【正文】 獻 .................................................................................................. 25 致 謝 ...................................................................................................... 26 附 錄一 .................................................................................................... 27 AGV 智能充電站的設(shè)計與應(yīng)用 1 第 1 章 緒論 研究的背景及意義 AGV 是自動導(dǎo)引運輸車 （ Automated Guided Vehicle） 的英文縮寫。是指裝備有電磁或光學(xué)等自動導(dǎo)引裝置 ， 能夠沿規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛 ， 具有安全保護以及各種移載功能的運輸車 ， AGV 一般以電池為動力 ， 也有用非接觸能量傳輸系統(tǒng) －－ CPS（ Contactless Power System） 為動力的。目前對充電機等 AGV 能源供給系統(tǒng)的研究設(shè)計較少，另外當(dāng)前新建充電站普遍實行無人值守或少人值守，這就要求充電機的可靠性及自動化程度更高，功能更加完善，能夠具有較高的免維護性。本文主要討論 介紹了 AGV 智能充電站的工作原理，工作模式，相應(yīng)外圍硬件電路設(shè)計及 PLC 控制方式等。 以電池為動力的傳統(tǒng) AGV 與物料輸送中常用的其他設(shè)備相比， AGV 的活動區(qū)域無需鋪設(shè)軌道、支座架等固定裝置，不受場地、道路和空間的限制。因此，在自動化物流系統(tǒng)中，最能充分地體現(xiàn)其自動性和柔性，實現(xiàn)高效、經(jīng)濟、靈活的無人化生產(chǎn)，不僅降低人力成本、提高效率 ， 還可以使工作環(huán)境更加安全。 隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，自動化物流系統(tǒng)開始在煙草、化工、家電、醫(yī)院、汽車等行業(yè)得到應(yīng)用和推廣，在物流系統(tǒng)中擔(dān)負平面運輸設(shè)備的自動引導(dǎo)車 AGV（ Automated guidede vechides）是物流系統(tǒng)的重要組成部 分，它采用大容量可快速充電的蓄電池作動力，要求有一個智能充電及管理系統(tǒng)，對蓄電池進行運行參數(shù)控制，快速充電、活化充放電及定位控制，同時保持與中心控制室和 AGV 車輛的通信。國內(nèi)以昆船集團為首研制的自動引導(dǎo)車，成功運行在紅河卷煙廠、海爾國際自動化物流系統(tǒng)、淮陰卷煙廠、南京卷煙廠等。對提高企業(yè)整體自動化水平和生產(chǎn)效率起到了很好的作用。 自動引導(dǎo)車原配置的鎘鎳蓄電池及充電站均采用進口設(shè)備，在維護和保養(yǎng)上具有一定不便，現(xiàn)在選用國營第七五五廠生產(chǎn)的鎘鎳蓄電池，通過一個時期的實際運行比較，發(fā)現(xiàn)國產(chǎn)電池在性能上優(yōu)于進口電池 ，主要表現(xiàn)為 AGV 自動引導(dǎo)車的運行時間延長，原運行 1 小時左右（即放出 10％容量）即返回充電站進行充電，現(xiàn)在運行時間超過 1 個半小時，由此可見國產(chǎn)蓄電池在放電特性上優(yōu)于進口電池。 動力電池特性分析 動力電池是電動汽車的主要能量載體和動力來源 ， 也是電動汽車整車成本的主要組成部分 ， 其壽命直接影響電動汽車的使用成本。電動汽車對電池的基本要求可以歸納為以下幾點 ： 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 論文 2 (l)高能量密度 ； (2)高功率密度 ； (3)較長的循環(huán)壽命 ； (4)較好的充放電性能 ； (5)電池一致性好 ； (6)價格較低 ； (7)使用維護方便 ； 鉛酸電池 鉛酸電池已有 100 多年的歷史 ， 廣泛用作內(nèi)燃機汽車的起動動力源 ， 也是成熟的電動汽車蓄電池。傳統(tǒng)鉛酸電池可靠性好、價格便宜。但它有兩大缺點 ： 一是比能量低 ， 所占的質(zhì)量和體積太大 ， 且一次充電行駛里程較短 。二是使用壽命短 ，使用成本過高。閥控密封鉛酸蓄電池的出現(xiàn)以及廣泛應(yīng)用是鉛酸蓄電池性能改進的重要體現(xiàn)。它具有體積小 、 重量輕、自放電小、維護少、壽命長、使用方便 、無記憶效應(yīng) 、 對環(huán)境無腐蝕 、 無污染等優(yōu)良特性 ， 與傳統(tǒng)鉛酸蓄電池相比 ， 在使用、維護和管理上有著明顯的優(yōu)勢。這種電池以鉛作負極 ， 二氧化鉛作正極 ， 用硫酸做電解液 。 電池的單體額定電壓為 2V 以中等放電率放電時截至電壓為 ，以極高放電率放電時截至電壓可取為 1V。 關(guān)于維護 ： 鉛酸電池可以實現(xiàn)免維護。 鎘鎳電池 鎳鎘電池可重復(fù) 500 次以上的充放電 ， 經(jīng)濟耐用 。 其內(nèi)部抵制力小，既內(nèi)阻很小，可快速充電，又可為負載提供大電流，而且放電時電壓變化很小，是一種非常理想的直流供電電池。鎳鎘電池可重復(fù) 500 次以上的充放電，經(jīng)濟耐用。其內(nèi)部抵制力小，既內(nèi)阻很小，可快速充電，又可為負載提供大電流，而且放電時電壓變化很小，是一種非常理想的直流供電電池。與其它類型的 電池比較，鎳鎘電池可耐過充電或過放電。鎳鎘電池的放電電壓根據(jù)其放電裝置有所差異，每個單元電池 (Cell)大約是 ，電池容量單位為 Ah(安時 )、 mAh(毫安時 )，放電終止電壓的極限值稱為 ” 放電終止電壓 ” ， 鎳鎘電池的放電終止電壓 (cell 為每一單元電池 )。自放電率低，鎳鎘電池在長時間放置的情況下，特性也不會劣化，充分充電后可完全恢復(fù)原來的特性，它可在－ 20℃ +60℃ 的溫度范圍內(nèi)使用。 關(guān)于維護： 在長時間的放置后，使用前必須深度充放電之后再使用。電池有記憶效應(yīng)，最好是使用一個月或 30 個循 環(huán)就對電池進行深放電。 AGV 智能充電站的設(shè)計與應(yīng)用 3 鋰電池 鋰電池指電化學(xué)有鋰（包括金屬鋰、鋰合金和鋰離子、鋰聚合物）的最基本電化學(xué)單位。鋰電池大致可分為兩類：鋰金屬電池和鋰離子 電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰 ， 并且是可以充電的。鋰電池芯過充到電壓高 后 ， 會開始產(chǎn)生副作用。過充電壓愈高，危險性也跟著愈高。鋰電芯電壓 高于 后，正極材料內(nèi)剩下的鋰原子數(shù)量不到一半，此時儲存格常會垮掉，讓電池容量產(chǎn)生永久性的下降。如果繼續(xù)充電，由于負極的儲存格已經(jīng)裝滿了鋰原子，后續(xù)的鋰金屬會堆積于負極材料表面。這些鋰原子會由負極表面 往鋰離子來的方向長出樹枝狀結(jié)晶。這些鋰金屬結(jié)晶會穿過隔膜紙，使正負極短路。有時在短路發(fā)生前電池就先爆炸，這是因為在過充過程，電解液等材料會裂解產(chǎn)生氣體，使得電池外殼或壓力閥鼓漲破 裂，讓氧氣進去與堆積在負極表面的鋰原子反應(yīng)，進而爆炸。因此，鋰電池充電時，一定要設(shè)定電壓上限，才可以同時兼顧到電池的壽命、容量、和安全性。最理想的充電電壓上限為 。鋰電芯放電時也要有電壓下限。當(dāng)電芯電壓低于 時，部分材料會開始被破壞。又由于電池會自放電，放愈久電壓會愈低，因此，放電時最好不要放到 才停止。鋰電 池從 放電到 這段期間，所釋放的能量只占電池容量的 3%左右。因此， 是一個理想的放電截止電壓。 關(guān)于維護：最好使用淺充淺放的方式使用。 緒論應(yīng)說明本課題的意義、目的、研究范圍及要達到的技術(shù)要求；簡述本課題在國內(nèi)外的發(fā)展概況及存在的問題；說明本課題的指導(dǎo)思想；闡述本課題應(yīng)解決的主要問題 。 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 論文 4 第 2 章 充電方式 恒流充電法 是用調(diào)整充電裝置的輸出電壓的方法，保持充電電流強度不變的充電方法 。但是由于電池的可接受電流能力是隨著充電過程的進行而逐漸下降的 ， 充電到最后電流 多用于電解水產(chǎn)生氣體。 圖 21 恒流充電控制曲線 I電 池 電 壓充 電 電 流t 圖 22 恒流充電曲線 恒壓充電法 在全部充電時間里保持恒定的電壓。隨著電池電壓的逐漸升高電流逐漸減小，與恒流充電法相比其充電過程更接近于最佳充電曲線。此系統(tǒng)控制比較簡單。 圖 24 恒壓充電法曲線 AGV 智能充電站的設(shè)計與應(yīng)用 5 U IT充 電 電 流電 池 電 壓 圖 23 最佳充電曲線 用恒壓快速充電時，由于充電初期電池電壓低，電流會很大，隨著充電的進行電流逐漸減小。這種充電方式電解水少，免了蓄 電池的過充。但是在充電初期電流過大對蓄電池壽命會造成較大的影響且最容易造成電池報廢。常用于電壓較低的系統(tǒng)。 涓流充電法 在充電過程中充電電流小于 倍率時稱為涓流充電，就是電流很小的充電方式。一般而言涓流充電能夠把電池充的很足，而且不易傷害電池壽命，但花費時間很長的一種充電方式。 階段充電法 、二階段充電法 采用恒電流和恒電壓相結(jié)合的快速充電方法，首先，以恒電流充電至預(yù)定的電壓值，然后，改為恒電壓完成剩余的充電。一般兩階段之間的轉(zhuǎn)換電壓就是第二階段的恒電壓。 圖 24 二段法充電控 制曲線 河南機電高等專科學(xué)校畢業(yè) 論文 6 充 電 電 流電 池 電 壓It 圖 25 二階段法充電曲線 、三階段充電法 在充電開始和結(jié)束時采用恒電流充電，中 間用恒電壓充電。當(dāng)電流衰減到預(yù)定值時，由第二階段轉(zhuǎn)換到第三階段 。 這種方法可以將出氣量減到最少，但作為一種快速充電方法使用，受到一定的限制。 充電控制 電池終止充電的判斷方法有許多種 ， 最主要的是 :最高電壓控制法、定時控制法、最小電流控制法、最高溫度控制法、容量控制法等。 、最高電壓控制法 一般用于恒流充電 ， 只需設(shè)定一個電壓值 ， 在充電過程中當(dāng)電 池電壓達到設(shè)定值時即認為電池己充滿 ， 此時停止充電。 、定時控制法 只需確定一個充電時間即可 ， 利用定時器進行充電計時即可控制停止充電。此控制方法簡單易行 ， 但不能根據(jù)電池的充電狀態(tài)自動調(diào)整 ， 極易出現(xiàn)過充或欠充等現(xiàn)象。 、最小電流控制法 一般用于恒壓充電法 ， 當(dāng)對電池給定一定電壓進行充電時充電電流將逐漸減小 ， 當(dāng)充電電流減小到一定值時 ， 認為電池己充滿 ， 此時停止充電。 、容量控制法 是在充電過程中對充入電池的電量進行計算 ， 當(dāng)充入的電量達到設(shè)定的電量值時 ， 充電過程結(jié)束。 AGV 智能充電站的設(shè)計與應(yīng)用 7 河南機電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 論文 8 第 3 章 充電機功能 快速充電模式 快速充電模式里設(shè)備只對鎘鎳蓄電池組進行快速充電操作，采用 恒流限壓的充電方式 ， 也就是設(shè)備先以恒定的電流對電池組進行充電 ， 電流的大小由用戶設(shè)定，電池組隨著恒流充電電壓不斷上升，當(dāng)電池組電壓達到用戶設(shè)定的電壓為 35V時 ， （ 設(shè)備采用軟件與硬件互補方式對最高充電電壓進行控制，當(dāng)輸出電壓與設(shè)定電壓不符時，可手動調(diào)節(jié)設(shè)備內(nèi)部繼電器控制板上 “ VOLT” 電位器，順時針為大，逆時針調(diào)節(jié)為小 ） 。設(shè)備自動對電池組進行恒壓補充充電而電流值不斷的 減小，直至快充電流值小于終止電流設(shè)定值的或達到快充時間設(shè)定值時，設(shè)備自動停機；與此同時傳給上位機信號由 “ 工作 ” 轉(zhuǎn)為 “ 充滿 ” 。從開始的恒流充電到后來的定壓充電，充電結(jié)束這一過程全部由控制中心 PLC 來輕松完成而你只需輕輕觸摸按鈕即可。具體操作方法為：在系統(tǒng)主菜單界面下觸摸 “ 快充 ” 按鍵，進入快充界面如圖 31 所示（快速充電簡稱 “ 快充 ” ）： 圖 31 快充界面 在快充狀態(tài)下，充電裝置啟動方式分手動啟動方式和自動啟動方式，具體操作：在快 充參數(shù)設(shè)置菜單下輕輕觸摸 “ 手動 ” 、 “ 自動 ” 按鈕即可轉(zhuǎn)換。建議：人為的對 AGV 自動小車進行快速充電選擇 “ 手動 ” 啟動模式，反之（正式投入運行）選擇 “ 自動 ” 啟動模式。 當(dāng) AGV 自動小車到位后，如果你選擇 “ 手動 ” 啟動模式需觸摸 “ 啟動 ” 按鈕設(shè)備便啟動運行快速充電 ； 如果選擇自動模式小車到位后延時 5 秒鐘設(shè)備自動啟動進行快速充電。界面中適時顯示 “ 電池電壓 ” 、 “ 快充電流 ” 、 “ 充電量 ” 、 “ 已充AGV 智能充電站的設(shè)計與應(yīng)用 9 時間 ” 等信息同時給上位機報 “ 工作 ” 接點信號。在充電運行過程中如果出現(xiàn)情況需要停機，只需觸摸 “ 停止 ” 按鍵接著 “ 確認 ” 設(shè)備便可自動停止充電。 當(dāng)快充時間到或快充電流滿足結(jié)束條件，充電結(jié)束設(shè)備自動停止，快充界面顯示 “ 完成 ”； 同時給上位機報 “ 充滿 ” 信號，接著自動小車離位。智能充電站重新回到待機狀態(tài)并給上位機報 “ 待機 ” 信號。 快速充電模式 均衡充電模式里設(shè)備對蓄電池組進行均衡充電操作，采用恒流定壓充電方式，也就是設(shè)備先以恒定的電流對電池組進行充電，電流的大小由用戶設(shè)定電池應(yīng)選10A 電流；電池組隨著恒流充電電壓不斷上升，當(dāng)電池組電壓達到用戶設(shè)定的電壓值 35V 時，設(shè)備自動對電池組進行恒壓補充充電而電流值不斷的減小，均充時間（ 67 小時）到結(jié)束。從開始 的恒流充電到后來的定壓充電，充電結(jié)束這一過程全部由控制中心 PLC 來輕松完成而你只需輕輕觸摸按鈕即可。具體操作方法為：在系統(tǒng)主菜單界面下觸摸 “ 均充 ” 按鍵，進入均充界面如圖 32 所示：