本文分享一篇為優(yōu)化AGV小車充電模式，設(shè)計(jì)的一種無(wú)線充電裝置，用于AGV小車的無(wú)線充電。

該無(wú)線充電裝置包含供電、充電和放電三個(gè)閉合回路，其中供電閉合回路由電池管理系統(tǒng)、鋰離子電容器模組和穩(wěn)壓電源組成，為AGV小車提供驅(qū)動(dòng)電壓；充電閉合回路由無(wú)線充電接收裝置、充電端子、電池管理系統(tǒng)及鋰離子電容器模組組成，為當(dāng)穩(wěn)壓電源補(bǔ)充電能；放電閉合回路由穩(wěn)壓電源、AGV制動(dòng)板以及制動(dòng)電阻組成，可消耗過(guò)剩電能。

本設(shè)計(jì)選擇磁耦合諧振式電能傳輸技術(shù)，通過(guò)充電閉合回路實(shí)現(xiàn)AGV小車的無(wú)線快速充電，定位準(zhǔn)確、無(wú)接觸式火花、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

01 |概述

在工業(yè)應(yīng)用中，AGV是一種具有安全保護(hù)以及裝載功能的自動(dòng)運(yùn)輸車，其裝備了自動(dòng)導(dǎo)引裝置，能夠沿著規(guī)定的導(dǎo)引路徑行駛；可通過(guò)鋪設(shè)電磁金屬導(dǎo)線軌道并采用電磁導(dǎo)航的方式確定AGV小車的自動(dòng)運(yùn)行路徑及動(dòng)作。

當(dāng)蓄電池電能耗盡后，為保證生產(chǎn)連續(xù)性，需要更換備用蓄電池，但手動(dòng)更換備用蓄電池費(fèi)時(shí)費(fèi)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(dòng)和自動(dòng)兩種充電方式，手動(dòng)充電即手動(dòng)完成AGV與充電器之間的電器連接，然后實(shí)施充電，充電完成后人工去脫離連接電路再恢復(fù)工作狀態(tài)。

自動(dòng)充電則是通過(guò)系統(tǒng)總控發(fā)出指令，AGV自動(dòng)運(yùn)行至充電樁，AGV車載充電器自動(dòng)連接到充電樁并開(kāi)始充電，還可根據(jù)工業(yè)應(yīng)用需要設(shè)置充電百分比，完成充電后自動(dòng)脫離充電樁。

駐車充電耗時(shí)較長(zhǎng)，所以以上幾種方式都會(huì)降低AGV的使用率，影響生產(chǎn)進(jìn)度。又因?yàn)槟壳俺Ｓ贸潆姺绞骄捎媒佑|式充電，容易產(chǎn)生接觸火花，在工業(yè)環(huán)境中，安全性較低。

為此，有必要研發(fā)一種AGV無(wú)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(shí)不間斷運(yùn)行，以提高工作效率。

02 |AGV無(wú)線充電裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及功能

AGV無(wú)線充電裝置用于AGV小車的無(wú)線充電，如圖1所示，它由供電裝置、AGV系統(tǒng)、接收裝置三部分組成，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及功能如下：

圖1AGV無(wú)線充電裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.1供電裝置

供電裝置相當(dāng)于普通AGV小車內(nèi)安裝的蓄電池，它能為AGV系統(tǒng)提供一個(gè)穩(wěn)定電壓，用以驅(qū)動(dòng)AGV小車；它包括充電端子、電池管理系統(tǒng)、鋰離子電容器模組、穩(wěn)壓電源、放電接口、AGV制動(dòng)板以及制動(dòng)電阻。

2.2AGV系統(tǒng)

AGV系統(tǒng)即一種采用電磁導(dǎo)航的方式確定自動(dòng)運(yùn)行路徑且具有一定運(yùn)載能力的AGV小車，該系統(tǒng)不包含蓄電池。

2.3接收裝置

接收裝置內(nèi)置一種磁耦合諧振接收線圈，它能通過(guò)磁耦合方式接收電能；與之相對(duì)應(yīng)的是磁耦合諧振發(fā)射線圈，其埋置于AGV小車預(yù)設(shè)軌道下，當(dāng)AGV小車駛進(jìn)無(wú)線電能傳遞范圍內(nèi)，發(fā)射線圈可將電能通過(guò)磁耦合方式無(wú)線傳遞至接收裝置。

03 |AGV無(wú)線充電裝置工作原理

AGV小車無(wú)線充電裝置設(shè)計(jì)有三個(gè)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：

3.1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(tǒng)、鋰離子電容器模組和穩(wěn)壓電源組成；在供電閉合回路中，鋰離子電容器模組與穩(wěn)壓電源組成一個(gè)蓄電池，該蓄電池通過(guò)放電接口為AGV小車供電，并且提供一個(gè)24V或者48V的穩(wěn)定電壓以此驅(qū)動(dòng)AGV小車。

其中，鋰離子電容器模組是由若干個(gè)可充電鋰離子電容器單體首位串聯(lián)并矩陣排列組成,當(dāng)電池管理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到蓄電池電壓不足時(shí)，則由充電閉合回路對(duì)其進(jìn)行無(wú)線充電。

3.2充電閉合回路組成及工作原理

充電閉合回路由無(wú)線充電接收裝置、充電端子、電池管理系統(tǒng)及鋰離子電容器模組組成；當(dāng)電池管理系統(tǒng)監(jiān)測(cè)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(wú)線充電接收裝置將通過(guò)充電端子開(kāi)始對(duì)鋰離子電容器模組進(jìn)行充電；其中，接收裝置內(nèi)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(tǒng)的作用是能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)鋰離子電容器模組的電壓狀態(tài)，并與接收裝置中的電壓進(jìn)行比較，如低于接收電壓，系統(tǒng)將根據(jù)電壓差值調(diào)整充電電流大小，開(kāi)始快速充電，當(dāng)電壓相等或AGV小車駛離無(wú)線電能接收范圍，充電結(jié)束。

3.3放電閉合回路組成及工作原理

放電閉合回路由穩(wěn)壓電源、AGV制動(dòng)板以及制動(dòng)電阻組成；當(dāng)AGV小車因制動(dòng)而產(chǎn)生多余電能，會(huì)造成穩(wěn)壓電源電壓過(guò)高，為避免燒壞電路器件，可將過(guò)剩電能通過(guò)制動(dòng)電阻轉(zhuǎn)換為熱能消耗掉。

04 |無(wú)線供電系統(tǒng)選擇及原理分析

無(wú)線電能傳輸技術(shù)，其工作原理是利用電場(chǎng)和磁場(chǎng)間的耦合傳遞電能，即通過(guò)非接觸式的電磁耦合方式將電能從供電環(huán)節(jié)傳遞至用電設(shè)備；這類無(wú)線電能傳輸設(shè)備體積小巧、制造成本低、操作方便、設(shè)備磨損率低、應(yīng)用范圍廣。

由于這種無(wú)線電能傳遞方式中用電設(shè)備與充電器之間是以磁場(chǎng)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(méi)有帶電接點(diǎn)外露，所以不會(huì)產(chǎn)生接觸式火花，在工業(yè)應(yīng)用中，這類供電方式自然更為安全可靠。

當(dāng)前工業(yè)應(yīng)用中，無(wú)線電能傳輸技術(shù)最常用的三種方式就是電磁感應(yīng)式、微波輻射式和磁耦合諧振式，將這三種無(wú)線電能傳輸技術(shù)簡(jiǎn)單介紹如下。

（1）電磁感應(yīng)式無(wú)線電能傳輸技術(shù)是利用電磁感應(yīng)原理，可以通過(guò)控制松耦合變壓器的交變電流的方式去發(fā)射和接收電能，以此實(shí)現(xiàn)電能傳遞。當(dāng)設(shè)備接收到交變電流后再經(jīng)過(guò)直流穩(wěn)壓電源就可以得到設(shè)備需要的直流電壓，當(dāng)前電磁感應(yīng)式無(wú)線充電技術(shù)主要應(yīng)用在各類小家電產(chǎn)品中，例如手機(jī)、平板電腦、掃地機(jī)器人等家用電子產(chǎn)品，電磁感應(yīng)式電能傳輸技術(shù)更實(shí)用與小功率設(shè)備的無(wú)線充電。

（2）微波輻射式無(wú)線電能傳輸技術(shù)主要利用微波的波長(zhǎng)短在空氣中傳遞性強(qiáng)的特點(diǎn)進(jìn)行能量傳輸，即利用微波替代電流、空氣替代導(dǎo)線以此實(shí)現(xiàn)能量傳輸。但這種方式對(duì)障礙物的穿透力很弱，并且會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁輻射，對(duì)人體產(chǎn)生傷害，主要應(yīng)用于宇宙空間站、信號(hào)衛(wèi)星與大地之間的電能傳輸。

（3）磁耦合諧振式電能傳輸技術(shù)是以電磁場(chǎng)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(lái)實(shí)現(xiàn)電能的傳遞，即特定頻率的電能信號(hào)通過(guò)發(fā)射線圈和接收線圈后將產(chǎn)生諧振從而進(jìn)一步產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。目前，我國(guó)應(yīng)用最普遍的大功率無(wú)線供電均采用磁耦合諧振式，大部分電動(dòng)汽車充電均采用這種方式，技術(shù)成熟，應(yīng)用范圍廣。

經(jīng)過(guò)比對(duì)，本設(shè)計(jì)選用磁耦合諧振式無(wú)線供電方式，原理圖見(jiàn)圖2，其優(yōu)勢(shì)在于電磁干擾抗性高且輻射小，發(fā)射和接受線圈對(duì)準(zhǔn)精度要求不高，且無(wú)線電能傳遞距離較大，穩(wěn)定性和安全性高；另外，無(wú)線發(fā)射線圈鋪設(shè)在AGV小車軌道中，無(wú)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(wú)線電能傳輸技術(shù)可使AGV在不停車的前提下快速充電，提高工作效率。

圖2磁耦合諧振式無(wú)線電能傳輸技術(shù)原理圖

05 |總結(jié)

在本設(shè)計(jì)中，磁耦合諧振發(fā)射線圈一端埋置于AGV小車預(yù)設(shè)軌道下，另一端內(nèi)置與接收裝置內(nèi)；當(dāng)AGV小車行駛進(jìn)入預(yù)設(shè)軌道，達(dá)到磁耦合諧振發(fā)射線圈區(qū)域內(nèi)時(shí)，由于電池管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鋰離子電容器模組的電壓狀態(tài)，如發(fā)現(xiàn)其電壓低于接收端電壓，則根據(jù)電壓差以及磁耦合諧振線圈的區(qū)域范圍來(lái)調(diào)節(jié)電流，并對(duì)鋰離子電容器模組進(jìn)行快速充電，當(dāng)兩端電壓相等時(shí)，通過(guò)充電端子對(duì)鋰離子電容器模組進(jìn)行恒壓充電直至充滿，當(dāng)AGV小車駛離發(fā)射區(qū)域，磁耦合諧振線圈將自動(dòng)斷開(kāi)連接，充電結(jié)束。

實(shí)踐證明，本設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)AGV小車在不停車的前提下快速充電，小車連續(xù)處在生產(chǎn)過(guò)程，工作效率得到提升，且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、充電定位準(zhǔn)確，無(wú)接觸式火花，生產(chǎn)過(guò)程安全可靠，該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)且效果良好。