LFP-accu’s als vervanging van loodaccu’s

Slim en secuur voeren dankzij elektrische voerrobot

LFP (lithium-ijzer-fosfaat) accu’s zijn prima vervangers voor de traditionele loodaccu waarbij ze een aantal grote voordelen heeft. De belangrijkste zijn het veel lagere gewicht en het feit dat ze met een hoge stroom geladen en ontladen mogen worden. Door deze eigenschappen zijn ze uitermate geschikt voor mobiele robots, bijvoorbeeld de voerrobot FEEDR die er voor zorgt dat dieren in een stal op een slimme manier gevoerd worden.

Een betere diergezondheid, gezonde groei en meer rendement begint bij slim voeren, met voerschema’s die zijn afgestemd op de individuele behoeften van de dieren. Dankzij voerrobot FEEDR die ontwikkeld is door SIEPLO kunnen veehouders de voersamenstelling tot in detail controleren en perfect inspelen op het natuurlijke eetgedrag van bijvoorbeeld koeien, kalveren, schapen en geiten. Bovendien wordt het voerproces aanzienlijk vergemakkelijkt en worden door de nauwkeurige registratie van voerdata gezondheidsproblemen eerder herkend.
In 2019 hebben zij de onbemande FEEDR voerrobot geïntroduceerd, waarmee ze niet alleen inspelen op de schaalvergroting in de veehouderij, maar hiermee ook het zuinig omgaan met grondstoffen willen stimuleren (afbeelding 1). Door de dieren vaker en in kleinere porties te voeren, blijft het voer vers. Hierdoor blijven minder restanten over, die weggegooid moeten worden. FEEDR is 24 uur per dag, 7 dagen per week beschikbaar en functioneert volledig elektrisch. Daarmee is het systeem een milieuvriendelijk alternatief voor bijvoorbeeld een brandstofaangedreven voersysteem.
FEEDR is ontwikkeld voor het secuur voeren van met name kalveren en geiten. Hij rijdt met behulp diverse sensoren en RFID-technologie volledig autonoom door de gangen van de stal en vindt zo zelf zijn weg van voerlaadstations naar de dieren in de stal. Onderweg mengt hij het ruwvoer tot een homogeen mengsel en doseert het voer exact per dier of hok. Dankzij een elektronische kaart weet de FEEDR exact waar hij op elk moment is, terwijl speciale bumpers en laserscanners zorgen dat de voerrobot goed en veilig kan navigeren.

100% elektrisch
De onbemande voerrobot functioneert volledig elektrisch en wordt aangedreven door twee accu’s van 24 V met een capaciteit van 280 Ah die parallel geschakeld zijn. Aanvankelijk maakten ze hiervoor gebruik van loodaccu’s maar liepen hiermee al snel tegen een aantal beperkingen aan, bijvoorbeeld met betrekking tot de oplaadtijd van de accu’s. Daarom zijn ze op zoek gegaan naar een alternatieve oplossing, die ze vonden in de MG LFP (lithium-ijzer-fosfaat) accu’s van MG Energy Systems. Deze accu’s werden destijds alleen geleverd door Victron. Vanwege de complexiteit van het robotsysteem waren uitgebreide productinfo en -ondersteuning gewenst, waarin de fabrikant en leverancier onvoldoende kon voorzien. Voor de fijne afstemming en integratie van de accusystemen werd SIEPLO dan ook doorverwezen naar Top Systems.
Toen SIEPLO contact met ons opnam, waren de eerste MG Lithium-Ion accu’s reeds geïnstalleerd, vertelt Ronald van den Berg, Sales Manager bij Top Systems. Echter gingen deze accu’s regelmatig kapot. Niet verwonderlijk, bleek uit onderzoek, want de accu’s zaten vol met mengvoederstoffen en vocht door onvoldoende afscherming van het accu systeem. Om dit te ondervangen en een lange levensduur van de accu’s in de toekomst te borgen, is op ons advies het compartiment voor het accusysteem volledig stof- en vochtdicht afgewerkt (afbeelding 2). Ook hebben wij onderzocht of de accu’s ingekort konden worden, zodat deze nog beter in de voerrobot passen. Door de flexibele instelling van MG Energy Systems is de behuizing van de accu ingekort waardoor de accu’s in de robot paste en een compactere accu aan het assortiment kon worden toegevoegd. Inmiddels heeft MG Energy Systems de nieuwe afmetingen zelfs als standaard in haar assortiment opgenomen, aldus Ronald van den Berg.

Een volle accu in slechts 5-6 uur
Het grote voordeel van lithium- ijzer-fosfaat accu’s boven loodaccu’s is volgens Van den Berg dat je veel meer energie uit de accu’s kunt halen. Hierdoor zijn minder grote accu’s nodig. Een uitkomst, want de installatieruimte in de SIEPLO FEEDR is beperkt. Voor de voerrobot zijn twee MG LFP accu’s nodig met een totale capaciteit van 14,4 kWh. Deze accu’s zijn niet alleen zeer compact en licht van gewicht, maar kenmerken zich ook door een hoge toegestane laad- en ontlaadstroom en een lange levensduur. Bovendien is lithium-ijzer-fosfaat de meest veilige lithiumsoort.
Wanneer de accu’s hun procentuele onderwaarde (SOC) naderen, rijdt de voerrobot zelfstandig naar een 24 V acculader die de accu’s met 100 A in een hoge snelheid weer oplaadt. Het accusysteem van de FEEDR heeft 14,4 kWh aan opslagcapaciteit (560 Ah bij 25,6 V), legt Van den Berg uit. Dit betekent dat in 5…6 uur het volledige accusysteem kan worden opgeladen, zodat de voerrobot weer snel kan worden ingezet. Het ingebouwde Battery Management Systeem (BMS) bestuurt, beschermt en bewaakt de aangesloten accu’s tegen overladen, overmatig ontladen, te hoge of te lage temperaturen en regelt het uitbalanceren van de accucellen (afbeelding 3). Bovendien bewaakt en volgt de MG Master LV diverse belangrijke parameters om inzicht te krijgen in de accustatus en het energieverbruik. Het BMS is gekoppeld aan een Victron Venus GX communicatiesysteem, het communicatiecentrum van de installatie (afbeelding 4). Met de Venus GX kunnen alle componenten in het systeem met elkaar communiceren en daardoor in harmonie samenwerken. De bewaking van live-gegevens en het wijzigen van instellingen kan indien gewenst plaatsvinden met een smartphone (of een ander apparaat) via het Victron Remote Management Portal. Via een CAN-bus vindt real-time communicatie tussen alle relevante PLC systemen plaats die de voerrobot besturen, bedienen en bewaken.

De lader
De acculader voor een voerrobot betreft normaal gesproken een intelligente en krachtige Victron Skylla-i acculader die is aangesloten op de 230 V netspanning. Echter, wanneer er sprake is van netvervuiling is een Victron Multiplus omvormer/lader combinatie aan te raden (afbeelding 5).
Beide acculaders zijn bestand tegen extreme omstandigheden zoals die in bijvoorbeeld een stal heersen: hitte, vocht en zoute lucht, etc. Wanneer de SIEPLO FEEDR voor het accusysteem tot stilstand komt, ‘parkeert’ hij op zogenaamde sleepcontacten, aldus Van den Berg. Op dat moment geeft het Battery Management Systeem automatisch via de CAN-bus een ‘laadvrijgavesignaal’ af aan de Victron Venus GX, die het signaal via Modbus TCP/IP doorstuurt naar de besturingsoplossing van de klant. Ook hier wordt een digitale laadvrijgave afgegeven, waarna via een 433-MHz-nRF-zender de Skylla-i acculader wordt aangestuurd. Zodra beide accu’s gevuld zijn, vindt de communicatie in omgekeerde volgorde plaats, waarna de SIEPLO FEEDR weer vol energie en volledig autonoom alle dieren van voldoende voedsel kan voorzien.

Resultaat
Met de lithium-ijzer-fosfaat-accu is de FEEDR niet alleen veel lichter, maar is hij vooral veel meer inzetbaar. Accu’s hoeven niet meer uren aan een lader te hangen, tijd waarin de robot niet zich aan zijn taak kan wijden. Daar komt nog bij dat de lithium-ijzer-fosfaat-accu geen onderhoud vraagt. Er zit immers geen accuzuur in dat op peil gehouden moet worden. Ten opzichte van de veel gebruikte lithium-ion-accu’s hebben lithium-ijzer-fosfaat-accu’s als grote voordeel dat ze veiliger zijn. De accu’s vliegen veel minder gemakkelijk in de brand. Alleen als ze zwaar mechanisch mishandeld worden (bijvoorbeeld doorboren) is er een kans dat dit gebeurt. Wel zijn ze wat groter en zwaarder dan lithium-ion-accu’s, maar nog altijd vele malen minder dan loodaccu’s.