在线充电技术在叉车 AGV上的应用

在线充电技术在叉车 AGV上的应用

符致云

广东嘉腾机器人自动化有限公司 广东佛山 528300

摘要：以往在人们的印象中，叉车这种设备都是由人来开动并操作的。但是进入新世纪，随着国家大力倡导的“机器换人”和产业“腾笼换鸟”等一系列的政策的实施，“智能制造”这个词映入了人们的眼帘，工厂内出现了一个新事物：没有人操作的叉车，在仓库、在工厂灵活自由的穿梭，自行叉起货物并整齐堆放到指定位置，繁忙而有序工作，让人惊叹。这种叉车没有以往我们听到的发动机突突突的噪音，而只是一种轻微的嗡嗡声。对，这就是电动激光导航无人叉车，俗称的AGV（Automated Guided Vehicle—自动导引车），这都得益于导航技术和控制技术的飞速发展，可以实现无人化的操作，叉车实现全自动作业，安全又快捷。

关键词：电池、在线充电 、AGV（自动导引车）

1．传统充电方式的不足

既然是电动的叉车，那么车辆的动力来源就是电池了，早期的电动叉车电池为铅酸电池，以林德L16叉车为例：其配备的电池为24V 375AH铅酸电池，充满一次电只能使用5-6小时，这时要么停下来充电或是更换电池，但是一个电池重达200KG，需要专用的吊具吊出，而且叉车在改造成自动导航之后，有些机构的限制，导致更换电池工作更加困难；如果把车子拿去充电，则需要花费7-8个小时，这对于设备来说，稼动率太低了。

2.在线充电方式的优点及组成

2.1那么有没有一个既不用更换电池，又可以很快的进行充电的方式呢？答案是：有。这就是本文要说的在线充电技术，本技术的基本构成是：可快速充电的锂电池、充电站、可自动伸缩的充电机构、接触用的触点（刷块、刷板）。如图1所示：

这种充电方式的优点是：可以利用工作过程中的空隙时间进行充电，可以做到不影响搬运任务执行，又可以把电给充了。基本上可以做到机器24小时不停歇工作，大大提高了工作效率。这种定制的电池可以大电流进行充电，同样以林德L16为例：换成锂电池，只要24V200AH容量的就足够应付叉车的全天工作，比原来标配的375AH电池容量小了46%，但依然足够用，而不影响正常作业，可以以1C的电流进行充电（注：C为充放电倍率，充放电倍率=充放电电流/额定容量），也就是说快充锂电池可以以200A的电流进行充电，而之前的铅酸电池只能以40A的电流进行充电，锂电的充电电流大概是5倍，大大提高了充电的速度。即节省了空间（节省的空间可以安装其它一些电气设备），又节省了成本。

2.2本套自动充电装置，采用了国内知名品牌充电站，并配以可以自动伸缩的充电触点机构、并由PLC、传感器等组成带反馈的全自动充电回路，触点（刷板、刷块）采用德国法勒产品，可以做到大电流不烧蚀、不发黑、不产生火花等，消除安全隐患。由于是大电流充电，所以所采用线材为75平方多股铜导线。

图2：伸缩机构触点，可以看到两个对射传感器

图3：车身触点和两个对射传感器

3.在线充电技术的工作逻辑

3.1下面来阐述完整的工作流程：充电站和自动伸缩机构相连，通电时充电站和伸缩机构都处于待机状态，触点缩回到伸缩机构外壳里面（尽管触点不充电时不带电，但为了做到万无一失所以要缩回去），当叉车AGV处于无任务状态时，AGV本身会侦测电池电量是否降低，如果电量低，那么AGV会给上位控制系统发送信息，告知其需要充电，这时上位系统会轮询现场充电站状态看是否有空位，并发指令给需要充电的AGV去往某个充电点，当AGV接近充电点2米时，会提前减速并以慢速进入充电站区域，这时AGV上的对射传感器打开，而充电站在接到上位系统的指令时，也把自动伸缩机构上的对射传感器打开，当AGV上的两个对射传感器和伸缩机构上的两个传感器对准时，AGV会停止，并把连接电池的充电触点的接触器打开，使得充电触点和电池连通（不充电状态时，接触器是处于开路状态），伸缩机构的触点会伸出来，并和AGV车体上的触点紧密接触，这时充电站还不会给电池充电，先会检测电池是否有电压，回路没有短路现象发生，确认好这些条件之后，充电站才开始启动对电池进行大电流充电。

3.2当电池电量充满时，充电站检测到充满信号后会先切断充电输出，然后通知AGV断开接触器，通知自动伸缩机构收回触点，这样的逻辑是避免触点带电直接断开产生电弧。在此同时，自动伸缩机构和AGV都自行关闭对射传感器，AGV把电量信息发送给上位调度系统，调度系统收到信息后再给AGV分配新的作业任务，如果没有新任务，则会让AGV去往待命点等待。通常的快充时间为20-25分钟左右，就可以把电池充满，我们的AGV在事先是充满电的，并设定电池放电量为总容量的20%时为低电量，当叉车AGV检测到电池容量低于阈值时，这时AGV会向上位调度系统请求充电。这样做的好处是让电池处于浅放电状态，有利于延长使用寿命，一般充电20几分钟后，电池就可以使用1-2个小时后才会报低电量，电池的BMS通过串口和AGV通讯，传输所需的数据，包括电压、电流、温度、电量等。伸缩机构同时也保留了手动操作按钮，以防备万一自动方式出现故障，就可以进行手动操作。

3.3本套充电装置采用了双闭环控制，双冗余设计以达到安全目的，一个是对射传感器信号；二是充电站和AGV之间的放行信号；这样做的目的是必须确保触点上不再带电并且相互分离，以免造成安全事故。

4.结束语

通过本套在线充电装置，可以让自动叉车的充电工作变得更简单、高效、安全，可以实现24小时不停歇工作，大大提高经济效益，还可以节省人力，是一个值得推广的好技术。

参考文献

【1】自动导引车（AGV）术语 中华人民共和国国家标准GB/T30030一2013