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多方位解读AGV机器人充电技术

发布时间: 2020-06-08 09:06:08 来源:移动机器人产业联盟

核心提示: AGV一般是由电池作为储能载体。过去,能够被AGV使用的电池种类有铅酸/纯铅、镍氢、镉镍、锂离子电池。不过出于安全性的考虑,大部分AGV产品使用的都是铅酸蓄电池,AGV的续航能力也因此十分有限。

文/新战略机器人全媒体 黄满婷

AGV充电方式的四种形式

AGV一般是由电池作为储能载体。过去,能够被AGV使用的电池种类有铅酸/纯铅、镍氢、镉镍、锂离子电池。不过出于安全性的考虑,大部分AGV产品使用的都是铅酸蓄电池,AGV的续航能力也因此十分有限。

随着储能技术的成熟,超级电容在AGV上的应用逐步推广。电容最大的特性是“物理线性放电”,充电效率高,使用寿命长。由于成本较高及容量因素限制,一般会与电池进行配套使用。

近年来,磷酸铁锂和三元电池因体积小、续航高正在不断取代传统的铅酸电池。因此,现阶段主流应用在AGV上的是以磷酸铁锂、三元电池等组成的车载蓄电池组。AGV小车在运行过程中的所有能耗均由这些车载蓄电池组提供,常采用24V或48V直流工业蓄电池电能为动力。运行时,蓄电池组电压会逐渐降低,电池储存的电能逐渐减少,因此,在循环运行过程中需要补充电能。

在尚且不能大幅提高电池容量下,AGV的充电方式正在不断革新,成为AGV长时间续航工作的关键,也成为AGV高效率作业的关键。当前,AGV的充电方式主要分为换电池充电、手动充电、自动充电及无线充电四种形式:

换电池充电:当AGV电力不足时,由专职人员手动更换电池组,AGV即可投入使用。换下的电池组通过充电后待用。其特点是简单快捷,但要专人看管,需多一倍的电池组,浪费人力财力,方式原始。常用于对工作响应的及时性要求较高、车不足的场合。

手动充电:当AGV电力不足时,由地面控制中心指挥,驶向指定充电区或台位,由专职人员手动完成AGV与充电器之间的电器连接,然后实施充电,完成后也是人工去脱离连接电路,恢复工作状态。手动充电AGV的特点是安全可靠,简单易行,但需要专人看管,浪费人力,而且自动化程度降低。常用于自动化程度要求不是很高,车少人多,标准工作制的场合,如白天上班8 小时使用AGV,下班休息时让AGV充电,适用于酸性常规电池。

自动充电:自动充电分为自动在线充电自动离线充电两种方式,自动在线充电即AGV小车在日常任务实施中依据生产制造节奏,使用时间间隔,根据操作系统自行挑选电池充电。这种方式很大程度的增加了使用率,现阶段尤其是伴随锂电池的使用,很多的客户挑选这类电池充电方法。要指出的是,在线极速充电目前有两种,一类是侧边电池充电,另一类是充电电极朝下地面电池充电,地面快充的优势是不容易影响附近装配工人,缺点则要挖管沟、排线,重新修改则繁杂一些;而侧边充电恰好相反,它具有协调能力,出故障便捷排查、更换电池充电位置,具有更好的协调能力。自动离线充电则是在AGV小车日常任务完成后,或是要相隔一段时间才有新日常任务时,待机之时会全自动挑选充电直到充满;在物流运输工作中节奏迟缓、工作量并不大的环境下,这类方法使用的尤其多。

无线充电: 值得注意的是,随着AGV智能化水平越来越高,越来越多无线充电产品被应用在各个品类的AGV中。AGV无线充电最大的优势在于无裸露电极,充电更安全,无需精确对准,充电成功率更高。这类充电方式常用于满足更多柔性化场景自主移动机器人上。

 

快速发展——AGV充电技术的不断革新

AGV充电技术正处在不断创新的阶段,致力于AGV充电技术的企业也迎来百花齐放的时期。新充电方式的出现也并不意味着传统充电方式要被淘汰,各种充电方式适配的AGV和应用场景各不相同,AGV充电解决方案商们通过不同选型的AGV为厂商提供最佳充电方式,AGV厂商则通过后台调度系统根据需要充电的AGV数量选择充电方式,当需要充电的AGV数量大于设定值时,采用优先级的调度方式。

企业

相关产品

特点

史陶比尔

CombiTac模块化连接器系统、充电连接器、大容差充电连接器。

凭借MULTILAM技术,充电连接方案具有更低的接触电阻,更大的额定电流,高抗振和抗冲击性,使用寿命更长。

法勒移动供电

接触式刷板刷块FTS系列及非接触式充电系统F07。

配置有CANopen通讯功能,可以通过CANopen接口向AGV上的PLC传输状态信息和输出参数信息做到自主监控。

瑞典Micropower

高频充电机,三元锂电池整体解决方案等。

专注于高频充电机,每年向包括AGV客户在内的厂商提供超50万台充电机。

柏壹科技

无线充电芯片和无线充电方案。

将国内罕有且较成熟的大功率技术,应用到了AGV无线充电芯片与一站式系统集成解决方案上。

青岛鲁渝能源

 

多系列无线充电产品。

具有输出电流大(最大200A),接收端体积小、低压大电流输出、效率高等特点。

太行佳信电气

电池系统、充电对接装置、电池管理系统、电池维护系统等。

使用寿命长达15年,为国内外多家AGV厂商及用户提供智能充电站近千台,运行现场上百个。相关产品均已通过CE、UL、PSB等认证。

前卫无线

标准式无线供电系统及轨道式无线供电系统等。

开发轨道式无线供电系统,用于替代传统滑触线或蓄电池供电模式,实现了电网与用电设备的电气隔离,可实现设备终身免维护运行。

广东泰坦智能

AGV锂电池充电机、磷酸铁锂电池、刷版、刷快、侧充机构、CANWIFI2模块等。

AGV整体充电解决方案通过将集成设计方法结合到AGV能源部分的黑匣子中,打造一体化的动力解决方案。

科奥信

适用多种AGV电池的智能充电装置

远程监控设置、N+1冗余技术、一对多同时充电。

东方阳泰

充电桩、充电机、电池测试系统。

带动力电池和电芯综合测试、维护、筛选系统。

湖北英特利

工业等离子加热电源

工业AGV用充电机

表:AGV充电技术品牌商(本表粗略统计,如有未完善之处,请指正!)

 

PARTI  AGV充电机迎来变革

充电机充电作为AGV主流充电方式,也越来越向智能化发展。无论是提高效率还是调整与AGV适配度,企业在AGV充电机上做出更多创新性的解决方案来适应AGV的蓬勃发展。

 

太行佳信:为AGV企业提供超4000套充电机

新乡市太行佳信电气技术有限公司成立于2003年,是国家高新技术企业,也是“蛟龙”号和“深海勇士”号载人潜水器的参研

参试单位。太行佳信是最早一批为AGV厂商提供充电解决方案的企业之一,到目前为止,太行佳信已为AGV制造商和AGV系统用户提供过4000台套公司生产的AGV智能充电机等产品。 截止2019年底的不完全统计,仍在运行且使用寿命超过十五年的太行佳信AGV智能充电机有50多台。

1998年,太行佳信技术团队主要成员率先在国内实现AGV智能充电站国产化开发与设计, 为AGV提供电源系统全面解决方案。太行佳信成立以来,不断进行产品的开发与升级,针对不同类型的蓄电池,可编程多种充电模式,满足各类蓄电池的充电要求。充电机与蓄电池及AGV系统可采用开关量无源点、RS485总线、无线通信等多种通讯模式,实时记录充电机的状态及各项参数,供用户查询。

目前,太行佳信产品覆盖AGV用各类蓄电池组及电池管理系统、智能快速充电站、蓄电池活化装置、各类充电器、容量表、充电对接装置、车载DC/DC变换器、车载DC/AC逆变器等产品。为国内外多家AGV厂商及用户提供智能充电站上千台,运行现场超过两百个。

据悉,公司的智能充电机等相关产品已经通过了CE、UL、PSB等相关认证,而其海外业务也早已经遍布台湾地区、欧洲、北美、南美、中东及东南亚等地区,为国内外AGV制造商和AGV系统用户提供AGV电源系统的一体化解决方案。

 

泰坦智能:一体化充电方案成AGV能源系统趋势

广东泰坦智能动力有限公司是中国泰坦能源技术集团旗下的子公司,是一家专注于为新能源工业车辆提供专业的整体能源解决方案及后台数据服务的高科技企业。作为国内知名的AGV充电解决方案企业,泰坦智能不但依托泰坦集团雄厚的研发技术实力,先后推出了不同型号与应用的个性化定制产品。更重要的是,公司一直本着 “用户第一,客户至上,服务为本”的企业精神,以领先的技术,优质的服务,不断为AG行业的进步作贡献。

基于对国产AGV多样化需求的洞察,泰坦智能先后推出了大功率高频智能锂电充电机系列、铅酸智能充电机系列、侧充一体充电机系列、动力电池、BMS、无线数据交换单元,为AGV提供充电、动力电池、充电接口和后台数据管理的整体解决方案。

其中,泰坦智能自主研发AGV充电机型整体充电解决方案是通过将集成设计方法结合到AGV能源部分的黑匣子中,打造一体化的动力解决方案。这样,什么时候该充电、怎么充、有没有充满、电池怎么维护都通过智能化管理系统与优化设计整合来实现,此外泰坦智能还充分考虑了多场景多目标容量与结构优化的设计方法,在适应性、经济性、技术性、可靠性方面都得到AGV本体厂商的认可。

据悉,目前该产品已为国内众多AGV头部多家公司供货,部分产品已出口到欧美和亚洲太平洋地区,市场占有率高速增长。

 

瑞典Micropower集团:全球AGV高频充电机专家

瑞典Micropower集团成立于1984年,是一家拥有近40年经验的工业用户充电机、锂电池整体解决方案的专业制造商,其总部位于瑞典韦克舍(Vaxjo),自2012年开始正式进军中国市场,并先后在美、德、中等国纷纷设立起子公司。尤其是AGV应用较为成熟的欧洲市场是最为知名的供电解决方案商之一。

Micropower专注于高频充电机,Micropower所生产的充电机外形紧凑小巧,安装简单。比同类充电机更为轻便,覆盖3kW~40 kW功率区间。充电机不仅可以通过I/O卡、CAN通信等方式实现AGV在线充电时的信号传输,同时内置无线通信组网和NFC功能,可以在最短时间内用最简单的方法设置或管理充电机。且充电机内置多条充电曲线,可根据不同电池类型做出完美的匹配。除常规的铅酸电池,锂电池,也可以为镍铬电池甚至超级电容充电,并且可以根据客户技术要求为其定制充电曲线。

在功率配置不足够的电网环境下,采用自带的DPL动态分配功率功能,不仅能保证多台充电机同时工作,而且无需人工操作即可在最快的时间内充满整个车队的电池。在一些极端气温条件下,通过温度补偿的方式也能优化铅酸电池的使用。

Micropower AGV充电机除标准充电模式,还支持机会充电和快速充电。使AGV实现不间断作业的同时凭借自身超低故障率,真正实现了产线的自动化高效运作。据悉,Micropower的产品通过CE及UL双重认证,在AGV领域成功应用于汽车及零部件、烟草、化工等行业,每年向包括AGV客户在内的厂商提供超50万台充电机。

 

PART 2 快充方式的多样化选择

为取得最佳利益,如何让AGV充电技术在能适应更多场景又不损伤储能载体的同时快速为AGV充电,保证其高利用率,成为不少AGV厂商对充电方式选择的新要求。国外充电方案解决商凭借先进的充电技术迅速扎根本土,响应这一需求。

法勒自动化: 接触与非接触,快充二选一

总部位于德国北威州卡门的法勒集团是一个覆盖全球业务的家族企业,其供电产品线一直保持着与时俱进创新速度。而近年来,法勒也在大力进军AGV 市场,并专注于研发适用于AGV的高品质充电解决方案,如何在不损害能源系统的情况下为AGV小车快速充电从而提高效率,是法勒集团面向AGV时考虑的重点问题。

法勒集团的接触式充电系统vCONTACTS的出现正是立足于这个出发点。接触式充电系统组成的电池充电站可以安装在工业生产过程中允许AGV暂停的任意地方,刷板安装在地面上,或者用支架侧装在AGV运行轨道的旁边,刷块则安装于车辆上。一旦AGV行驶到充电位,使得刷块和刷板接触,就会对AGV进行充电。板上的滑入/滑出斜面能够帮助刷块平稳的驶入或驶出,安装在刷块上的毛刷可以扫除刷板上的残留物, 允许误差范围在+2mm左右。

此外,为解决不同AGV厂商的需求,法勒还推出专为AGV电池充电应用开发的非接触式供电系统vPOWER-F075系列,该系列产品包含取电器F075和整流器RE075两个部分,输出电压24V,可提供最大31.25A的充电电流为电池充电,整流器RE075配置有CANopen通讯功能,可以通过CANopen接口向AGV上的PLC传输状态信息和输出参数信息做到自主监控,实现了AGV自主充电的无人化管理。

不但如此,享有全球高品质服务供电解决方案商美誉的法勒集团还提供AGV小车充电解决方案定制服务。虽是新入局的AGV充电方案解决商,但法勒的百年招牌和技术实力为其赢得一大批AGV业内本体厂商的青睐。

 

史陶比尔: AGV高效充电三大制胜武器

作为全球知名的电气连接专家,史陶比尔依托在电连接领域50多年的经验积累,相比市场上一些充电连接存在发热量大,易松动,充电寿命短,容差能力弱等问题,凭借MULTILAM技术,史陶比尔的充电连接方案具有更低的接触电阻,更大的额定电流,高抗振和抗冲击性,使用寿命更长。

史陶比尔面向AGV行业推出了多系列的创新型充电解决方案,满足从小型仓储到大型港口AGV的不同充电需求。目前,史陶比尔集团面向AGV行业主要有以下三大产品:

其一是CombiTac模块化连接器系统。CombiTac采用模块化设计将各种连接类型集成在一个紧凑型框架中。得益于久经考验的MULTILAM技术,CombiTac可实现高达100,000次插拔寿命和400A的额定电流,具有连接高效稳定,接触电阻低,抗冲击性和抗震性好特点,其模块化结构也更易于再配置和维护。据悉,目前国内多家知名仓储AGV企业已经采用CombiTac作为充电解决方案。


 其二是大容差充电连接器。大容差充电连接器是基于CombiTac而设计开发的产品,除了拥有与CombiTac相配合的特性外,其最主要额作用在于容差设计(±15mm,±5°)可以覆盖AGV主流导航方式的定位精度。

其三是QCC快速充电连接器。QCC是史陶比尔为特别为港口等AGV量身定制的自动、稳定和高效的创新型快速充电系统。它有如下特点:通流能力强,额定电流800A;安全防护高,插合和未插合状态下,防护等级分别可达到IP55和IP2X;寿命周期长,具有100,000次插拔;功能丰富,拥有多种工作模式且配有备用电源。目前,在新加坡港、汉堡港和美国长滩港,史陶比尔QCC均已得到广泛应用。

 

PART 3  无线充电悄然崛起

过去,无线充电技术一般都应用在功率比较小的手机、可穿戴设备等消费电子领域,应用在AGV无线充电系统的技术难度非常大。近年来,越来越多公司突破这一技术壁垒,将无线充电应用到了小至仓储大致叉车的AGV各个领域。


青岛鲁渝能源:无线充电的AGV行业应用

青岛鲁渝能源科技有限公司是国内最早从事无线电能传输技术研究的团队之一,也是最早将无线充电产品应用到AGV行业的充电解决方案商之一。目前,公司在无线充电领域已累计申请80余项专利,成功实现了多领域AGV的应用。

过去,市场上普遍将无线充电技术只应用在功率比较小的消费电子领域,而应用在AGV无线充电系统实现高效率、小体积的技术难度非常大。鲁渝能源通过多年来累计研发出一整套成熟稳定的AGV无线充电解决方案,该方案突破了无线充电技术在AGV行业应用的的瓶颈,具有输出电流大(最大200A),接收端体积小、低压大电流输出、效率高等特点。

据技术人员介绍,青岛鲁渝能源的AGV无线充电是利用磁场耦合谐振原理,系统由发射端、发射线圈、接收端、接受线圈这四部分组成。接收端和接受线圈安装在AGV内部,发射端和发射线圈集成为一个无线充电机。当配置有接收端和接受线圈的AGV向无线充电机靠近并两线圈相对即可自动充电。从而实现高效率能量传输,无需插拔、无需接触、靠近即可对AGV进行电能传输。

鲁渝能源的AGV无线充电解决方案,颠覆了传统叉车AGV充电方式,大大节约了人工检修维护的成本。可以实现AGV充电过程安全可靠,大电流充电时无电火花,安全不漏电。AGV可随停随充随走,高效利用碎片化时间进行充电,大大提高了AGV的作业效率。

 

柏壹科技:无线充电芯片的模组化进程

柏壹新能源科技(深圳)有限公司成立于2018年,是万利加集团全资控股子公司。柏壹科技的主创人员由澳大利亚、美国及英国海归博士、硕士及资深的科研精英构成。掌握近百项无线充电领域核心专利,将国内罕有且较成熟的大功率技术,应用到了AGV无线充电芯片与一站式系统集成解决方案上,并推动AGV无线充电模组化的进程。

柏壹公司的主营产品除了无线充电芯片和无线充电方案设计外,还包括提供无线发射器、无线接收器、移动电源、车载无线充以及大功率无线充电解决方案、自主品牌制造方案等。据悉,目前柏壹科技所研发的针对移动机器人的无线供电产品有以下三个优势:

首先,更智能化。柏壹科技的无线供电产品借助了时下物联网化与大数据的概念,将客户端不能检测到的问题,通过技术链接,将所有的数据收集反馈,对问题做出及时的预测防范。

其次,更高效率。柏壹科技曾专门对AGV行业无线供电做出测试与调研,结果显示,柏壹科技的无线供电产品可连续供电300小时,不但有效避免了AGV小车的断充短板,其效率也超过行业平均水平的百分之五到七。

最后,更标准化。柏壹科技自踏入AGV行业以来,便专注于将AGV无线充电向标准化、系列化与模块化的定位研发,为客户的安装与使用带来更大的便利。据悉,目前该公司已与国内外各大AGV厂商合作无线充电技术,提供十瓦~千瓦级的转轮功率、10公分转轮距离,其效率约90%左右的无线充电模组。


前卫无线:无线供电系统已分化出轨道式

重庆前卫无线电能传输研究院有限公司是AGV充电解决方案商新晋企业之一,核心研发人员长期从事无线电能传输技术的基础理论研究和实际应用开发工作。目前,公司技术及产品已经推广应用到军工、物流、电动汽车、石油钻探、消费电子及工业生产线等领域。

前卫无线研发的AGV无线充电系统产品系列齐全,除了标准产品外,在不断的探索行业痛点,精进充电技术后,前卫无线最终将自主研发的轨道式无线充供电系统推向AGV各个细分领域。轨道式无线供电系统用于替代传统滑触线或蓄电池供电模式,实现了电网与用电设备的电气隔离,主要解决设备的用电安全与用电的灵活性问题,避免了用电设备端的磨损、积碳、打火等问题,可实现设备终身免维护运行。

相较于其他无线充电产品而言,前卫的轨道式无线充电系统有以下三大特色:

其一使用便捷:系统整机模块化设计,可提供定制服务,安装维护更加便捷。CAN等通讯模式,便于远程监测及控制。

其二传输通畅:原边供电功率可达30kW,轨道长度可达200米;最多可为15个接收模块同时供电。此外,轨道式无线能量传输距离可达3cm。

其三电力充沛:宽范围电压DC28V~DC60V输出,电压纹波<1%;支持RS485。稳定的带载能力,可承受5倍的额定负载冲击。

目前,轨道式无线供电系统已被验证非常适用快递、物流分拣系统、定轨迹自动搬运车的移动充供电、无尘车间物料运输车或流水线供电、室外应用移动设备在线供电等AGV应用场景。


未来,AGV充电会以何种趋势发展?

第一,智能控制: 如今的AGV充电技术的智能化程度不能够说是完善,在一些AGV设备上并没有太大效果。为了适应各个行业,AGV的充电方式还需改良智能控制的方式,减少人工干预风险。

第二,提高效率: 近年来除了在线充电的不断发展提高了AGV工作效率外,随着AGV的多样化进程,一些AGV企业的无线充电技术已经向标准化、系列化与模块化的定位研发,为AGV的安装与使用带来更大的便利。

第三,联网信息交互:现如今AGV机器人越来越强调互联网+的通讯时代,越来越多供电产品借助时下物联网化与大数据的概念,将客户端不能检测到的电能问题,通过技术链接,将数据收集反馈,对问题做出及时的预测防范。


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