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          珠海創智科技有限公司

          行業新聞

          AGV:AGV小車無線充電裝置的設計

          日期: 2021-08-27 09:20 點擊:

          摘要
                 為優化AGV小車充電模式,設計了一種無線充電裝置,用于AGV小車的無線充電。該無線充電裝置包含供電、充電和放電三個閉合回路,其中供電閉合回路由電池管理系統、鋰離子電容器模組和穩壓電源組成,為AGV小車提供驅動電壓;充電閉合回路由無線充電接收裝置、充電端子、電池管理系統及鋰離子電容器模組組成,為當穩壓電源補充電能;放電閉合回路由穩壓電源、AGV制動板以及制動電阻組成,可消耗過剩電能。本設計選擇磁耦合諧振式電能傳輸技術,通過充電閉合回路實現AGV小車的無線快速充電,定位準確、無接觸式火花、系統運行穩定。
           
                 在工業應用中,AutomatedGuidedVehicle,簡稱AGV,是一種具有安全保護以及裝載功能的自動運輸車,其裝備了自動導引裝置,能夠沿著規定的導引路徑行駛;可通過鋪設電磁金屬導線軌道并采用電磁導航的方式確定AGV小車的自動運行路徑及動作。


                 當蓄電池電能耗盡后,為保證生產連續性,需要更換備用蓄電池,但手動更換備用蓄電池費時費力,因此駐車充電為目前最常用充電方式;駐車充電共有手動和自動兩種充電方式,手動充電即手動完成AGV與充電器之間的電器連接,然后實施充電,充電完成后人工去脫離連接電路再恢復工作狀態;自動充電則是通過系統總控發出指令,AGV自動運行至充電樁,AGV車載充電器自動連接到充電樁并開始充電,還可根據工業應用需要設置充電百分比,完成充電后自動脫離充電樁。駐車充電耗時較長,所以以上幾種方式都會降低AGV的使用率,影響生產進度。又因為目前常用充電方式均采用接觸式充電,容易產生接觸火花,在工業環境中,安全性較低。為此,有必要研發一種AGV無線充電裝置,使AGV小車可在不停車的前提下快速充電,可保證AGV小車除檢修外能夠24小時不間斷運行,以提高工作效率。


          1 AGV小車無線充電裝置結構特點及功能
                 AGV無線充電裝置用于AGV小車的無線充電,如圖1所示,它由供電裝置、AGV系統、接收裝置三部分組成,其結構特點及功能如下:


          1.1供電裝置
                 供電裝置相當于普通AGV小車內安裝的蓄電池,它能為AGV系統提供一個穩定電壓,用以驅動AGV小車;它包括充電端子、電池管理系統、鋰離子電容器模組、穩壓電源、放電接口、AGV制動板以及制動電阻。
          1.2AGV系統
                 AGV系統即一種采用電磁導航的方式確定自動運行路徑且具有一定運載能力的AGV小車,該系統不包含蓄電池。

                 接收裝置內置一種磁耦合諧振接收線圈,它能通過磁耦合方式接收電能;與之相對應的是磁耦合諧振發射線圈,其埋置于AGV小車預設軌道下,當AGV小車駛進無線電能傳遞范圍內,發射線圈可將電能通過磁耦合方式無線傳遞至接收裝置。


          2AGV小車無線充電裝置工作原理
                 AGV小車無線充電裝置設計有三個功能回路,供電閉合回路、充電閉合回路以及放電閉合回路,其組成及工作原理如下:


          2.1供電閉合回路組成及工作原理
                 供電閉合回路由電池管理系統、鋰離子電容器模組和穩壓電源組成;在供電閉合回路中,鋰離子電容器模組與穩壓電源組成一個蓄電池,該蓄電池通過放電接口為AGV小車供電,并且提供一個24V或者48V的穩定電壓以此驅動AGV小車;其中,鋰離子電容器模組是由若干個可充電鋰離子電容器單體首位串聯并矩陣排列組成,當電池管理系統監測到蓄電池電壓不足時,則由充電閉合回路對其進行無線充電。

          2.2充電閉合回路組成及工作原理
                 充電閉合回路由無線充電接收裝置、充電端子、電池管理系統及鋰離子電容器模組組成;當電池管理系統監測到鋰離子電容器模組兩端的電壓值低于接收裝置電壓,則無線充電接收裝置將通過充電端子開始對鋰離子電容器模組進行充電;其中,接收裝置內置一種磁耦合諧振接收線圈,用以接收電能。


                 在供電、充電閉合回路中,電池管理系統的作用是能夠實時監測鋰離子電容器模組的電壓狀態,并與接收裝置中的電壓進行比較,如低于接收電壓,系統將根據電壓差值調整充電電流大小,開始快速充電,當電壓相等或AGV小車駛離無線電能接收范圍,充電結束。


          2.3放電閉合回路組成及工作原理
          放電閉合回路由穩壓電源、AGV制動板以及制動電阻組成;當AGV小車因制動而產生多余電能,會造成穩壓電源電壓過高,為避免燒壞電路器件,可將過剩電能通過制動電阻轉換為熱能消耗掉。

          3無線供電系統選擇及原理分析
                 無線電能傳輸技術,其工作原理是利用電場和磁場間的耦合傳遞電能,即通過非接觸式的電磁耦合方式將電能從供電環節傳遞至用電設備;這類無線電能傳輸設備體積小巧、制造成本低、操作方便、設備磨損率低、應用范圍廣。由于這種無線電能傳遞方式中用電設備與充電器之間是以磁場去傳送能量,避免了電氣連接,因此各種充電、用電裝置中均沒有帶電接點外露,所以不會產生接觸式火花,在工業應用中,這類供電方式自然更為安全可靠。當前工業應用中,無線電能傳輸技術最常用的三種方式就是電磁感應式、微波輻射式和磁耦合諧振式,將這三種無線電能傳輸技術簡單介紹如下。


          (1)電磁感應式無線電能傳輸技術是利用電磁感應原理,可以通過控制松耦合變壓器的交變電流的方式去發射和接收電能,以此實現電能傳遞。當設備接收到交變電流后再經過直流穩壓電源就可以得到設備需要的直流電壓,當前電磁感應式無線充電技術主要應用在各類小家電產品中,例如手機、平板電腦、掃地機器人等家用電子產品,電磁感應式電能傳輸技術更實用與小功率設備的無線充電。
           
          (2)微波輻射式無線電能傳輸技術主要利用微波的波長短在空氣中傳遞性強的特點進行能量傳輸,即利用微波替代電流、空氣替代導線以此實現能量傳輸。但這種方式對障礙物的穿透力很弱,并且會產生較強的電磁輻射,對人體產生傷害,主要應用于宇宙空間站、信號衛星與大地之間的電能傳輸。

          (3)磁耦合諧振式電能傳輸技術是以電磁場為載體,利用磁耦合式諧振電路的固有諧振頻率能量傳遞特性來實現電能的傳遞,即特定頻率的電能信號通過發射線圈和接收線圈后將產生諧振從而進一步產生感應電動勢。目前,我國應用最普遍的大功率無線供電均采用磁耦合諧振式,大部分電動汽車充電均采用這種方式,技術成熟,應用范圍廣。


                 經過比對,本設計選用磁耦合諧振式無線供電方式,原理圖見圖2,其優勢在于電磁干擾抗性高且輻射小,發射和接受線圈對準精度要求不高,且無線電能傳遞距離較大,穩定性和安全性高;另外,無線發射線圈鋪設在AGV小車軌道中,無線接收線圈裝置于AGV小車底部,與充電閉合回路連接,磁耦合諧振式無線電能傳輸技術可使AGV在不停車的前提下快速充電,提高工作效率。


          4結語
                 在本設計中,磁耦合諧振發射線圈一端埋置于AGV小車預設軌道下,另一端內置與接收裝置內;當AGV小車行駛進入預設軌道,達到磁耦合諧振發射線圈區域內時,由于電池管理系統實時監測鋰離子電容器模組的電壓狀態,如發現其電壓低于接收端電壓,則根據電壓差以及磁耦合諧振線圈的區域范圍來調節電流,并對鋰離子電容器模組進行快速充電,當兩端電壓相等時,通過充電端子對鋰離子電容器模組進行恒壓充電直至充滿,當AGV小車駛離發射區域,磁耦合諧振線圈將自動斷開連接,充電結束。

           
                 實踐證明,本設計能夠實現AGV小車在不停車的前提下快速充電,小車連續處在生產過程,工作效率得到提升,且系統運行穩定、充電定位準確,無接觸式火花,生產過程安全可靠,該系統已成功應用于企業生產且效果良好。

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