本文分享一篇為優(yōu)化AGV小車充電模式，設(shè)計的一種無線充電裝置，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(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(tǒng)及鋰離子電容器模組組成，為當(dāng)穩(wěn)壓電源補充電能；放電閉合回路由穩(wěn)壓電源、AGV制動板以及制動電阻組成，可消耗過剩電能。

本設(shè)計選擇磁耦合諧振式電能傳輸技術(shù)，通過充電閉合回路實現(xiàn)AGV小車的無線快速充電，定位準(zhǔn)確、無接觸式火花、系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

01 |概述

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

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(fù)工作狀態(tài)。

自動充電則是通過系統(tǒng)總控發(fā)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(jù)工業(yè)應(yīng)用需要設(shè)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(chǎn)進度。又因為目前常用充電方式均采用接觸式充電，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。

02 |AGV無線充電裝置結(jié)構(gòu)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(tǒng)、接收裝置三部分組成，其結(jié)構(gòu)特點及功能如下：

圖1AGV無線充電裝置結(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)提供一個穩(wěn)定電壓，用以驅(qū)動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制動板以及制動電阻。

2.2AGV系統(tǒng)

AGV系統(tǒng)即一種采用電磁導(dǎo)航的方式確定自動運行路徑且具有一定運載能力的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，它能通過磁耦合方式接收電能；與之相對應(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小車駛進無線電能傳遞范圍內(nèi)，發(fā)射線圈可將電能通過磁耦合方式無線傳遞至接收裝置。

03 |AGV無線充電裝置工作原理

AGV小車無線充電裝置設(shè)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：

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(wěn)定電壓以此驅(qū)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(lián)并矩陣排列組成,當(dāng)電池管理系統(tǒng)監(jiān)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。

3.2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(tǒng)及鋰離子電容器模組組成；當(dāng)電池管理系統(tǒng)監(jiān)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(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監(jiān)測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，開始快速充電，當(dāng)電壓相等或AGV小車駛離無線電能接收范圍，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制動板以及制動電阻組成；當(dāng)AGV小車因制動而產(chǎn)生多余電能，會造成穩(wěn)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(zhuǎn)換為熱能消耗掉。

04 |無線供電系統(tǒng)選擇及原理分析

無線電能傳輸技術(shù)，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(huán)節(jié)傳遞至用電設(shè)備；這類無線電能傳輸設(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。

由于這種無線電能傳遞方式中用電設(shè)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(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，將這三種無線電能傳輸技術(shù)簡單介紹如下。

（1）電磁感應(yīng)式無線電能傳輸技術(shù)是利用電磁感應(yīng)原理，可以通過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，以此實現(xiàn)電能傳遞。當(dāng)設(shè)備接收到交變電流后再經(jīng)過直流穩(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、平板電腦、掃地機器人等家用電子產(chǎn)品，電磁感應(yīng)式電能傳輸技術(shù)更實用與小功率設(shè)備的無線充電。

（2）微波輻射式無線電能傳輸技術(shù)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(dǎo)線以此實現(xiàn)能量傳輸。但這種方式對障礙物的穿透力很弱，并且會產(chǎn)生較強的電磁輻射，對人體產(chǎn)生傷害，主要應(yīng)用于宇宙空間站、信號衛(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(xiàn)電能的傳遞，即特定頻率的電能信號通過發(fā)射線圈和接收線圈后將產(chǎn)生諧振從而進一步產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。目前，我國應(yīng)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(shù)成熟，應(yīng)用范圍廣。

經(jīng)過比對，本設(shè)計選用磁耦合諧振式無線供電方式，原理圖見圖2，其優(yōu)勢在于電磁干擾抗性高且輻射小，發(fā)射和接受線圈對準(zhǔn)精度要求不高，且無線電能傳遞距離較大，穩(wěn)定性和安全性高；另外，無線發(fā)射線圈鋪設(shè)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(shù)可使AGV在不停車的前提下快速充電，提高工作效率。

圖2磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)原理圖

05 |總結(jié)

在本設(shè)計中，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小車行駛進入預(yù)設(shè)軌道，達到磁耦合諧振發(fā)射線圈區(qū)域內(nèi)時，由于電池管理系統(tǒng)實時監(jiān)測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)域范圍來調(diào)節(jié)電流，并對鋰離子電容器模組進行快速充電，當(dāng)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(dāng)AGV小車駛離發(fā)射區(qū)域，磁耦合諧振線圈將自動斷開連接，充電結(jié)束。

實踐證明，本設(shè)計能夠?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)過程，工作效率得到提升，且系統(tǒng)運行穩(wěn)定、充電定位準(zhǔn)確，無接觸式火花，生產(chǎn)過程安全可靠，該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于企業(yè)生產(chǎn)且效果良好。