CN111959336A - 一种重载电动搬运设备的智能自动化充电系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重载电动搬运设备的智能自动化充电系统及其方法，包括车辆调度单元，与所述车辆调度单元建立通讯连接的地面端智能控制单元，与所述地面智能控制单元建立通讯连接的固定充电机单元、自动化伸缩装置，所述车辆调度单元与所述重载电动搬运设备建立通讯连接，所述自动化伸缩装置与所述重载电动搬运设备建立通讯连接；所述自动化伸缩装置与所述固定充电机单元相连；所述车辆调度单元根据所述固定充电机单元的使用情况进行统筹调度，将需要充电的所述重载电动搬运设备行驶至所述固定充电机单元；所述地面端智能控制单元用于决策所述自动化伸缩装置的伸缩动作。本发明提高重载电动搬运设备的充电效率，结构简单、投入成本低的特点。

Description

一种重载电动搬运设备的智能自动化充电系统及其方法

技术领域

本发明涉及港口自动化物流充电技术，更具体地说，涉及一种重载电动搬运设备的智能自动化充电系统及其方法。

背景技术

目前，港口行业都在向自动化、智能化转变，各种电动搬运设备(如AGV、电动集卡等)得到了广泛的应用，与此对所配套的充电系统的安全性、智能性、高效性、低成本等综合方面的需求进一步提高。现有成熟的港口自动化充电系统方式有：滑触线式充电系统、换电站式充电系统等，但其都有一些不足，比如滑触线式充电系统中的取电装置安装在搬运设备上，其结构相对复杂、而且行车过程中大电流充电会对车载设备上精密传感器产生较大的干扰；换电站式充电系统前期投入成本较大、同时对取电机器人的动作精度、电池包的连接器等关键机构和部位有非常高的要求。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种重载电动搬运设备的智能自动化充电系统及其方法，旨在提高重载电动搬运设备的充电效率同时兼顾系统结构简单、投入成本低的特点，本地的高度集成化可以降低车辆调度系统的复杂性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，一种重载电动搬运设备的智能自动化充电系统，包括移动设备的调度单元、控制伸缩装置自动动作、充电机自动启停、故障应急处理、与车辆调度系统通讯的地面端智能控制单元，与所述地面智能控制单元建立通讯连接的固定充电机单元、自动化伸缩装置，所述自动化伸缩装置与所述重载电动搬运设备建立通讯连接；

所述自动化伸缩装置与所述固定充电机单元相连；

所述车辆调度单元根据所述地面端智能控制单元反馈的状态信息将需要充电的所述重载电动搬运设备行驶至所述固定充电机单元，只下发启动充电和停止充电指令，其后的过程控制全都集成在地面端智能控制单元完成；

所述地面端智能控制单元，实时和车辆调度单元进行数据传输，交互自动充电系统当前的状态信息(包含系统的工作模式手动模式、自动模式；工作状态：待机、充电中、故障等)，同时将收到车辆调度系统的指令信息(启动充电、停止充电)进行解析并决策，转化为所述自动化伸缩装置的伸缩动作、充电单元的自动启停充电指令，当地面端智能控制单元解析出车辆调度系统为开始充电指令时，在满足伸出的条件允许下所述自动化伸缩装置作伸出动作，当与所述重载电动搬运设备相连，收到连接完成信号时，智能控制单元开始向充电单元发送启动充电指令；在充电过程中，当地面端智能控制单元解析出车辆调度系统为结束充电指令时，先向充电单元发送结束充电指令，在判断当前处于结束充电状态且满足缩回条件的允许下，当所述自动化伸缩装置作缩回动作，与所述重载电动搬运设备断开，缩回至机构的起始位置，上传充电完成信号给车辆调度系统，同时上传此次充电的起始和结束时间、本次充电电量作为记录。

较佳的，所述地面智能控制单元选用工业级PLC控制器。

较佳的，所述自动化伸缩装置上设有多种安全保护的传感器，包括光电感应传感器、机械极限限位传感器、单点激光对位传感器。

较佳的，所述车辆调度单元与所述地面智能控制单元之间、所述车辆调度单元与所述重载电动搬运设备之间均采用无线4G通讯。

较佳的，所述地面智能控制单元与所述固定充电机单元之间、所述地面智能控制单元与所述自动化伸缩装置之间、所述自动化伸缩装置与所述重载电动搬运设备之间均采用CAN通讯。

较佳的，所述自动化伸缩装置上设有插头，所述固定充电机单元的充电动力电缆和通讯线缆集成至所述插头。

较佳的，所述重载电动搬运设备上设有车载接收装置，车载接收装置上设有与所述插头相适配连接的插座，所述重载电动搬运设备上具有车载电池管理系统。。

较佳的，所述车载接收装置的前端设置为喇叭口形状，相对于侧面安装，可以减少行车方向的停车误差的影响。

另一方面，一种重载电动搬运设备的智能自动化充电方法，包括启动充电和结束充电；

所述启动充电具体流程如下：

通过所述的智能自动化充电系统的所述车辆调度单元根据所述固定充电机单元的使用信息、及所述车载电池管理系统的电量信息，发送需要充电的所述重载电动搬运设备行驶至所述固定充电机单元的目标充电位的指令，到达目标充电位后，所述车辆调度单元向所述地面端智能控制单元下达充电指令，所述地面端智能控制单元根据所述自动化伸缩装置上的所述传感器所采集的数据进行校验，确保所述重载电动搬运设备已停在目标充电位，所述地面端智能控制单元控制所述自动化伸缩装置执行伸出动作，使所述自动化伸缩装置上的所述插头与所述车载接收装置上的所述插座连接，待收到连接完成信号后，停止伸出动作，所述地面端智能控制单元向所述固定充电机单元发送启动充电指令；

所述结束充电具体流程如下：

根据所述车载电池管理系统的电量信息确定充电完成，所述地面端智能控制单元控制所述自动化伸缩装置执行缩回动作，使所述自动化伸缩装置上的所述插头与所述车载接收装置上的所述插座断开连接，所述地面端智能控制单元向所述车辆调度单元发送充电结束、充电电量信息，所述车辆调度单元发送所述重载电动搬运设备驶离所述固定充电机单元的目标充电位的指令。

较佳的，还包括安全保护机制，具体如下：

当满足所述地面端智能控制单元收到所述自动化伸缩装置的单点激光对位信号、所述重载电动搬运设备的反馈的定位信息在充电区域、所述自动化伸缩装置在初始位置且各类执行机构无故障报警时，才具备伸出动作的允许；

采用光电感应极限限位和/或机械限位两个极限限位确保所述自动化伸缩装置不会与机构碰撞，伸出过程中如果触发任一个限位，所述自动化伸缩装置自动缩回至初始位置，同时上传故障信息，复位后，此次故障信息解除；

采用过力保护限位进行保护，所述自动化伸缩装置伸出过程中，若碰到其他障碍物，触发所述过力保护限位，则所述自动化伸缩装置自动缩回至初始位置，同时上传故障信息，复位后，此次故障信息解除；

所述地面智能控制单元与所述固定充电机单元进行CAN通讯交互信息时，同时还预留一路数字输入输出通讯接口，以免在复杂恶劣的港口环境下，CAN通讯收到干扰时，作为与充电机系统的通讯冗余，控制其启动、结束充电。

在上述的技术方案中，本发明所提供的一种重载电动搬运设备的智能自动化充电系统及其方法，提高重载电动搬运设备的充电效率同时兼顾系统结构简单、投入成本较低的优点，主要用于AGV等自动导引搬运设备，可以提高港口自动引导车的充电效率和智能化程度。

附图说明

图1是本发明智能自动化充电系统的现场布置示意图；

图2是本发明智能自动化充电系统的框架结构示意图；

图3是本发明智能自动化充电系统中重载电动搬运设备的坐标示意图；

图4是本发明智能自动化充电方法中启动充电的流程示意图；

图5是本发明智能自动化充电方法中结束充电的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

请结合图1和图2所示，本发明所提供的一种重载电动搬运设备的智能自动化充电系统，包括车辆调度单元100，与车辆调度单元100建立无线4G通讯连接的地面端智能控制单元1，与地面智能控制单元1之间建立CAN通讯连接的固定充电机单元2、自动化伸缩装置3，车辆调度单元100与重载电动搬运设备(本实施例选用自动化导引车4)之间建立无线4G通讯连接，自动化伸缩装置3与自动化导引车4之间建立CAN通讯连接，自动化导引车4上通过CAN通讯连接车载电池管理系统6(BMS)。

地面端智能控制单元1实时和车辆调度单元100之间进行数据传输，交互自动充电系统当前的状态信息(包含系统的工作模式手动模式、自动模式；工作状态：待机、充电中、故障等)，同时将收到车辆调度系统100的指令信息(启动充电、停止充电)进行解析并决策，转化为自动化伸缩装置3的伸缩动作、固定充电机单元2的自动启停充电指令，当地面端智能控制单元1解析出车辆调度系统100为开始充电指令时，在满足伸出的条件允许下自动化伸缩装置3作伸出动作，当与自动化导引车4相连，收到连接完成信号时，地面端智能控制单元1开始向固定充电机单元2发送启动充电指令；在充电过程中，当地面端智能控制单元1解析出车辆调度系统100为结束充电指令时，先向固定充电机单元2发送结束充电指令，在判断当前处于结束充电状态且满足缩回条件的允许下，使自动化伸缩装置3作缩回动作，与自动化导引车4断开，缩回至机构的起始位置，上传充电完成信号给车辆调度系统100，同时上传此次充电的起始和结束时间、本次充电电量作为记录。

地面智能控制单元1选用工业级PLC控制器，其主要功能如下：

1)负责决策自动化伸缩装置3的动作，根据自动化伸缩装置3上的传感器所采集的数据实时进行安全校验，满足安全的前提下控制自动化伸缩装置3的伸缩动作；

2)与车辆调度单元100进行无线4G通讯，上传固定充电机单元2的充电位状态及数据信息；

3)与固定充电机单元2进行实时CAN通讯，实时上传固定充电机单元2的工作状态信息及故障信息。

自动化伸缩装置3具有水平伸缩功能，自动化伸缩装置3上设有插头，固定充电机单元2的充电动力电缆和通讯线缆集成至该插头上，自动化导引车4上设有车载接收装置5，车载接收装置5上设有与插头相适配连接的插座。鉴于自动化导引车4的定位精度Y方向最大偏差10cm(自动化导引车4坐标系如图3所示)，车载接收装置5的前端设置为喇叭口形状，用于对插头进行纠偏和导向，使插头与插座实现紧密配合，保证固定充电机单元2和车载电池管理系统6的CAN通讯的连通、充电动力电缆等线缆的物理接通。

车辆调度单元100根据地面智能控制单元1发送的数据信息，进行自动化导引车4调度上的优化，根据固定充电机单元2的每个充电位的位置距离、使用频率、当前工作状态、故障等信息进行需求充电车辆的合理分配，提升充电效率。车辆调度系统根据移动设备的电量SOC值，进行初步判断：当SOC值小于40％时，充电优先，但需完成当前任务；当SOC在41％-70％时，任务优先状态，择机充电；当SOC值在71％-100％时，电量充足，不进行充电。当确定移动设备需要充电时，以最小行走路径值为目标，选择最近的可用充电位进行充电。车辆调度单元100附带有上位机监控界面，可以远程实时显示充电电压、充电电流、故障信息。车辆调度单元100还附带有SCADA系统和数据库存储单元，数据库存储单元可以根据需要保存每台自动化导引车4、每台充电机的数据信息，可定期导出数据进行分析，为提升系统效率做优化。

本发明智能自动化充电系统上还设有多个传感器融合提升系统的安全性，具体如下：

1)在自动化伸缩装置3上配有激光传感器，与自动化导引车4上的所配套反光板相结合，用以判断自动化导引车4的停放位置；

2)车载接收装置5配有感应传感器实时将数据传给自动化导引车4上的车载控制器，用来检测自动化伸缩装置3是否安全脱离车体，和自动化伸缩装置3的起始位置限位形成双重检测保护；

3)自动化伸缩装置3上的插头和车载接收装置5上的插座的动力电缆触头上分别安装两个PT1000温度传感器，用来采集大电流充电过程中正极插头两个不同点的温升值，一个用来给车载电池管理系统6(BMS)，另一个经地面智能控制单元1传给固定充电机单元2，一旦一方发现温度达到报警阀值应立刻停止充电，达到双重保护。

在自动化伸缩装置3与车载接收装置5连接到位后，车载电池管理系统6(BMS)和固定充电机单元2建立CAN通讯，整个充电过程中从起始阶段到最终的充电结束，都是以新国标GB/T27930-2015为基础，在如下方面进行了适当的修改以满足港口领域的需求：

1)在充电过程中，自动化导引车4整车不断电，车载电池管理系统6(BMS)由自动化导引车4长供电，移动设备不需要重新上电；

2)因为采用了定制的插头、插座，最大输出电流由250A扩大至600A；

3)由于自动化导引车4既可以自动充电，也可以手动充电，增加报文让固定充电机单元2或车载电池管理系统6(BMS)一方知道当前的充电模式，预设最大充电的电流值；

4)无线网络采用无线4G网络，同时预留5G网络接口。

请结合图4和图5所示，本发明还提供了一种重载电动搬运设备的智能自动化充电方法，包括启动充电和结束充电；

启动充电具体流程如下：

通过智能自动化充电系统的车辆调度单元100根据固定充电机单元2的使用信息、及车载电池管理系统6的电量信息，发送需要充电的自动化导引车4行驶至固定充电机单元2的目标充电位的指令，到达目标充电位后，车辆调度单元100向地面端智能控制单元1下达开始充电指令，地面端智能控制单元1根据自动化伸缩装置3上的传感器所采集的数据进行校验，确保自动化导引车4已停在目标充电位，具备执行伸出的条件，并在满足要求后地面端智能控制单元1控制自动化伸缩装置3执行伸出动作，使自动化伸缩装置3上的插头与车载接收装置5上的插座连接，待收到连接完成信号后，停止伸出动作，此时自动化导引车4、固定充电机单元2、地面端智能控制单元1均处于同一条CAN总线物理链接层，地面端智能控制单元1向固定充电机单元2发送启动充电指令，整个充电通讯协议是基于新国标充电技术协议的改进版。充电过程中，地面端智能控制单元1把采集的固定充电机单元2及一些外部传感器的数据实时上传给上位机，便于在线监控。

结束充电具体流程如下：

根据车载电池管理系统6(BNS)的电量信息确定充电完成，地面端智能控制单元1控制自动化伸缩装置3执行缩回动作，使自动化伸缩装置3上的插头与车载接收装置5上的插座断开连接，地面端智能控制单元1向车辆调度单元100发送充电结束、充电电量信息，整个充电流程完成，车辆调度单元100发送自动化导引车4驶离固定充电机单元2的目标充电位的指令。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (10)

1.一种重载电动搬运设备的智能自动化充电系统，其特征在于：包括车辆调度单元，与所述车辆调度单元建立通讯的地面端智能控制单元，与所述地面智能控制单元建立通讯连接的固定充电机单元、自动化伸缩装置，所述自动化伸缩装置与所述重载电动搬运设备建立通讯连接，所述地面智能控制单元控制所述自动化伸缩装置的动作、所述固定充电机单元的启停；

所述自动化伸缩装置与所述固定充电机单元相连；

所述车辆调度单元根据所述地面智能控制单元反馈的状态信息，将需要充电的所述重载电动搬运设备行驶至所述固定充电机单元，下发启动和/或停止充电的指令，其后的过程控制均有所述地面智能控制单元完成；

所述地面端智能控制单元用于决策所述自动化伸缩装置的伸缩动作，当所述自动化伸缩装置作伸出动作时，与所述重载电动搬运设备相连，开始充电；当所述自动化伸缩装置作缩回动作时，与所述重载电动搬运设备断开，充电完成。

2.如权利要求1所述的重载电动搬运设备的智能自动化充电系统，其特征在于：所述地面智能控制单元选用工业级PLC控制器。

3.如权利要求1所述的重载电动搬运设备的智能自动化充电系统，其特征在于：所述自动化伸缩装置上设有用以安全保护的传感器，所述传感器包括光电感应传感器、机械极限限位传感器、单点激光对位传感器。

4.如权利要求1所述的重载电动搬运设备的智能自动化充电系统，其特征在于：所述车辆调度单元与所述地面智能控制单元之间、所述车辆调度单元与所述重载电动搬运设备之间均采用无线4G通讯。

5.如权利要求1所述的重载电动搬运设备的智能自动化充电系统，其特征在于：所述地面智能控制单元与所述固定充电机单元之间、所述地面智能控制单元与所述自动化伸缩装置之间、所述自动化伸缩装置与所述重载电动搬运设备之间均采用CAN通讯。

6.如权利要求5所述的重载电动搬运设备的智能自动化充电系统，其特征在于：所述自动化伸缩装置上设有插头，所述固定充电机单元的充电动力电缆和通讯线缆集成至所述插头。

7.如权利要求6所述的重载电动搬运设备的智能自动化充电系统，其特征在于：所述重载电动搬运设备上设有车载接收装置，车载接收装置上设有与所述插头相适配连接的插座，所述重载电动搬运设备上具有车载电池管理系统。

8.如权利要求7所述的重载电动搬运设备的智能自动化充电系统，其特征在于：所述车载接收装置的前端设置为喇叭口形状。

9.一种重载电动搬运设备的智能自动化充电方法，其特征在于：包括启动充电和结束充电；

所述启动充电具体流程如下：

通过如权利要求1-8任一项所述的智能自动化充电系统的所述车辆调度单元根据所述固定充电机单元的使用信息、及所述车载电池管理系统的电量信息，发送需要充电的所述重载电动搬运设备行驶至所述固定充电机单元的目标充电位的指令，到达目标充电位后，所述车辆调度单元向所述地面端智能控制单元下达充电指令，所述地面端智能控制单元根据所述自动化伸缩装置上的所述传感器所采集的数据进行校验，确保所述重载电动搬运设备已停在目标充电位，所述地面端智能控制单元控制所述自动化伸缩装置执行伸出动作，使所述自动化伸缩装置上的所述插头与所述车载接收装置上的所述插座连接，待收到连接完成信号后，停止伸出动作，所述地面端智能控制单元向所述固定充电机单元发送启动充电指令；

所述结束充电具体流程如下：

根据所述车载电池管理系统的电量信息确定充电完成，所述地面端智能控制单元控制所述自动化伸缩装置执行缩回动作，使所述自动化伸缩装置上的所述插头与所述车载接收装置上的所述插座断开连接，所述地面端智能控制单元向所述车辆调度单元发送充电结束、充电电量信息，所述车辆调度单元发送所述重载电动搬运设备驶离所述固定充电机单元的目标充电位的指令。

10.如权利要求9所述的重载电动搬运设备的智能自动化充电方法，其特征在于：还包括安全保护机制，具体如下：

当满足所述地面端智能控制单元收到所述自动化伸缩装置的单点激光对位信号、所述重载电动搬运设备的反馈的定位信息在充电区域、所述自动化伸缩装置在初始位置且各类执行机构无故障报警时，才具备伸出动作的允许；

采用光电感应极限限位和/或机械限位两个极限限位确保所述自动化伸缩装置不会与机构碰撞，伸出过程中如果触发任一个限位，所述自动化伸缩装置自动缩回至初始位置，同时上传故障信息，复位后，此次故障信息解除；

采用过力保护限位进行保护，所述自动化伸缩装置伸出过程中，若碰到其他障碍物，触发所述过力保护限位，则所述自动化伸缩装置自动缩回至初始位置，同时上传故障信息，复位后，此次故障信息解除；

所述地面智能控制单元与所述固定充电机单元进行CAN通讯交互信息时，同时还预留一路数字输入输出通讯接口，以免在复杂恶劣的港口环境下，CAN通讯收到干扰时，作为与充电机系统的通讯冗余，控制其启动、结束充电。

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