穿梭板充电系统.docx

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毕 业 设 计 （论 文）

题 目；穿梭板充电系统设计

系 部；电气工程系 专 业：

机电一体化技术 学生姓名：

xxx 指导教师：

xxx

题目类型：

理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开

发

2008年6月20日

摘 要

近年来，在欧美国家，由于密集仓储货物的需要，在自动化程度要求不高并使用人工叉车装卸货的环境，均有无线遥控穿梭板,这种新型的存取半自动化设备的应用。

无线遥控穿梭板结合人工叉车的使用，使密集仓储货物方便可行。

无线遥控穿梭板结合人工叉车的使用，把货物的存放和运输分开，无线遥控穿梭板完成货物存放功能；人工叉车完成货物运输功能。

人工叉车不进入货物存放区，货物存放指令由叉车操作员通过无线遥控器下发，操作员也可终止无线遥控穿梭板正在执行的动作。

本子课题设计是解决在密集存储的仓库中使用的无线遥控穿梭板的充电方案。

本设计的目的，在于通过设计，研究工业用蓄电池的充电方式；通过设计，对单机的蓄电池选用类型、多种工作环境下的充电模式，充电机结构进行初步研究。

蓄电池在社会生活中各行业的应用不断发展，日趋成熟。

但是蓄电池在运行中存在的一系列问题却日益突出。

蓄电池在运行中的问题主要是如何延长其使用寿命的问题，也就是蓄电池的正确使用维护的问题。

本论文旨在对基于穿梭板电源系统的蓄电池的维护方法及其受控运行做出探索和研究。

电源系统是穿梭板自动引导车系统的重要组成部分，大多电源系统未能遵从电池内部的物理化学规律，存在严重的过充电和析气现象，并导致充电过程的低效、耗时和易损。

因此，既能提高能量利用率，缩短充电时间，又不影响镍镉蓄电池使用寿命的新型电源系统成为迅速发展的电力电子技术及自动控制技术的关注领域。

穿梭板用工业蓄电池作为电源，电池的选型与设计对穿梭板设计具有很大影响。

电池除了提供穿梭板全部的所需电能外，也是车体平衡的重要部分，对穿梭板单机性能指标有直接影响，对系统的设计及配套也密切相关。

穿梭板配套电池组电压一般分24V、48V两档，电池容量根据设计要求而定，一般在数十安时至数百安时范围。

AGV的工作制常分为8小时、16小时、24小时连续工作制等，这对电池容量和充电方式的选择有直接影响。

目 录

引言 1

1.铅蓄电池

1.1.铅蓄电池的简介

1.2.铅蓄电池的工作原理

1.3.铅蓄电池工作特性

1.4.铅蓄电池组的连接组成方式

2：

镍氢蓄电池

2.1镍氢蓄电池的简介

2.2：

镍氢蓄电池充放电回路

2.3：

镍氢蓄电池充电系统软件分析

3.1：

.铅蓄.镍氢蓄电池充电注意事项

3.2：

.如何选择铅蓄.镍氢蓄电池充方式

总结

参考文献致 谢

引言

蓄电池是电池中的一种，它的作用是能把有限的电能储存起来，在合适的地方使用。

它的工作原理就是把化学能转化为电能；AGV使用电池主要分酸性和碱性两大类型，每一类又有高、中、低档之分。

酸性电池一般指铅酸电池，是目前应用最为广泛的品种[11]。

其特点是性能良好，充放电比为1:

1~1:

3，价格便宜，普及性广。

碱性电池一般指铁镍电池、镉镍电池、银锌电池等，其特点是性能优良，充放电比为1:

3~1:

10，体积较小，重量较轻，但价格较高，常用于比较高档或要求快速充电的AGV系统；本文主要介绍后者的铅蓄电池和镍氢蓄电池在AGV系统中的应用。

.1：

铅蓄电池

1.1:

铅蓄电池的简介

铅蓄电池由于使用地点、用途和容量不同，分为固定型和移动型两大类。

固定型主要采用开口式（属第一代产品，已被淘汰）、防酸隔爆式（第二代部品，也处于逐步淘汰中）和阀控密封式三种；移动型蓄电池又分为启动用、牵引用、内燃机车用、铁路客车用、摩托车用……等多种型式的用途。

目前在通信、电力、交通等各行业最为广泛使用的为阀控密封式蓄电池，由于其壳体密封，设有安全阀，使用中不泄漏、无污染，移动轻便，安全防爆，日常无须加水，只要正确运用，维护简便。

1.2：

铅蓄电池的工作原理

a.蓄电池的电动势

电池在外部开路条件下，正负两极间的化学平衡电势之差，即为电池的电动势。

电动势是电池产生电能的推动力。

电池电动势的大小由电池中进行的反应性质和条件决定，与电池的形状、尺寸无关。

b.蓄电池的开路电压

电池在开路状态下的端电压称为开路电压，铅蓄电池的开路电压在数值上相等于电池的电动势。

c、蓄电池的工作电压

工作电压指电池接通负荷后在放电过程中显示的电压，又称负载电压或放电电压。

电池的工作电压低于开路电压。

d、电动势的产生

铅蓄电池的正极是二氧化铅（PbO2），负极是绒状纯铅（Pb），它们是两种不同的活性物质，故和电解液稀硫酸（H2SO4）的化学反应的结果不同，两电极的平衡电势也不相等，在未接通负荷时两极间产生了一定的电位差，即为电池的电动势。

充电过程的化学反应

充电过程是放电过程的逆过程。

在充电电源的作用下，使正、负极板上的硫酸铅

（PbSO4）不断进入电解液而被游离。

在负极板上游离的铅离子（Pb2+）被中和为铅（Pb），以固体状态附在负极板上。

在正极板上的硫酸铅（PbSO4）游离分解最后正极板上形成二氧化铅（PbO2），电解液中的硫酸成分增加，水分减少，电解液的比重（密度）升高。

两极上原来被消耗的活性物质复原了。

充电时总的化学反应式为：

PbSO4+2H2O+PbSO4 充电 PbO2+2H2SO4+Pb

（正极） （水） （负极） （正极） （硫酸） （负极）

1.3：

铅蓄电池工作特性

铅蓄电池工作特性主要是指它的充放电特性。

蓄电池的性能优劣主要是由他的充放电特性所决定，这也是AGV系统选用蓄电池的一个重要标准。

a、铅蓄电池的充电

铅蓄电池的电动势随着电解液的比重（密度）和温度的增加而增加，电动势更主要与电解液的比重成正比关系，而温度对电动势也具有一定的影响。

因此在铅蓄电池充放电过程中，对电动势或端电压影响最大的在于电解液的比重变化，铅蓄电池的端电压在放电时低于蓄电池的电动势，而在充电时高于蓄电池的电动势。

b.充电时端电压的变化

充电时硫酸密度上升，电压上升，容量上升。

在充放电过程中，化学作用总是

先从极板表面进行的，所以活性物质微孔中电解液浓度的变化比容器中电解液浓度的变化要快得多。

因此由于浓度的差异就会出现容器中电解液同活性物质微孔中电解液互相扩散的现象。

如右图所示，在充电初期（曲线

oa段），铅蓄电池的端电压升高很快。

这是因为极板中的硫酸铅开始还原为二氧化铅（PbO2）和绒状铅时，活性物质微孔中的硫酸突然增多（浓度增大），来不及向极板外扩散，故活性物质微孔内部的电解液比重和电动势都比较迅速上升，加上这时极板上大部分都是硫酸铅（PbSO4），因而内

部电阻较大，内压降也较大（这时

U充=E+I充·r内），所以在充电初期电压升高很快。

充电中期（曲线ab段），铅蓄电池端电压在较长时间内升高较慢。

这是因为活性物质微孔中硫酸比重（密度）与容器中电解液比重之间形成了一个浓度差，在这个浓度差的作用下，使活性物质微孔内部所形成的硫酸向容器中的电解液扩散，这时活性物质微孔中硫酸比重增加的速度与向外扩散的速度渐趋平衡，故电压升高较慢。

到充电末期（曲线bc段），电压又较快地升高（由2.3伏到2.7伏），这是因为极板上的硫酸铅已大部分还原为二氧化铅（正极板）和绒状铅（负极板），如继续充电，一部分充电电流用来分解水，极板上便有气泡释出（正极板释出氧气，负极板释出氢气）。

部分气泡吸附在极板表面来不及释出，形成电阻，使蓄电池内阻增大，内压降随之增大，U充升高，端电压急速上升到2.5伏～2.6伏。

到曲线cd段电压上升不大，这时活性物质全部还原到充足时的状态，吸附在极板表面上的气泡也稳定到一定数量，故端电压稳定在2.7伏左右。

此后，蓄电池的端电压不再随充电时间的延长而增加，仅仅是无谓地消耗电能进行水的分解。

停止充电后，由于内压降消失，电压立即降至2.3伏，同时活性物质微孔中硫酸的扩散，一直到极板内、外浓度相等为止，最后蓄电池端电压稳定在2.06伏左右

1.4：

铅蓄电池组的连接组成方式

铅酸蓄电池无论它的生产工艺、使用类型如何或电池容量大小单体蓄电池的额定电压都是2V，因此要构成实际使用的蓄电池组的额定电压（如24V、48V等）都需由多个单体电池串联构成。

蓄电池的容量是根据用电设备的使用要求确定的，从几个安时到几千、几万安时不等，但是由于生产制造、运输搬运、安装连接等多种原因不可能将蓄电池做得很大很大，这就需要从单体电池的连接组合方式上解决实际需要的额定容量和工作电压。

●串联连接。

这是最普遍的连接方式，需要的电池容量和电池组电压一经确定，容量在1000Ah以下时一般都采用各单体电池直接串联组成蓄电池组。

这种方式对蓄电池组的安装连接、维护检修都比较直观方便，查出电池组中最低的单体电池容量就确定了该组电池的实际容量。

●并联连接。

这种方式与工作电压无关，只是为了扩大容量而采取的，一般采用两个独立的由单体电池串联方式组成的电池组并联使用。

这样两组电池分别进行维护检修，而且电池组并联运行后，减小了单组的放电电流，因此两组并联后的电池，在相同终止电压的情况下，实际放电容量将大于各组额定容量之和。

●串并混连方式。

这种方式在阀控电池使用得较多，一些生产厂以几个单体电池组成

6V、8V、12V等单元式电池单位，在单元内部也以串联或串并联方式组成不同容量和不同电压的单元电池。

使用部门再根据需要的工作电压，以多个单元电池串联成蓄电池组，甚至由单元式电池再作串联、并联或混连组成蓄电池。

这种方式虽然满足了容量和工作电压的需要，但对维护工作十分复杂，不易查出落后电池，也较难对其活化处理。

2：

镍氢蓄电池

2.1镍氢蓄电池的简介

镍氢蓄电池是碱性蓄电池的一种

碱性是指一种物质在溶剂中能向其它物质提供未共用电子对的能力.

对于一种物质,是否具有碱性取决于未成对电子接受质子的能力.如在水溶液中,OH-离子能够接受H+,NH4+等离子,从而表现出碱性;相应的,在非水体系中,如在液氨溶剂中,NH2-离子能够接受NH4+等离子,同样也表现出碱性.

常用的无机碱有:

NaOH,KOH,Ca（OH）2,NaNH2,NH3·H2O等,常用的有机碱主要是季铵碱类.R4NOH

一般来说,物质的碱性强弱取决于接受质子能力的大小和形成的原子团的稳定性等.如NH3能接受BF3形成BF3+NH3-,NH3能接受H+形成NH4+,但该离子的稳定性差,故NH3表现为弱碱性.而NH2-接受H+则形成稳定的NH3,故NH2-表现为强碱性.在水溶液中,NaOH与KOH等碱性相当,这时称这样的溶剂为拉平溶剂,而在某些溶剂中能表现出不同碱碱性的差别,这样的溶剂称为区分溶剂.

2.3镍氢蓄电池充放电回路

充电回路是采用一种新型的电源芯片ＴＯＰ２２５Ｙ构成的电源电路。

该芯片是美国Ｐｏｗｅｒｇｒａｔｉｏｎ公司生产的三端隔离式脉宽调制单片开关电源集成电路。

它将ＰＷＭ集成电路和ＭＯＳＦＥＴ功率器件集成在同一芯片中

，具备ＰＷＭ型开关稳压电源所需的全部功能。

通过高频变压器使输出端与电网完全隔离

，实现了无功频变压器隔离的开关电源的集成化。

整个回路具有输出功率范围大、成本低

、集成化程度高、电路设计简单等优点。