蓄電池供電的AGV系統(tǒng)

傳統(tǒng)的AGV系統(tǒng)一般采用在AGV上配備蓄電池構筑充電體系，建立充電站，進行手動接插或在線充電。如圖1所示

 

圖1蓄電池供電的AGV系統(tǒng)

蓄電池供電AGV系統(tǒng)在AGV車體上裝有充電靴，充電站地面設有充電連接器，AGV在運行過程中檢測到電池容量低于一定的設定值時，

AGV管理系統(tǒng)調度該AGV完成現(xiàn)有搬運任務，自動運行到充電站進行充電。AGV上常用的電池一般有鎳鎘電池、鎳氫電池、鉛酸電池、鋰電池。

鉛酸電池不管是富液動力鉛酸電池（電池單元一般為24V，體積較大）還是動力循環(huán)閥控密封鉛酸 蓄電池或膠體電池（電池單元一般為12V最大容量200Ah），都更適合小電流慢充慢放的工況，需定期維護（定期加水、長時間不用需要及時充電）。由于AGV大多數(shù)情況需中速率放電、大電流充電的特點，普通鉛酸電池在AGV系統(tǒng)中用的較少，多用于小載荷、長時間工作、長時間充電的工況，且對工作環(huán)境及電池維護都有較高的要求，低溫下放電能力及充電能力差。市場推出純鉛電池（正極板采用獨特工藝生產的純鉛板柵，負極板采用與正極板最佳配比，確保最佳反應效率），單體可做到12V190Ah，體積相對其它電池要小很多，在國外已有實際應用，純鉛電池可大電流1倍率充放電，遠高于其他鉛酸電池，雖然低溫性能比其它鉛酸稍好，但也不能實現(xiàn)低溫下的1倍率充放電，需要有輔助加熱來解決該缺陷。純鉛電池一般不需要做電池的維護，長時間不用時，在使用前需小電流充電來維持電池良好性能?？傊?，不管是何種鉛酸電池，如果在使用過程中維護不當，如小電流深度放電、補充電不及時、充電不充足、電池內部缺水、長期擱置等因素，都會造成蓄電池極板硫化現(xiàn)象，大大縮短蓄電池的使用壽命，維護繁瑣及容量損失后不易恢復也是鉛酸電池在AGV系統(tǒng)中不被廣泛應用的原因之一。鎳鎘電池和鎳氫電池，單體是1．2V，組成24V系統(tǒng)要20只電池串聯(lián)，兩種電池具有相近的化學特性，都具有良好的大電流放電特性、耐過充放電能力強、抗惡劣環(huán)境較強，但自放電率較鉛酸電池與鋰電池要大，所以鎳氫鎳鎘電池常時間不使用，再次重新使用時，要對電池進行小電流恒流充電。鎳鎘電池可穩(wěn)定工作的溫度范圍較廣，充電約0～45℃，放電約－20～60℃，保存約－30～45℃，平常最好保存于較冷但不潮濕的地方；鎳氫電池的溫度特性好。鑒于鎳鎘電池具有良好的大電流充放電特性、耐過充放電能力強，適應AGV快速充電和較大電流放電的要求，曾經(jīng)是應用最為廣泛的AGV動力電源。在大多數(shù)AGV的應用場合，要求AGV工作40～50min，充電8～10min或者沒有搬運任務時隨時到充電站充電，來滿足工廠生產節(jié)拍的要求。鎳鎘、鎳氫電池的價格要高于鉛酸電池。鎳鎘電池最致命的缺點是有記憶效應，受“鎘鎳電池”記憶效應的影響，鎳鎘電池的定期放電充電管理是必不可少的，在使用上和維護上較麻煩。同時，隨著國家環(huán)保保護意識的提高，鎘污染不再被忽視，生產廠家越來越少，成本也越來越高，近幾年鎳鎘電池逐步有被鎳氫電池及鋰電池代替的趨勢。鎳氫電池不再使用有毒的鎘，可消除重金屬元素對環(huán)境帶來的污染問題。儲存能力極強。鎳氫電池雖然也有記憶效應，相對于鎳鎘電池而言要小得多，這使鎳氫電池可更方便地使用。鎳氫電池的能量密度是鎳鎘電池1．3～1．4倍，因此在電池容量相等的情況下，比鎳鎘電池的體積更小。同時鎳氫電池在電化學特性方面與鎳鎘電池亦基本相似，在實際應用時完全可以替代鎳鎘電池，而不需要對設備進行任何改造。鎳氫電池的缺點是比鎳鎘電池要貴些。鋰電池最早主要應用于消費電子產品市場，經(jīng)過多年發(fā)展，逐漸走向成熟，而伴隨著技術進步、成本降低，特別是對綠色新能源的強烈需求，鋰電池市場正在快速成長，近兩年從安全性能、循環(huán)性能、使用成本等幾個方面考慮，磷酸鐵鋰及錳酸鋰電池逐步地被嘗試用于AGV系統(tǒng)中，相對于前面提到的鉛酸電池、鎳鎘鎳氫電池，鋰電池單體3．2（磷酸鐵鋰）或3．7V（錳酸鋰），在輸出同等電壓的情況下使用的單個電池組合數(shù)目減少，而使成型后的電池重量和體積減小。鋰電池的放電率極低，為2%～5%（月），一個充滿電的鋰離子電池在常溫下存放半年最少仍舊儲存有70%的電量。鋰電池完全沒有記憶效應，在使用上非常方便簡單，它完全不必理會殘余電壓多少，直接可進行充電，使用維護方便；磷酸鐵鋰及錳酸鋰電池高能量密度、高放電功率、可快速充電且循環(huán)壽命長的特性完全能夠滿足AGV的充放電要求，但鋰電池低溫充放電性能較差，在低溫環(huán)境下使用電池系統(tǒng)需加保溫措施來改善鋰電池的充放電性能。由于鋰電池過充時過量嵌入的鋰離子會永久固定于晶格中，無法再釋放，而過放電時（小于3．0V電壓時放電），電極脫嵌過多鋰離子，可導致晶格坍塌，都大大地縮短了電池的壽命，所以在AGV系統(tǒng)中要加入電池的管理系（BMS管理系統(tǒng)）來避免過充、過放、過載、過熱。按照充電電池標稱的循環(huán)次數(shù)X定義計算，即電池從滿電狀態(tài)放電20%（80%DOD），后充滿算1個循環(huán)，經(jīng)過X次循環(huán)之后，電池的容量不得低于初始容量的80%，理論上每種電池的循環(huán)次數(shù)如表1所列。理論上，鋰電池循環(huán)壽命好于鎳鎘鎳氫電池，鎳氫電池好于鎳鎘電池，鎳鎘電池好于純鉛電池，富液動力鉛酸電池好于閥控密封鉛酸蓄電池或膠體鉛酸電池。表1

各充電電池循環(huán)次數(shù)
電池種類	循環(huán)次數(shù)80%DOD（次）
富液動力鉛酸電池	500
膠體鉛酸電池/閥控密封鉛酸電池	200-300
純鉛電池	500
鎳鉻	800-1000
鎳氫	800-1000
鋰電	大于1000

總之，電池供電的AGV系統(tǒng)優(yōu)勢是比較靈活，前期投入較少，缺點是維護較麻煩，電池壽命到期后需購買新的電池組（每2～3年）。

雖然鎳氫電池和鋰電池在性能上要優(yōu)于鎳鎘電池，近幾年鎳鎘電池逐步有被鎳氫電池及鋰電池代替的趨勢，但在AGV系統(tǒng)上的實際應用不多，使用情況有待驗證，從成本上來看，鎳氫電池價格要高出鎳鎘電池很多，鋰電成本大約是鎳鎘的1/2，磷酸鐵鋰較貴，錳酸鋰較便宜（低于純鉛價格），鉛酸類電池價格便宜，但是使用壽命短，對環(huán)境及使用者要求較高。不管是用哪種電池供電，需根據(jù)不同的使用需求選擇不同種類的電池。

非接觸供電CPS的AGV系統(tǒng)非接觸供電是一種新型的電能傳輸技術，通過感應電磁耦合關系向負載提供電。它的工作原理類似于傳統(tǒng)變壓器電力傳輸原理，也是利用磁場耦合進行電能－磁場能－電能的轉換和電能的傳輸。

CPS非接觸供電AGV系統(tǒng)主要包括電源控制柜、供電電纜、AGV車載取電板、電容補償（如果AGV的運行路線長度超過一定的長度，加電容補償整個電路的電感）。將CPS的變壓器初級線圈電纜預埋在AGV行走線路的混凝土地面下，并與電源控制柜相連。電控柜將常規(guī)的三相、400V、50Hz的交流電轉換成單相高次諧波電流（20kHz），利用高次諧波電流產生的行波磁場切割次級線圈，在次級線圈感應電動勢而實現(xiàn)電能的傳輸。

車載取電板（相當于次級線圈）安裝在AGV底部，經(jīng)調壓電路調壓后提供幾百伏的直流驅動電壓和幾十伏的直流控制電壓。為保證AGV與系統(tǒng)中其它設備進行通訊，還可在AGV運行線路上鋪設漏波電纜，此外，在AGV上還裝有磁傳感器和通訊接收器。磁軌導向傳感器用于檢測初級電纜的電磁區(qū)域，通訊接收器將通訊指令送給AGV控制系統(tǒng)，保證AGV正常、準確、有序工作。如圖2所示。

 

圖2非接觸供電AGV系統(tǒng)

隨著CPS非接觸供電技術的發(fā)展，將CPS非接觸供電技術應用于AGV物流運輸系統(tǒng)，提供了另外一種AGV動力電源解決方案，在某種程度上改善了目前AGV電池供電系統(tǒng)的缺陷。它不但可以為AGV提供動力電源和控制電源，也可以為AGV的電池進行連續(xù)或定時充電。

相比較電池供電的AGV系統(tǒng)，CPS非接觸供電系統(tǒng)有自身的優(yōu)勢。

（1）非接觸供電技術在項目建設初始階段一次性施工完成，AGV不用充電，在線工作，省去了購買充電機和預埋充電站的工作，在運行期間無需再次投入，維護成本低，無需面對電池回收與節(jié)能減排等難題。

（2）非接觸供電是以感應的方式實現(xiàn)能量轉換，沒有任何物理磨損，無噪音和粉塵，對環(huán)境無污染。（3）非接觸式供電所取能量是直接利用，效率約在70%～75%，蓄電池效率約為60%～65%。

（4）可工作于潮濕、結冰、多塵等惡劣環(huán)境。

綜合來看，雖然非接觸供電有上述優(yōu)勢，但由于非接觸供電受地下供電電纜限制，AGV運行路線不能柔性變化，

也不利于進行現(xiàn)場線路改造，所以并不是所有的AGV系統(tǒng)都適合用非接觸供電。但是，對于大型的AGV，如汽車行業(yè)、工程機械行業(yè)的組裝線，AGV的運行路線相對固定、簡單，如果用電池進行供電，電池加上充電站成本非常高，后期的維護成本很高，用非接觸供電就能體現(xiàn)出它的優(yōu)勢。