AGV智能充电站的设计及应用_自动化

1、毕业设计（论文） AGV 智能充电站的设计及应用智能充电站的设计及应用 二零一四年五月 编编 号号 摘摘 要要 AGV 是自动导引运输车（Automated Guided Vehicle）的英文缩写，是指装 备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护 以及各种移载功能的运输车。普遍应用于自动化物流系统，在物流系统中担负 平面运输设备的自动引导车，是物流系统的重要组成部分。 AGV 一般以电池 为动力，也有用非接触能量传输系统 CPS（Contactless Power System）为 动力的。目前对充电机等 AGV 能源供给系统的研究设计较少，另外当前新建 充电站普

2、遍实行无人值守或少人值守，这就要求充电机的可靠性及自动化程度 更高，功能更加完善，能够具有较高的免维护性。此次智能充电站在设计上为 保证设备常年连续运行的可靠性 ，CPU 设计采用西门子 S7220 CPU224XP PLC，HMI 设计采用步科 ET070 型号触摸屏作为人机交互界面，主整流器设计 采用了三相桥式全控整流电路，控制电路采用数字闭环控制触发电路，具有可 靠性高、三相平衡性好、相序自适应能力强等优点，同时具有自动限压恒流功 能、过压过流保护功能及软起动等功能。本文主要介绍了 AGV 智能充电站的 工作原理、功能简介、外围硬件电路设计及 PLC 控制方式等。 关键词：关键词：AGV

3、 智能充电站；PLC；自动化物流系统；HMI；三相桥式全控整 流电路 ABSTRACT AGV is homing transporter (Automated Guided Vehicle), is equipped with electromagnetic or optical automatic guiding device, such as Guided by the move to routes, which has the function of security protection and a variety of transfer truck. Widely used in

4、automatic logistics system, in the logistics system for horizontal transport equipment of automatic guided vehicle, is an important part of logistics system. AGV usually powered by batteries, also useful Contactless energy transmission System, the CPS (Contactless Power System) for Power. At present

5、 the study of AGV energy supply system such as charger design is less, in addition the current new charging stations commonly practiced unattended or less unattended, this requires the reliability of the charger and higher degree of automation, functions more perfect, can have higher free maintenanc

6、e. The intelligent charging station in the design to ensure the reliability of continuous running, all the year round CPU224XP CPU design USES Siemens S7- 220 PLC, HMI design USES step ET070 model touch screen as human-computer interaction interface, the main rectifier design USES three-phase bridge

7、 type all control the rectifier circuit, control circuit adopts digital closed-loop control trigger circuit with high reliability and good three-phase balance and phase sequence adaptive ability, also has the function of automatic pressure limiting constant current, over-voltage over- current protec

8、tion function and the function such as soft start. This article mainly introduces the working principle, function of AGV intelligent charging station introduction, peripheral hardware circuit design and PLC control mode, etc. Keywords: AGV intelligent charging station PLC automatic logistics system

9、HMI three-phase bridge type all control the rectifier circuit 目目 录录 摘 要.I 目 录.I 第 1 章 绪论 .1 1.1 研究的背景及意义 .1 1.2 动力电池特性分析 .1 1.2.1 铅酸电池 .2 1.2.2 镉镍电池 .2 1.2.3 锂电池.3 第 2 章 充电方式 .5 2.1 恒流充电法 .5 2.2 恒压充电法 .5 2.3 涓流充电法 .6 2.4 阶段充电法 .6 2.4.1、二阶段充电法.6 2.4.2、三阶段充电法.6 2.5 充电控制 .6 2.5.1、最高电压控制法.6 2.5.2、定时控制法.

10、7 2.5.3、最小电流控制法.7 2.5.4、容量控制法.7 第 3 章 充电机功能 .9 3.1 快速充电模式 .9 3.2 快速充电模式 .10 3.3 活化模式 .10 3.4 放电模式 .11 3.5 故障显示 .12 3.6 万年历 .13 3.7 故障查询 .13 3.8 历史记录查询 .14 3.9 上位机接点信号图 .15 第 4 章 充电机回路 .17 第 4 章充电机回路 .17 4.1 充电机主回路 .17 4.1.1、整流部分.17 4.1.2、整流-逆变电路.18 4.2 充电机控制变量 .19 4.2.1 AGV 智能充电站工作的 PLC 控制方式.19 4.2.

11、1、充电电流、充电电压采集 带程序.19 第 5 章充电机控制回路 .21 5.1 快充、均充、放电、活化终止判断以快充为例 .21 5.2 智能充电控制流程以快充为例 .23 第 6 章 总结与展望 .25 6.1 全文总结 .25 6.2 课题展望 .25 参考文献 .26 致 谢 .27 附 录一 .28 第第 1 1 章章 绪论绪论 1.1 研究的背景及意义研究的背景及意义 AGV 是自动导引运输车（Automated Guided Vehicle）的英文缩写。是指装备 有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及 各种移载功能的运输车，AGV 一般以电池为动

12、力，也有用非接触能量传输系统 CPS（Contactless Power System）为动力的。目前对充电机等 AGV 能源供给 系统的研究设计较少，另外当前新建充电站普遍实行无人值守或少人值守，这就 要求充电机的可靠性及自动化程度更高，功能更加完善，能够具有较高的免维护 性。本文主要讨论介绍了 AGV 智能充电站的工作原理，工作模式，相应外围硬 件电路设计及 PLC 控制方式等。以电池为动力的传统 AGV 与物料输送中常用的 其他设备相比，AGV 的活动区域无需铺设轨道、支座架等固定装置，不受场地、 道路和空间的限制。因此，在自动化物流系统中，最能充分地体现其自动性和柔 性，实现高效、经济

13、、灵活的无人化生产，不仅降低人力成本、提高效率，还可 以使工作环境更加安全。 随着国民经济的快速发展，自动化物流系统开始在烟草、化工、家电、医院、 汽车等行业得到应用和推广，在物流系统中担负平面运输设备的自动引导车 AGV（Automated guidede vechides）是物流系统的重要组成部分，它采用大容量 可快速充电的蓄电池作动力，要求有一个智能充电及管理系统，对蓄电池进行运 行参数控制，快速充电、活化充放电及定位控制，同时保持与中心控制室和 AGV 车辆的通信。国内以昆船集团为首研制的自动引导车，成功运行在红河卷烟厂、 海尔国际自动化物流系统、淮阴卷烟厂、南京卷烟厂等。对提高企业整

14、体自动化 水平和生产效率起到了很好的作用。 自动引导车原配置的镉镍蓄电池及充电站均采用进口设备，在维护和保养上 具有一定不便，现在选用国营第七五五厂生产的镉镍蓄电池，通过一个时期的实 际运行比较，发现国产电池在性能上优于进口电池，主要表现为 AGV 自动引导 车的运行时间延长，原运行 1 小时左右（即放出 10容量）即返回充电站进行充 电，现在运行时间超过 1 个半小时，由此可见国产蓄电池在放电特性上优于进口 电池。 1.2 动力电池特性分析动力电池特性分析 动力电池是电动汽车的主要能量载体和动力来源，也是电动汽车整车成本的 主要组成部分，其寿命直接影响电动汽车的使用成本。电动汽车对电池的基本

15、要 求可以归纳为以下几点： (l)高能量密度； (2)高功率密度； (3)较长的循环寿命； (4)较好的充放电性能； (5)电池一致性好； (6)价格较低； (7)使用维护方便； 1.2.1 铅酸电池铅酸电池 铅酸电池已有 100 多年的历史，广泛用作内燃机汽车的起动动力源，也是成 熟的电动汽车蓄电池。传统铅酸电池可靠性好、价格便宜。但它有两大缺点：一 是比能量低，所占的质量和体积太大，且一次充电行驶里程较短;二是使用寿命短， 使用成本过高。阀控密封铅酸蓄电池的出现以及广泛应用是铅酸蓄电池性能改进 的重要体现。它具有体积小、重量轻、自放电小、维护少、寿命长、使用方便、 无记忆效应、对环境无腐蚀

16、、无污染等优良特性，与传统铅酸蓄电池相比，在使 用、维护和管理上有着明显的优势。这种电池以铅作负极，二氧化铅作正极，用 硫酸做电解液。电池的单体额定电压为 2V 以中等放电率放电时截至电压为 1.75V，以极高放电率放电时截至电压可取为 1V。 关于维护：铅酸电池可以实现免维护。 1.2.2 镉镍电池镉镍电池 镍镉电池可重复 500 次以上的充放电，经济耐用。其内部抵制力小，既内阻 很小，可快速充电，又可为负载提供大电流，而且放电时电压变化很小，是一种 非常理想的直流供电电池。镍镉电池可重复 500 次以上的充放电，经济耐用。其 内部抵制力小，既内阻很小，可快速充电，又可为负载提供大电流，而且

17、放电时 电压变化很小，是一种非常理想的直流供电电池。与其它类型的电池比较，镍镉 电池可耐过充电或过放电。镍镉电池的放电电压根据其放电装置有所差异，每个 单元电池(Cell)大约是 1.2V，电池容量单位为 Ah(安时)、mAh(毫安时)，放电终止 电压的极限值称为”放电终止电压” ，镍镉电池的放电终止电压 1.0/cell(cell 为每 一单元电池)。自放电率低，镍镉电池在长时间放置的情况下，特性也不会劣化， 充分充电后可完全恢复原来的特性，它可在20+60的温度范围内使用。 关于维护：1、在长时间的放置后，使用前必须深度充放电之后再使用。电 池有记忆效应，最好是使用一个月或 30 个循环就

18、对电池进行深放电。 1.2.3 锂电池锂电池 锂电池指电化学有锂（包括金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物）的最基本 电化学单位。锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不 含有金属态的锂，并且是可以充电的。锂电池芯过充到电压高 4.2V 后，会开始 产生副作用。过充电压愈高，危险性也跟着愈高。锂电芯电压 高于 4.2V 后，正 极材料内剩下的锂原子数量不到一半，此时储存格常会垮掉，让电池容量产生永 久性的下降。如果继续充电，由于负极的储存格已经装满了锂原子，后续的锂金 属会堆积于负极材料表面。这些锂原子会由负极表面往锂离子来的方向长出树枝 状结晶。这些锂金属结晶会穿过隔膜纸，使正

19、负极短路。有时在短路发生前电池 就先爆炸，这是因为在过充过程，电解液等材料会裂解产生气体，使得电池外壳 或压力阀鼓涨破 裂，让氧气进去与堆积在负极表面的锂原子反应，进而爆炸。 因此，锂电池充电时，一定要设定电压上限，才可以同时兼顾到电池的寿命、容 量、和安全性。最理想的充电电压上限为 4.2V。锂电芯放电时也要有电压下限。 当电芯电压低于 2.4V 时，部分材料会开始被破坏。又由于电池会自放电，放愈 久电压会愈低，因此，放电时最好不要放到 2.4V 才停止。锂电池从 3.0V 放电到 2.4V 这段期间，所释放的能量只占电池容量的 3%左右。因此，3.0V 是一个理想 的放电截止电压。 关于维

20、护：最好使用浅充浅放的方式使用。 绪论应说明本课题的意义、目的、研究范围及要达到的技术要求；简述本课 题在国内外的发展概况及存在的问题；说明本课题的指导思想；阐述本课题应解 决的主要问题。 第第 2 2 章章 充电方式充电方式 2.1 恒流充电法恒流充电法 是用调整充电装置的输出电压的方法，保持充电电流强度不变的充电方法。 但是由于电池的可接受电流能力是随着充电过程的进行而逐渐下降的，充电到最 后电流多用于电解水产生气体。 图 2-1 恒流充电控制曲线 I 电池电压 充电电流 t 图 2-2 恒流充电曲线 2.2 恒压充电法恒压充电法 在全部充电时间里保持恒定的电压。随着电池电压的逐渐升高电流

21、逐渐减小， 与恒流充电法相比其充电过程更接近于最佳充电曲线。此系统控制比较简单。 图 2-4 恒压充电法曲线 U I T 充电电流 电池电压 图 2-3 最佳充电曲线 用恒压快速充电时，由于充电初期电池电压低，电流会很大，随着充电的进 行电流逐渐减小。这种充电方式电解水少，免了蓄电池的过充。但是在充电初期 电流过大对蓄电池寿命会造成较大的影响且最容易造成电池报废。常用于电压较 低的系统。 2.3 涓流充电法涓流充电法 在充电过程中充电电流小于 0.1 倍率时称为涓流充电，就是电流很小的充电 方式。一般而言涓流充电能够把电池充的很足，而且不易伤害电池寿命，但花费 时间很长的一种充电方式。 2.4

22、 阶段充电法阶段充电法 2.4.1、二阶段充电法、二阶段充电法 采用恒电流和恒电压相结合的快速充电方法，首先，以恒电流充电至预定的 电压值，然后，改为恒电压完成剩余的充电。一般两阶段之间的转换电压就是第 二阶段的恒电压。 图 2-4 二段法充电控制曲线 充电电流 电池电压 I t 图 2-5 二阶段法充电曲线 2.4.2、三阶段充电法、三阶段充电法 在充电开始和结束时采用恒电流充电，中间用恒电压充电。当电流衰减到预 定值时，由第二阶段转换到第三阶段。这种方法可以将出气量减到最少，但作为 一种快速充电方法使用，受到一定的限制。 2.5 充电控制充电控制 电池终止充电的判断方法有许多种，最主要的是

23、:最高电压控制法、定时控制 法、最小电流控制法、最高温度控制法、容量控制法等。 2.5.1、最高电压控制法、最高电压控制法 一般用于恒流充电，只需设定一个电压值，在充电过程中当电池电压达到设 定值时即认为电池己充满，此时停止充电。 2.5.2、定时控制法、定时控制法 只需确定一个充电时间即可，利用定时器进行充电计时即可控制停止充电。 此控制方法简单易行，但不能根据电池的充电状态自动调整，极易出现过充或欠 充等现象。 2.5.3、最小电流控制法、最小电流控制法 一般用于恒压充电法，当对电池给定一定电压进行充电时充电电流将逐渐减 小，当充电电流减小到一定值时，认为电池己充满，此时停止充电。 2.5

24、.4、容量控制法、容量控制法 是在充电过程中对充入电池的电量进行计算，当充入的电量达到设定的电量 值时，充电过程结束。 第第 3 3 章章 充电机功能充电机功能 3.1 快速充电模式快速充电模式 快速充电模式里设备只对镉镍蓄电池组进行快速充电操作，采用恒流限压的 充电方式，也就是设备先以恒定的电流对电池组进行充电，电流的大小由用户设 定，电池组随着恒流充电电压不断上升，当电池组电压达到用户设定的电压为 35V 时， （设备采用软件与硬件互补方式对最高充电电压进行控制，当输出电压 与设定电压不符时，可手动调节设备内部继电器控制板上“VOLT”电位器，顺 时针为大，逆时针调节为小） 。设备自动对电

25、池组进行恒压补充充电而电流值不 断的减小，直至快充电流值小于终止电流设定值的或达到快充时间设定值时，设 备自动停机；与此同时传给上位机信号由“工作”转为“充满” 。从开始的恒流 充电到后来的定压充电，充电结束这一过程全部由控制中心 PLC 来轻松完成而你 只需轻轻触摸按钮即可。具体操作方法为：在系统主菜单界面下触摸“快充”按 键，进入快充界面如图 3-1 所示（快速充电简称“快充” ）： 图 3-1 快充界面 在快充状态下，充电装置启动方式分手动启动方式和自动启动方式，具体操 作：在快充参数设置菜单下轻轻触摸“手动” 、 “自动”按钮即可转换。建议：人 为的对 AGV 自动小车进行快速充电选择

26、“手动”启动模式，反之（正式投入运 行）选择“自动”启动模式。 当 AGV 自动小车到位后，如果你选择“手动”启动模式需触摸“启动”按 钮设备便启动运行快速充电；如果选择自动模式小车到位后延时 5 秒钟设备自动 启动进行快速充电。界面中适时显示“电池电压” 、 “快充电流” 、 “充电量” 、 “已 充时间”等信息同时给上位机报“工作”接点信号。在充电运行过程中如果出现 情况需要停机，只需触摸“停止”按键接着“确认”设备便可自动停止充电。当 快充时间到或快充电流满足结束条件，充电结束设备自动停止，快充界面显示 “完成” ；同时给上位机报“充满”信号，接着自动小车离位。智能充电站重新 回到待机状

27、态并给上位机报“待机”信号。 3.2 快速充电模式快速充电模式 均衡充电模式里设备对蓄电池组进行均衡充电操作，采用恒流定压充电方式， 也就是设备先以恒定的电流对电池组进行充电，电流的大小由用户设定电池应选 10A 电流；电池组随着恒流充电电压不断上升，当电池组电压达到用户设定的电 压值 35V 时，设备自动对电池组进行恒压补充充电而电流值不断的减小，均充时 间（6-7 小时）到结束。从开始的恒流充电到后来的定压充电，充电结束这一过 程全部由控制中心 PLC 来轻松完成而你只需轻轻触摸按钮即可。具体操作方法为： 在系统主菜单界面下触摸“均充”按键，进入均充界面如图 3-2 所示： 图 3-2 均

28、充界面 在均衡充电模式时采用手动操作模式。当 AGV 自动小车到位后，需轻轻触 摸 “开始” 按钮设备便启动运行均衡充电。界面中适时显示“电池电压” 、 “充 电电流” 、 “充电量” 、 “已充时间”等信息同时给上位机报“工作”信号。在充电 运行过程中如果出现情况需要停机，只需触摸按键“停止”接着设备便可自动停 止充电。当均充时间到充电结束设备自动停止，均充界面显示“完成” ；同时给 上位机报“充满”信号，接着自动小车离位。智能充电设备重新回到待机状态并 给上位机报“待机”信号。 3.3 活化模式活化模式 AGV 自动智能充电站增加了“活化充放电”功能。 活化运行模式里面共有三个工作阶段：恒

29、流放电阶段、静止搁置阶段和均衡 充电阶段。放电电流应设为 0.2C；当放电结束后不能立刻对电池组进行均衡充电， 因此就进入搁置阶段；当搁置结束后设备自动进入均衡充电阶段，整个活化过程 实现全部自动化，在运行过程中人机界面会自动显示设备工作状态。如图 3-3 所 示： 图 3-3 活化界面 3.4 放电模式放电模式 放电采用恒流放电方式（有源逆变电能回馈电网） 。 在参数设置项目里根据接入实际电池组的种类，设置好相应的放电结束电压 值、放电电流值和放电时间。在主菜单下选择“放电” 模式后，点击“监控窗 口”进入放电监控画面，如图 3-4 所示。 图 3-4 放电界面 在此画面下，按下“启动”设备

30、开始运行放电，运行状态下界面上显示一个 电池动画，并不断显示，界面左边状态栏显示充电机当前的状态；人机界面显示 此时放电电池组电压、放电电流和放电时间。放电全过程为恒流放电。当放电电 时间到达设定的放电时间值或电池组电压降到设定放电结束电压值时，设备将自 动停机，左边状态栏显示“完成” ，同时给上位机报“充满”信号，接着自动小 车离位。智能充电设备重新回到待机状态并给上位机报“待机”信号（均充） 。 在放电状态下如果想人为停机只需按下“停止”键，设备便自动安全关机停止放 电特别注意：在放电过程中禁止断开交流进线电源，否则逆变失败造成事故。 放电结束后，断开面板开关 AN 和开关 OF，关掉设备

31、；取下电池组即可。 3.5 故障显示故障显示 本充放电设备具有四种故障信息分别如图 3-5 所示： 图 3-5 故障信息 人机界面显示“充电机过流”时需断开面板开关 AN 和断路器开关 QF，检 查输出段端是否有短路现象。 人机界面显示“充电机故障请检查熔断器和相序”时需断开面板开关 AN 和 断路器开关 QF 并且断开智能充电站的输入电源。首先检查输入三相电源相序是 否错误（反接任意两相即可） ，接着检查输入电源熔断器和电池组熔断器是否熔 断，若熔断器熔断更换相应型号熔芯即可。 当人机界面显示“电池反接”时，检查接入电池组极性（正负极）是否接反， 若接反请纠正，故障解除后点击“停止” ，接着

32、点击“返回”再点击需要的工作 模式，即可实现不关机解除报警。 人机界面显示“蓄电池异常请查电池”时，此时为充电站没有检测到 AGV 小车电池，此时应检查充电极柱是否与电池连接正确，故障解除后点击“停 止” ，接着点击“返回”再点击需要的工作模式，即可实现不关机解除报警。 如果采取以上措施还不能够排除故障原因请马上与制造商联系。 3.6 万年历万年历 本设备具有时钟功能，因为内部具有后备电池，所以即使在设备关机的情况 下时钟继续运行。人机界面可以显示年、月、日以及时间和星期。若时钟出现误 差用户可以设定校准；具体方法：在系统菜单下触摸“时钟设置”进入时钟设定 界面。如图 3-6 所示： 图 3-

33、6 时钟设定 3.7 故障查询故障查询 在系统主菜单中触摸“故障查询”查看警报表如图 3-7 所示：表中主要记录 警报内容。最后按“返回”按钮返回主菜单。 图 3-7 历史警报表 3.8 历史记录查询历史记录查询 在“主菜单”下，按下“记录查询” ，进入数据资料画面，此画面将显示并 记录充电站各种工作状态的历史数据，如图 3-8 所示。在此画面下点击“快充记 录”如图 3-9、 “活化记录”如图 3-10、 “均充记录”如图 3-11、 “放电记录”如图 3-12。 图 3-8 历史记录 图 3-9 快充记录 图 3-10 活化记录 图 3-11 均充记录 图 3-12 放电记录 3.9 上位

34、机接点信号图上位机接点信号图 本智能充电站给上位机提供待机、快充、充满、故障等常开干接点信号。 平时为常开干接点，动作时闭合。 图 3-13 上位机接点信号图 第第4章章 充电机回路充电机回路 第第 4 4 章充电机回路章充电机回路 4.1 充电机主回路充电机主回路 主电路采用三相可控硅全桥式整流电路，采用数字触发电路。三相交流经整 流后变为直流电并由控制中心发出命令给电池组充电。可控硅触发电路以数字电 路为基础，对系统输出电压、电流反馈信号先进行隔离放大并与给定信号比较后， 将其误差信号进行模数转换成数字信号，输入到逻辑处理单元和其它控制信号一 同进行逻辑控制、适时计算最终发出触发脉冲，从而

35、保证其准确性、可靠性。由 于采用了工业控制计算机（PLC）为控制中心，用户可通过触摸屏人机界面来指 示设备轻松完成对蓄电池组的快速充电、均衡充电等任务。 图 4-1 电气原理图 4.1.1、整流部分、整流部分 半波整流是利用二极管的单向导电性进行整流的最常用的电路，常用来将交 流电转变为直流电。半波整流利用二极管单向导通特性，在输入为标准正弦波的 情况下，输出获得正弦波的正半部分，负半部分则损失掉。 全波整流使交流电的两半周期都得到了利用。全波整流输出电压的直流成分 （较半波）增大，脉动程度减小，但变压器需要中心抽头、制造麻烦，整流二极 管需承受的反向电压高，故一般适用于要求输出电压不太高的场

36、合。本文选用的 是全波整流。 电网 隔离变压器 可控硅全桥整流 逆变电路 滤波直流输出 电压反馈 电流反馈 镉镍电池组 触发控制板 脉冲输出 运行指示 故障指示 模拟量输入 模 拟 量 输 出 人机界面 控制中心 运行状态 及故障 开关量输入 开关量输出 接触器、继电 器等执行机构 图 4-2 原理框图 4.1.2、整流、整流-逆变电路逆变电路 针对电动汽车的电压较高问题，充电电源通常需要 380V 市电供电，所以首 先把 380V 市电由隔离变压器变压至 35V 再由整流电路把交流电能转换为直流电 能。整流电路按组成的器件不同可分为不可控电路、半控电路、全控电路三种;按 电路结构不同可分为半

37、波整流、全波整流和桥式整流三种。三相半波可控整流电 路各项指标都一般，所以用的不多。三相桥式可控整流电路各项指标都好，在要 求一定输出电压的情况下，元件承受的峰值电压最低，最适合于大功率高压电路。 为了节约能量，整流电路可以根据充电电池的性能实时调节整流输出，达到电压 有效利用的效果。直流侧采用 LC 滤波电路结构。输入滤波环节包括滤波电容和 滤波电感两个部分。滤波电容主要起平滑该直流电压的作用，同时向半桥回路提 供较稳定的输入电压，实际设计中须考虑容量、耐压、材质等方面的因素。滤波 电感加大了整流电路二极管的导通角，抑制输入电流脉动，使滤波后输入电流连 续，并能减小电容两端电压纹波，同时提高

38、充电机的功率因数。在本设计中选取 容量 0。5F，耐压值 600V 的滤波电容 Cll，电感 Ll 大小为 2mH/80A。 4.2 充电机控制变量充电机控制变量 4.2.1 AGV 智能充电站工作的智能充电站工作的 PLC 控制方式控制方式 智能充电站由 PLC 控制充电站的运行参数和状态，通过触摸屏来实现各参数 的设定，满足不同用户的需要。采用自动定位系统定位于智能充电站站台，采用 快速充电模式进行充电，全过程保持与上位机和 AGV 自动引导车的通信。 PLC 主机 CPU 初次上电则自动初始化各参数，然后进入正常工作状态。平 时无电池时则通过触摸屏显示：”电池电压=0V”、”充电电流=0

39、A”和”待机”信息。 如果有电池接入则 CPU 通过触摸屏显示实测值。如充电机检测电池电压高 于 3V 则进入快速充电状态，同时触摸屏显示：”电池电压=V”、”充电电流 =A”和”快充时间=分”信息。当充电电流达到预设值后，则 CPU 判定充电结 束，触摸屏显示：”电池电压=V”、”充电电流=0A”和”充电结束”信息，同时向 上位机发出”充电结束”信号。 当自动引导车 AGV 开走时，充电站又重新回到待机状态。根据电池的实 际状态接上位机的通讯信号，进入均充或活化状态， 触摸屏显示”电池电压 V 充电电流A”、”均充时间小时”、”活化状态”、”放电时间”、”活 化结束”等信息，如 CPU 检测

40、出主整流器有故障，则触摸屏显示”电池电压 V”、”充电电流0A”和”充电机故障”信息，同时向上位机发出”充电机故障” 信号以待维修。 打开前门，合上相应的断路器开关 QF 和面板上的开关 AN，智能充电站自 检后触摸屏进入”系统主画面”，如图 19 所示： 图 4-4 系统主界面 4.2.1、充电电流、充电电压采集、充电电流、充电电压采集 带程序带程序 充电电流的采集只需在主回路中接入一合适的分流器，在本设计中选用的是 100A75mV。但分流器采集的信号不建议直接给 PLC 处理之间经一电量传感器 75mV/5V。充电电压的采集跟触摸屏显示中”电池电压”为同一处理。电量传感器 选用 50V/

41、5V。相关程序： 第第 5 5 章充电机控制回路章充电机控制回路 5.1 快充、均充、放电、活化终止判断以快充为例快充、均充、放电、活化终止判断以快充为例 充电终止判断是完成智能充电的关键技术，恰当合理的充电终止，是保证蓄 电池不出现过充电问题的重要保障，对保护蓄电池具有重要意义，因此充电终止 判断方法的合理与否直接决定智能充电功能的优劣。 动力电池组中各铅酸蓄电池由于在制造工艺、材质、电解液密度、温度和通 风条件、自放电程度等存在差异，使得各电池的容量、电压及内阻存在不一致性。 电池的这种不一致性会导致其在不断的充放电过程中出现过充或欠充现象。例如 容量偏低的电池容易出现过充电，并使电池不一

42、致性扩大，这就加剧了电池组中 容量低的电池过充电现象，造成个别电池性能迅速下降而过早报废，从而影响整 个电池组的使用性能，降低了电动汽车的动力性和经济性。因此，需要准确、及 时而又可靠地判断电池终止放电，以便采取适当的控制和管理方法，避免电池出 现过充。均可根据二阶段充电曲线来设定。 在本设计中快充的停止条件有三种分别是：电流到、人工停、时间到。其中 电流到跟电压到是同一道理。 手动停 时间到停 电流到 其中 VW912 是用来用作功能”记录查询”子菜单”快充记录”触控的触发信号 给 VW912 赋值为 0 是触摸屏将记录电流到的画面并记录相关参数。VW912 值为 1 时为时间到、VW912

43、 值为 2 时为人工停。 5.2 智能充电控制流程以快充为例智能充电控制流程以快充为例 相关程序的控制思想流程图如下： 开始 参数设置 上限电压工作电流 电池是否反接 工作模式选者 接通均充接通快充 等待故障解除 接通活化 Y N 接通放电 等待故障排除 调整导通角减小 调整导通角增大 停止 停止 故障检测 计时到时 电压检测电压 是否大于上限电压 电流大于快充电流 电流小于1A 记录“电流到” N Y N N Y Y N N Y Y N 图 4-3 工作流程图 均充放电活化的工作过程和控制思想与快充类似。 系统通电以后，首先进行系统的初始化。初始化对整个充电过程非常重要， 是充电进行的基础。

44、然后进行电池检测，检测蓄电池组是否连接正确，如果检测 发现无蓄电池或者蓄电池连接不正确，则提示“请接入或正确连接电池组” ，并 重新连接。 若检测到电路及蓄电池组连接正确，则确定电池充电模式是涓流充电还是快 速充电。首先，检测电池组的初始状态，包括初始电压 U0。如果电池组的电压 U0 低于参数设定中的上限电压，则说明电路允许充电。此时，如果电池组初始 电压电流参数值小于涓流充电设定的门限值，则在一定延时后进入涓流充电状态， 对电池组进行小电流涓流充电直至达到快速充电状态。如果初始电压电流参数值 大于涓流参数的门限值，即一开始就满足快速充电条件，则进入快速充电模式。 此时，将电池组的初始状态参数与设定的充电电压和电流曲线进行比较，得到合 适的充电点，并将此时的充电电压和电流值反馈到控制器中，进行分析处理，算 出合适的移相控制角 a，进而输出合适的 PWM 波形控制 IGBT 的关断，从而得到 需要的充电电压值和电流值。此外，随着电池使用年限的增长，电池的荷电状态 以及可接受充电电流存在一定的差异。因