【正文】 （ Contactless Power System） 為動力的。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。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(shí)現(xiàn)高效、經(jīng)濟(jì)、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。國內(nèi)以昆船集團(tuán)為首研制的自動引導(dǎo)車，成功運(yùn)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。 自動引導(dǎo)車原配置的鎘鎳蓄電池及充電站均采用進(jìn)口設(shè)備，在維護(hù)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(shí)際運(yùn)行比較，發(fā)現(xiàn)國產(chǎn)電池在性能上優(yōu)于進(jìn)口電池 ，主要表現(xiàn)為 AGV 自動引導(dǎo)車的運(yùn)行時間延長，原運(yùn)行 1 小時左右（即放出 10％容量）即返回充電站進(jìn)行充電，現(xiàn)在運(yùn)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(jìn)口電池。電動汽車對電池的基本要求可以歸納為以下幾點(diǎn) ： 河南機(jī)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(hù)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(jī)汽車的起動動力源 ， 也是成熟的電動汽車蓄電池。但它有兩大缺點(diǎn) ： 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 。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(jìn)的重要體現(xiàn)。這種電池以鉛作負(fù)極 ， 二氧化鉛作正極 ， 用硫酸做電解液 。 關(guān)于維護(hù) ： 鉛酸電池可以實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。 其內(nèi)部抵制力小，既內(nèi)阻很小，可快速充電，又可為負(fù)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。其內(nèi)部抵制力小，既內(nèi)阻很小，可快速充電，又可為負(fù)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 )。 關(guān)于維護(hù)： 在長時間的放置后，使用前必須深度充放電之后再使用。 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。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰 ， 并且是可以充電的。過充電壓愈高，危險性也跟著愈高。如果繼續(xù)充電，由于負(fù)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(fù)極材料表面。這些鋰金屬結(jié)晶會穿過隔膜紙，使正負(fù)極短路。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。鋰電芯放電時也要有電壓下限。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。因此， 是一個理想的放電截止電壓。 緒論應(yīng)說明本課題的意義、目的、研究范圍及要達(dá)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 。但是由于電池的可接受電流能力是隨著充電過程的進(jìn)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。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。 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(jìn)行電流逐漸減小。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。 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。 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。 圖 24 二段法充電控 制曲線 河南機(jī)電高等?？茖W(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。 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。 、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(dá)到設(shè)定值時即認(rèn)為電池己充滿 ， 此時停止充電。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。 、容量控制法 是在充電過程中對充入電池的電量進(jìn)行計算 ， 當(dāng)充入的電量達(dá)到設(shè)定的電量值時 ， 充電過程結(jié)束。設(shè)備自動對電池組進(jìn)行恒壓補(bǔ)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(dá)到快充時間設(shè)定值時，設(shè)備自動停機(jī)；與此同時傳給上位機(jī)信號由 “ 工作 ” 轉(zhuǎn)為 “ 充滿 ” 。具體操作方法為：在系統(tǒng)主菜單界面下觸摸 “ 快充 ” 按鍵，進(jìn)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。 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(yùn)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(jìn)行快速充電。在充電運(yùn)行過程中如果出現(xiàn)情況需要停機(jī)，只需觸摸 “ 停止 ” 按鍵接著 “ 確認(rèn) ” 設(shè)備便可自動停止充電。智能充電站重新回到待機(jī)狀態(tài)并給上位機(jī)報 “ 待機(jī) ” 信號。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。當(dāng) AGV 自動小車到位后，需輕輕觸摸 “ 開始 ” 按鈕設(shè)備便啟動運(yùn)行均衡充電。在充電運(yùn)行過程中如果出現(xiàn)情況需要停機(jī)，只需觸摸按鍵 “ 停止 ” 接著設(shè)備便可自動停止充電 。智能充電設(shè)備重新回到待機(jī)狀態(tài)并給上位機(jī)報 “ 待機(jī) ” 信號。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 論文 10 活化運(yùn)行模式里面共有三個工作階段：恒流放電階段、靜止擱置階段和均衡充電階段。如圖 33 所示： 圖 33 活化界面 放電模式 放電采用恒流放電方式（有源逆變電能回饋電網(wǎng)）。在主菜單下選擇 “ 放電 ” 模式后，點(diǎn)擊 “ 監(jiān)控窗口 ”進(jìn)入放電監(jiān)控畫面，如圖 34 所示。放電全過程為恒流放電。智能充電設(shè)備重新回到待機(jī)狀態(tài)并給上位機(jī)報 “ 待機(jī) ” 信號（均充）。 放電結(jié)束后，斷開面板開關(guān) AN 和開關(guān) OF，關(guān)掉設(shè)備；取下電池組即可。 人機(jī)界面顯示 “ 充電機(jī)故障請檢查熔斷器和相序 ” 時需斷開面板開關(guān) AN 和斷路器開關(guān) QF 并 且斷開智能充電站的輸入電源 。 當(dāng)人機(jī)界面顯示 “ 電池反接 ” 時，檢查接入電池組極性（正負(fù)極）是否接反，河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 論文 12 若接反請糾正，故障解除后點(diǎn)擊 “ 停止 ” ，接著點(diǎn)擊 “ 返回 ” 再點(diǎn)擊需要的工作模式，即可實(shí)現(xiàn)不關(guān)機(jī)解除報警。 如果采取以上措施還不能夠排除故障原因請馬上與制造商聯(lián)系。人機(jī)界面可以顯示年、 月、日以及時間和星期。如圖 36 所示： 圖 36 時鐘設(shè)定 故障查詢 在系統(tǒng)主菜單中觸摸 “ 故障查詢 ” 查看警報表如圖 37 所示：表中主要記錄警報內(nèi)容。 AGV 智能充電站的設(shè)計與應(yīng)用 13 圖 37 歷史警報表 歷史記錄查詢 在 “ 主菜單 ” 下，按下 “ 記錄查詢 ” ，進(jìn)入數(shù)據(jù)資料畫面，此畫面將顯示并記錄充電站各種工作狀態(tài)的歷史數(shù)據(jù)，如圖 38 所示。 圖 38 歷史記錄 圖 39 快充 記錄 圖 310 活化記錄 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 論文 14 圖 311 均充記錄 圖 312 放電記錄 上位機(jī)接點(diǎn)信號圖 本智能充電站給上位機(jī)提供待機(jī)、快充、充滿、故障等常開干接點(diǎn)信號。 圖 313 上位機(jī)接點(diǎn)信號圖 AGV 智能充電站的設(shè)計與應(yīng)用 15 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 論文 16 第 4章 充電機(jī)回路 第 4 章充電機(jī)回路 充電機(jī)主回路 主電路采用三相可控硅全橋式整流電路，采用數(shù)字觸發(fā)電路?？煽毓栌|發(fā)電路以 數(shù)字電路為基礎(chǔ)，對系統(tǒng)輸出電壓、電流反饋信號先進(jìn)行隔離放大并與給定信號比較后，將其誤差信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，輸入到邏輯處理單元和其它控制信號一同進(jìn)行邏輯控制、適時計算最終發(fā)出觸發(fā)脈沖，從而保證其準(zhǔn)確性、可靠性。 圖 41 電氣原理圖 、整流 部分 半波整流是利用二極管的單向?qū)щ娦赃M(jìn)行整流的最常用的電路，常 用來將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姟? 全波整流使交流電的兩半周期都得到了利用 。 本文選用的AGV 智能充電站的設(shè)計與應(yīng)用 17 是全波整流。整流電路按組成的器件不同可分為不可控電路、半控電路、全控電路三種 。三相半波可控整流電路各項(xiàng)指標(biāo)都一般 ， 所以用的不多。為了節(jié)約能量 ， 整流電路可以根據(jù)充電電池的性能實(shí)時調(diào)節(jié)整流輸出 ， 達(dá)到電壓有效利用的效果。輸入濾波環(huán)節(jié)包括濾波 電容和濾波電感兩個部分。濾波電感加大了整流電路二極管的導(dǎo)通角 ， 抑制輸入電流脈動 ， 使濾波后輸入電流連續(xù) ，并能減小電容兩端電壓紋波 ， 同時提高充電機(jī)的功率因數(shù)。5F， 耐壓值 600V 的濾波電容 Cll， 電感 Ll 大小為 2mH/80A。采用自動定位系統(tǒng)定位于智能充電站站臺，采用快速充電模式進(jìn)行充電，全過程保持與上位機(jī)和 AGV 自動引導(dǎo)車的通信。平時無電池時則通過觸摸屏顯示： ”電池電壓 =0V”、 ”充電電流 =0A”和 ”待機(jī) ”信息。如充電機(jī)檢測電池電壓高于3V 則進(jìn)入快速充電狀態(tài)，同時觸摸屏顯示： ”電池電壓 =V”、 ”充電電流 =A”和 ”快充時間 =分 ”信息。 當(dāng)自動引導(dǎo)車 AGV 開走時，充電站又重新回到待機(jī)狀態(tài)。 打開前門，合上相應(yīng)的斷路器 開關(guān) QF 和面板上的開關(guān) AN，智能充電站自檢后觸摸屏進(jìn)入 ”系統(tǒng)主畫面 ”，如圖 19 所示： 圖 44 系統(tǒng)主界面 、充電電流、充電電壓采集 帶程序 充電電流的采集只需在主回路中接入一合適的分流器，在本設(shè)計中選用的是100A75mV。充電電壓的采集跟觸摸屏顯示中 ”電池電壓 ”為同一處理。相關(guān)程序： AGV 智能充電站的設(shè)計與應(yīng)用 19 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè) 論文 20 第 5 章充電機(jī)控制回路 快充、均充、放電、活化終止判斷以快充為 例 充電終止判斷是完成智能充電的關(guān)鍵技術(shù) ， 恰當(dāng)合理的充電終止 ， 是保證蓄電池不出現(xiàn)過充電問題的重要保障 ， 對保護(hù)蓄電池具有重要意義 ， 因此充電終止判斷方法的合理與否直接決定智能充電功能的優(yōu)劣。電池的這種不一致性會導(dǎo)致其在不斷的充放電過程中出現(xiàn)過充或欠充現(xiàn)象。因此 ， 需要準(zhǔn)確、及時而又可靠地判斷電池終止放電 ， 以便采取適當(dāng)?shù)目刂坪凸芾矸椒?， 避免電池出現(xiàn)過充。 在本設(shè)計中快充的停止條件有三種分別是：電流到、人工停、時間到。 AGV 智能充電站的設(shè)計與應(yīng)用 21 手動停 時間到停 電流到 其中 VW912 是用來用作功能 ”記錄查詢 ”子菜單 ”快充記錄 ”觸控的觸發(fā)信號給VW912 賦值為 0 是觸摸屏將記錄電流到的畫面并記錄相關(guān)參數(shù)。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè) 論文 22 智能充電控制流程以快充為例 相關(guān)程序的控制思想流程圖如下： 開 始參 數(shù) 設(shè) 置上 限 電 壓 工 作 電 流電 池 是 否 反 接工 作 模 式 選 者接 通 均 充 接 通 快 充等 待 故 障 解 除接 通 活 化YN接 通 放 電等 待 故 障 排 除調(diào) 整 導(dǎo) 通 角 減 小調(diào) 整 導(dǎo) 通 角 增 大停 止停 止故 障 檢 測計 時 到 時電 壓 檢 測 電 壓是 否 大 于 上 限 電 壓電 流 大 于 快 充 電 流電 流 小 于 1 A記 錄 “ 電 流 到 ”NYNNYYNNYYN 圖 43 工作流程圖 均充放電活化的工作過程和控制思想與快充類似。初始化對整個充電過程非常重要 ，是充電進(jìn)行的基礎(chǔ)。 AGV 智能充電站的設(shè)計與應(yīng)用 23 若檢測到電路及蓄電池組連接正確 ， 則確定電池充電模式是涓流充電還是快速充電。如果電池組的電壓U0 低于參數(shù)設(shè)定中的上限電壓 ， 則說明電路允許充電。如果初始電壓電流參數(shù)值大于涓