青島前灣智能集裝箱碼頭有限公司　王　偉　張連鋼　唐立輝　張　鵬

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自動(dòng)化集裝箱碼頭水平運(yùn)輸動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)

青島前灣智能集裝箱碼頭有限公司王偉張連鋼唐立輝張鵬

摘要：水平運(yùn)輸系統(tǒng)(AGV)是自動(dòng)化集裝箱碼頭關(guān)鍵組成部分，選型的好壞關(guān)乎碼頭形象與效率的高低。低碳、環(huán)保、高效是水平運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)、選型的根本要求。通過(guò)比較和計(jì)算分析，提出了鋰電池組動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：AGV； 動(dòng)力系統(tǒng); 鋰電池組; 即時(shí)充電

1前言

當(dāng)前，世界范圍內(nèi)多數(shù)自動(dòng)化碼頭AGV動(dòng)力系統(tǒng)多采用柴油機(jī)、油電混合、燃?xì)鈾C(jī)(天然氣)、氣電混合、鉛酸電池組、鋰電池組等動(dòng)力模式。電池組做為動(dòng)力系統(tǒng)，具有效率高、無(wú)排放、環(huán)保的特點(diǎn)，正在成為AGV動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展的主流。目前，荷蘭鹿特丹的兩座新建碼頭均采用鉛酸電池組電力系統(tǒng)。但是鉛酸電池能量密度低、循環(huán)壽命低、充電時(shí)間長(zhǎng)、有重金屬污染等缺點(diǎn)。鋰電池具有能量密度較高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、充放電倍率大、安全性好等優(yōu)點(diǎn)。因此，近幾年鋰電池技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)。

2電池組電能補(bǔ)給方式

電池組電能補(bǔ)給主流方式有2種：換電式和充電式。

換電式需要建設(shè)專(zhuān)門(mén)的換電站，換電站的投資成本巨大，同時(shí)由于需要配備備用電池組，AGV動(dòng)力系統(tǒng)電池組帶電量較大，增加了車(chē)輛的自重，增加了車(chē)輛的能源消耗。

充電式又分為2種：充電樁式和即時(shí)充電。充電式較換電式具有不需建換電站和無(wú)需備用電池組的特點(diǎn)，在節(jié)省投資成本和提高作業(yè)效率上具有很大優(yōu)勢(shì)。但因充電樁的充電模式是將AGV停靠專(zhuān)門(mén)區(qū)域進(jìn)行充電，需多配置AGV的數(shù)量， 也增加了投資成本。AGV即時(shí)充電，是利用AGV作業(yè)的某個(gè)環(huán)節(jié)，作業(yè)的同時(shí)對(duì)電池組進(jìn)行補(bǔ)電，AGV不需要去專(zhuān)用充電位充電，無(wú)需增加AGV的數(shù)量，因此即時(shí)充電模式優(yōu)勢(shì)明顯。

3AGV動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真

3.1AGV工作參數(shù)

AGV由上海振華重工(ZPMC)生產(chǎn)，最大行走速度為6 m/s，最大加速度為0.75 m/s2，AGV小車(chē)自重約為29 t，設(shè)計(jì)最大載重箱重為70 t，平均載重箱重為25 t。

3.2AGV運(yùn)行仿真環(huán)境設(shè)計(jì)

AGV卸船流程為橋吊門(mén)架小車(chē)抓箱到AGV，AGV經(jīng)由作業(yè)車(chē)道、緩沖區(qū)、高速車(chē)道，進(jìn)入海側(cè)交互區(qū)(如圖1所示)，然后將集裝箱放置在交互支架上，完成卸船作業(yè)。裝船流程恰好相反。

圖1　AGV卸船流程

在交互支架上加裝滑觸線，在AGV小車(chē)加裝取電裝置，AGV在海側(cè)交互區(qū)與交互支架交互的時(shí)間對(duì)電池組進(jìn)行充電。AGV充電系統(tǒng)的工作原理圖見(jiàn)圖2。

圖2　AGV充電系統(tǒng)的工作原理圖

通過(guò)AGV基本參數(shù)和運(yùn)行環(huán)境，依靠仿真模擬，進(jìn)而計(jì)算出AGV運(yùn)行的峰值功率和循環(huán)功率。

3.3電池容量的選取設(shè)計(jì)

AGV動(dòng)力系統(tǒng)電池容量的選取主要取決于AGV的工作模式和充電模式。AGV即時(shí)充電的核心是在AGV的一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)，AGV補(bǔ)充的電量始終大于消耗的電能，電池組的能量始終維持在一個(gè)較為合理的區(qū)間范圍內(nèi)，在任何一個(gè)AGV工作時(shí)間內(nèi)均可以滿足AGV的工作要求。

電池容量的選擇主要有3個(gè)參數(shù)：AGV運(yùn)行的峰值功率；AGV運(yùn)行的循環(huán)功率；電池組的充電倍率。

4結(jié)語(yǔ)

本文所闡述的AGV鋰電池動(dòng)力系統(tǒng)選取設(shè)計(jì)的核心理念是在一個(gè)AGV工作循環(huán)內(nèi)補(bǔ)充的電能始終大于消耗的電能，同時(shí)AGV補(bǔ)電是利用AGV工作的某個(gè)環(huán)節(jié)，不占用專(zhuān)門(mén)的充電位，較傳統(tǒng)的補(bǔ)電方式具有很多的優(yōu)點(diǎn)：

(1)充電方式不同，進(jìn)而導(dǎo)致配置電池組容量較傳統(tǒng)AGV電池組容量下降約為75%；

(2)整車(chē)重量較傳統(tǒng)AGV下降約10%，AGV的能耗下降約5%；

(3)省去AGV專(zhuān)門(mén)的充電時(shí)間，有利于提升整個(gè)碼頭的作業(yè)效率。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]劉靈芝, 張炳力, 湯仁禮. 某型純電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)參數(shù)匹配研究[J]. 合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007(05)：591-592

[2]黃菊花,徐仕華,劉淑琴,于永飛. 電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力參數(shù)匹配及性能仿真[J]. 南昌大學(xué)學(xué)報(bào)(工科版),2011(4)：391-394.

[3]高樹(shù)健,陳丁躍. 純電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及性能仿真[J]. 吉首大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2012(4)：79-82

Design of Horizontal Transportation Power System for Automated Container Terminal

Qingdao Qianwan Intelligent Container Terminal Co., Ltd

Wang WeiZhang LiangangTang LihuiZhang Peng

Abstract：Horizontal transportation systems (AGV) plays an important role in the automation of container terminal, and the selection of AGV system is closely related to terminal image and efficiency. Being low-carbon, environmentally-friendly and efficient are the fundamental requirements for the design and selection of horizontal transportation system. By comparison, calculation and analysis, this paper proposes the designing scheme that using lithium battery power system.

Key words:AGV(Automated Guided Vehicle); power system, lithium battery; instant charging

DOI：10.3963/j.issn.1000-8969.2016.02.009

收稿日期：2015-1-20

王偉： 山東省青島市保稅區(qū)同江路567號(hào)