Pin robot lau sàn nhỏ chạy được bao lâu mỗi lần sạc?

• Lau
• Chuyến về trạm
• Nạp ở trạm
• Đường mức pin
• Vạch dự trữ về trạm

Bạn sẽ học được gì

• Tách công suất của robot thành các tải và ước lượng thời gian chạy từ năng lượng dùng được.
• Giải thích vì sao dung lượng ghi trên pin không dùng hết được và robot biết mức pin bằng những cách nào.
• Tính phần dự trữ để robot kịp về trạm, rồi nêu cách kiểm bằng phép đo.

Cần biết trước

Chỉ cần biết năng lượng và công suất khác nhau ra sao, ví dụ qua bài Dung lượng pin ảnh hưởng thời gian sử dụng ra sao?. Mô hình minh họa dùng cụm pin hoàn chỉnh của nhà sản xuất, có sẵn mạch bảo vệ. Bài không hướng dẫn lắp hay sạc pin.

Năng lượng chia công suất cho ra thời gian chạy ra sao?

Thời gian chạy lý tưởng bằng năng lượng dùng được chia cho công suất trung bình. Cục Thông tin Năng lượng Hoa Kỳ định nghĩa một watt-giờ là năng lượng của một watt dùng trong một giờ, và cho biết watt đo công suất tại một thời điểm. Từ hai định nghĩa đó suy ra: nếu năng lượng dùng được là E và công suất trung bình là P thì thời gian chạy bằng E chia P.

Khó ở chỗ P của robot lau thay đổi theo việc nó đang làm. Công suất trung bình bằng tổng công suất từng tải nhân phần thời gian tải đó bật. Bảng dưới là mô hình minh họa, chưa phải số đo.

Hai tải cuối nhỏ nhưng không bao giờ tắt, còn động cơ và bơm lớn hơn nhưng chỉ chạy một phần thời gian. Vì vậy một robot đứng chờ ở bãi vẫn tiêu pin, chậm hơn lúc đang lau.

• Động cơ bánh
• Bơm nước
• Vi điều khiển và vô tuyến
• Cảm biến

Dung lượng ghi trên pin có dùng hết được không?

Không: năng lượng dùng được nhỏ hơn dung lượng danh định, và phần chênh đổi theo ba điều kiện. Điều thứ nhất là độ sâu xả (depth of discharge). Battery University cho biết mức xả càng nhỏ thì pin càng bền. Một bộ điều khiển hợp lý vì thế dừng việc lau trước khi pin cạn, và phần dưới ngưỡng đó không tính vào năng lượng dùng được.

Điều thứ hai là nhiệt độ. Theo một bài tổng quan về pin lithium-ion ở nhiệt độ thấp, khi lạnh độ dẫn giảm và chất điện ly đông đặc có thể làm dung lượng suy giảm nhanh. Cùng bài viết cho biết phân cực tăng và điện áp xả giảm theo. Với robot, điện áp tụt sớm có thể giới hạn khả năng cấp tải dù pin vẫn còn điện tích.

Điều thứ ba là tuổi pin. Bộ Năng lượng Hoa Kỳ giải thích rằng nạp và xả không đảo ngược hoàn toàn, nên hóa học và cấu trúc vật liệu có thể đổi theo thời gian và làm giảm hiệu năng. Battery University cũng nêu chu kỳ nạp xả, nhiệt độ cao và lão hóa là các yếu tố làm hiệu năng giảm dần.

Với ngân sách năng lượng, hãy lấy dung lượng danh định làm điểm xuất phát rồi đo phần dùng được thật ở điều kiện của căn nhà, không lấy nguyên con số trên nhãn.

• Pin mới ở nhiệt độ phòng
• Phần năng lượng dùng được
• Dải không dùng để tránh xả sâu
• Pin trong nhà lạnh
• Pin đã dùng lâu

Robot biết mức pin còn lại bằng cách nào?

Robot ước lượng mức pin (state of charge, SoC) bằng điện áp, bằng đếm điện tích hoặc kết hợp cả hai; mỗi cách có giới hạn riêng. Mức pin là ước lượng trạng thái điện tích; không lấy nó làm phần trăm năng lượng dùng được theo tỷ lệ cố định. Trong ngân sách minh họa, bộ điều khiển phải đối chiếu ước lượng này với điện áp và phần năng lượng đã đo theo tải.

Battery University nêu hai vấn đề của cách đọc điện áp. Đường xả phẳng của pin gốc lithium khiến cách chỉ dùng điện áp khó thực hiện. Ngay sau khi nạp hoặc xả, điện áp bị nhiễu và không còn là mốc đúng. Cũng theo nguồn này, đếm điện tích ước lượng mức pin bằng cách đo dòng đi vào và đi ra, nhưng cần hiệu chuẩn định kỳ. Còn một tập dữ liệu của CALCE, Đại học Maryland nhắc rằng một kỹ thuật ước lượng được dùng rộng rãi dựa trên suy ra điện áp hở mạch.

Từ các giới hạn đó, thiết kế minh họa đếm điện tích trong lúc robot chạy và chỉ hiệu chỉnh khi đáp ứng điều kiện tham chiếu của cụm pin và điện áp đã ổn định; đang sạc hoặc chỉ đứng yên trong chốc lát chưa đủ. Đây là cách phối hợp do bài đề xuất, chưa phải kết quả thử.

• Đường điện áp theo mức pin
• Gợn khi tải thay đổi
• Thùng đếm điện tích vào và ra
• Số đếm lệch dần khỏi pin thật
• Chỉnh lại số đếm ở trạm

Robot phải chừa bao nhiêu pin để về trạm?

Robot phải chừa đủ năng lượng cho chuyến về cộng một biên an toàn, và ngưỡng này đổi theo vị trí robot. Công thức bằng lời:

Dự trữ về trạm = quãng đường còn lại tới trạm × công suất khi chạy về ÷ tốc độ + năng lượng chờ và cập trạm + biên an toàn.

Quãng đường là đường robot thật sự đi, vòng qua đồ đạc, không phải đường thẳng. Khi chạy về, bơm tắt bớt một tải, nhưng công suất tổng chưa chắc thấp hơn nếu phải vòng xa, vượt ngưỡng hoặc thoát kẹt; mô hình dùng công suất về trạm đã đo trong điều kiện bất lợi. Tốc độ chia vào để đổi quãng đường thành thời gian. Biên an toàn che sai số của mức pin, pin lạnh hoặc cũ và đoạn đường vòng khi bị chắn.

Robot về trạm khi năng lượng còn lại chạm dự trữ. Vì quãng đường khác nhau, robot ở góc xa trạm phải quay về sớm hơn robot gần trạm. Trung tâm có thể cấp tuyến và ước lượng quãng đường, nhưng robot cũng phải lưu tuyến về và ngưỡng dự trữ cục bộ để không phụ thuộc vào mạng khi pin xuống thấp.

Chuyến về cũng quyết định nhịp của cả đội. Thời gian lau hữu ích giữa hai lần về trạm bằng phần năng lượng dùng được trừ dự trữ, chia công suất lúc lau. Nạp càng lâu so với lau thì càng nhiều robot nằm ở trạm cùng lúc, và trạm chỉ có một chỗ sẽ sinh hàng chờ.

Trước khi tin các con số, hãy đo: cho robot thật chạy với tải thật tới ngưỡng cắt, ghi thời gian ở nhiều nhiệt độ và nhiều tuổi pin. Chưa đo thì chưa nên hứa số giờ.

• Trạm
• Robot
• Đường về trạm
• Năng lượng còn dùng để lau
• Dự trữ cho chuyến về
• Biên an toàn

Ví dụ trong đời sống

Đây là kịch bản thiết kế, chưa phải kết quả thử. Một robot được giao khu phòng ngủ vào buổi chiều và rời trạm với pin đầy. Nó lau theo hàng, bơm chạy theo tốc độ. Trung tâm so năng lượng còn lại với dự trữ tính từ vị trí hiện tại.

Khi robot tới mép xa nhất của khu, dự trữ lớn nhất vì đường về dài nhất. Năng lượng còn lại chạm ngưỡng đó, nên robot tắt bơm và quay về dù khu chưa lau hết. Giữa đường nó bị chắn dưới chân bàn và phải đi vòng. Biên an toàn nuốt phần đường dài thêm, và robot vào trạm với pin còn một ít.

Trạm nạp robot rồi trung tâm giao lại phần khu còn thiếu. Nếu trời lạnh làm pin tụt điện áp sớm, ngưỡng về sớm hơn và chuyến lau ngắn đi, nhưng việc về được trạm vẫn phải kiểm trên mẫu thật, không được bảo đảm chỉ bằng biên dự trữ.

Hiểu lầm thường gặp

Pin dung lượng lớn thì lau được lâu đúng bằng con số ghi trên nhãn. Năng lượng dùng được nhỏ hơn dung lượng danh định vì độ sâu xả, nhiệt độ và tuổi pin.

Robot về trạm khi báo pin thấp. Ngưỡng về phụ thuộc vị trí: cùng mức pin, robot gần trạm còn lau tiếp được, robot ở xa phải về ngay.

Đo điện áp là đủ để biết mức pin. Điện áp phẳng và nhiễu sau khi tải đổi, nên cần đếm điện tích và hiệu chuẩn ở trạm.

Câu hỏi thường gặp

Robot lau sàn mini chạy được bao lâu một lần sạc?

Chưa nêu được con số khi chưa đo. Thời gian chạy bằng năng lượng dùng được chia công suất trung bình, và cả hai đại lượng phụ thuộc robot, sàn và nhiệt độ. Hãy đo trên mẫu thật rồi mới đặt mục tiêu.

Vì sao robot về trạm khi pin còn nhiều?

Vì nó phải chừa đủ năng lượng cho chuyến về. Ở góc xa trạm, quãng đường về dài nên ngưỡng về cao hơn.

Đồng hồ báo pin của robot có chính xác không?

Chỉ chính xác ở mức ước lượng. Cách đọc điện áp và cách đếm điện tích đều có giới hạn, nên thiết kế cần biên an toàn và hiệu chuẩn lại khi robot nằm ở trạm.

Tóm tắt

• Thời gian chạy bằng năng lượng dùng được chia công suất trung bình; công suất là tổng các tải nhân phần thời gian bật.
• Năng lượng dùng được nhỏ hơn dung lượng danh định, và robot ước lượng mức pin bằng điện áp, đếm điện tích hoặc cả hai.
• Dự trữ về trạm gồm quãng đường, công suất, tốc độ và biên an toàn; hãy đo để xác nhận trước khi hứa số giờ.