稳定，用来做快充的风险太高，小则损坏个体机器人，严重的话可能整个仓库都烧了也说不定。另外，就算使用过程都没有发生问题，快充也会大大减损传统锂电池的寿命，仓管运营者最后可能会为了更换电池而疲于奔命，增加营运成本不说，也大大的降低了仓储运转效率。
吕江说，从传统充电转换到快充，可以用个方式来比拟：传统电动大巴用的是高容量锂电池，寻常班次结束后需要有比较长的时间进行充电，方可回复次日班次所需电力。而使用了钛酸锂电池取代传统锂电池之后，大巴可以在每次过站就进行短时间充电，并维持全日 24 小时营运，也因此就不会有服务上的空白部分。
自动仓储物流机器人也是同样的概念，透过快充技术可以确保最高的续战力，即便电池即将耗光，也可在最短时间内回复工作状态，从而确保仓储流水线上的机器人可以随时维持在最大数量，确保整体的工作效率。
新款机器人上线后已被验证远较传统机器人杰出的可用弹性
吕江表示，水岩采用新钛酸锂电池的新款机器人投入使用已经将近半年，虽然新旧款最大的差别在外型以及电池使用类型，速度表现也一致，但目前在可用性及可靠性方面已经有比旧款产品更优秀的表现，平均检货能力亦超越业界平均水平。
另外，水岩的物流机器人拥有相当高的自主能力，虽然视野小，但系统容错能力高，且设计了独家的平衡避震系统，类似汽车的独立悬挂，可容忍不是太平坦的工作环境，确保运送货物的安全。水岩科技也提供针对不同仓储环境设计的算法，配合系统内部的效率评估系统，从而确保各类型仓储管理物流上的效率可达最优化。
