紅河卷煙廠AGV車載蓄電池維護(hù)保養(yǎng)方法研究

黃慧鴻，王雙麗，張雁明，沈 陽，王問然

（紅云紅河（煙草）集團(tuán)有限責(zé)任公司紅河卷煙廠，云南 彌勒 652300）

AGV動力電源和控制電源都由車載蓄電池組提供，持續(xù)、穩(wěn)定的電源供給是AGV小車正常運(yùn)行的先決條件[1]。紅河卷煙廠AGV蓄電池系統(tǒng)由蓄電池組、充電器系統(tǒng)、智能電池容量檢測系統(tǒng)等幾部分組成[2]。紅河卷煙廠在用AGV蓄電池為國產(chǎn)鎳鎘堿性電池，分別有100 Ah、93 Ah和200 Ah幾種容量規(guī)格，其中100 Ah、93 Ah的電池組由40只單元格電池串聯(lián)組成，主要運(yùn)用于輔料庫、箱皮庫推挽式AGV，理論電壓為60 V（每個單元格電池為1.5 V）[3]。

當(dāng)AGV小車產(chǎn)生充電需求時，它會通過無線通信系統(tǒng)傳送指令給上位管理控制系統(tǒng)，上位管理控制系統(tǒng)會指派充電任務(wù)，通過無線通信傳送給AGV小車車載控制系統(tǒng)，小車根據(jù)指令到充電點(diǎn)進(jìn)行充電，充電結(jié)束后回送上位管理控制系統(tǒng)充電結(jié)束指令，充電站上傳充電時間和充電次數(shù)給上位管理控制系統(tǒng)。蓄電池充放電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1 AGV車載蓄電池常規(guī)維護(hù)保養(yǎng)方法

AGV小車使用的蓄電池組需定期進(jìn)行檢查維護(hù)，具體保養(yǎng)周期視蓄電池的充電性能而定，一般3～6個月需要進(jìn)行一次保養(yǎng)。如未到保養(yǎng)周期，即出現(xiàn)電池充電性能下降的情況，也需按保養(yǎng)規(guī)程進(jìn)行電池的維護(hù)處理。AGV車載蓄電池常規(guī)維護(hù)保養(yǎng)方法流程如圖2所示。

圖1 蓄電池充放電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2 AGV車載蓄電池常規(guī)維護(hù)保養(yǎng)方法流程

多年的實踐證明，在電池性能下降時加注蒸餾水無法較好地活化蓄電池，電池性能仍無法恢復(fù)到理想狀態(tài)，AGV小車投入運(yùn)行后仍然表現(xiàn)為充電次數(shù)頻繁、續(xù)航時間短，整體運(yùn)行效率低[1]。

為此，紅河卷煙廠物流部設(shè)備技術(shù)室成立了專題攻關(guān)小組開展專題攻關(guān)活動。小組采用項目（課題）攻關(guān)的工作方式，立足相關(guān)理論知識，結(jié)合多年的AGV系統(tǒng)維護(hù)經(jīng)驗，經(jīng)過一系列研究分析與試驗，最終鎖定蓄電池性能下降的主要因素為電解液的品質(zhì)下降。傳統(tǒng)的電池維護(hù)保養(yǎng)主要采用對電解液添加蒸餾水的方式，會影響電解液的化學(xué)物質(zhì)濃度，造成電池蓄電能力線性下降。找到了制約蓄電池性能恢復(fù)的關(guān)鍵因素后，攻關(guān)小組在傳統(tǒng)電池維護(hù)保養(yǎng)方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)。

2 AGV車載蓄電池新的維護(hù)保養(yǎng)方法

如圖3所示，新的蓄電池維護(hù)保養(yǎng)方法主要體現(xiàn)在兩個方面。其一，針對蓄電池電解液品質(zhì)下降關(guān)鍵因素進(jìn)行了改進(jìn)，采用對電解液進(jìn)行檢測、補(bǔ)充等手段來防止電池蓄電性能下降。其二，通過補(bǔ)償充電后，添加自行配制的電解液，對電池蓄電性能進(jìn)行最大程度的活化。AGV車載蓄電池新型維護(hù)保養(yǎng)方法的主要步驟如下。

圖3 AGV車載蓄電池新的維護(hù)保養(yǎng)方法流程

2.1 電池組蓄電性能判定

AGV小車的控制系統(tǒng)分為地面控制系統(tǒng)和車載控制系統(tǒng)[2]。地面控制系統(tǒng)由CWAY路徑監(jiān)控和NT7000任務(wù)管理組成。通過CWAY與NT7000，人們可以掌握每一輛AGV在路徑上的運(yùn)行情況、充電任務(wù)的產(chǎn)生時間和次數(shù)，如果AGV產(chǎn)生充電任務(wù)頻繁，就需要在CWAY中觀察記錄AGV充電的時間，AGV充電時間小于4 min，那么說明電池蓄電性能下降明顯。

通過車載控制系統(tǒng)的OP7操作員終端，可以對充電過程中的AGV進(jìn)行電壓查看，充電過程中電池組電壓低于48 V說明電池組蓄電性能下降明顯。

2.2 對蓄電池的清潔及完好程度進(jìn)行檢查

穿戴好安全防護(hù)用具，將蓄電性能差的電池組從AGV中取出。對蓄電池組表面進(jìn)行清潔，查看各單元格電池之間的連接片、電極螺帽的松緊情況，檢查絕緣帽的完好程度，對老化、破裂的絕緣帽進(jìn)行更換；檢查單元格電池的表面有無被擊穿、腐蝕的現(xiàn)象，如果出現(xiàn)上述現(xiàn)象，直接更換此單元格電池。

2.3 電解液維護(hù)保養(yǎng)前的準(zhǔn)備工作

在對蓄電池的清潔及完好程度檢查結(jié)束后，人們需要對所有單元格電池進(jìn)行電解液比重檢測。測量電解液的比重是新的電池維護(hù)保養(yǎng)的核心部分。其間需要用到三種工具。一是比重計，它利用液體的浮力與密度的關(guān)系原理制成，用來測量電解液的比重，從而了解電解液的密度。二是電解液系統(tǒng)，由耐腐蝕材料制成，用來抽取電解液進(jìn)行測量。三是量杯，用來盛放抽取出來的電解液。

2.4 電解液檢測、添加

2.4.1 電解液檢測

使用電解液吸筒由單元格電池的電解液主入口處吸出定量電解液于量杯中，放入比重計使其懸浮于液面上，讀出比重計與液面相交的刻度。對于使用正常的蓄電池，電解液比重應(yīng)該控制在1.19～1.21。通過測量，若比重值低于正常值，說明氫氧化鉀（KOH）、氫氧化鋰（LiOH）大量損失，電池蓄電性能必然下降明顯[3-4]。

2.4.2 電解液添加

電解液比重檢測結(jié)果低于正常值，則添加電解液，用吸筒吸出單元格電池電解液總量的2/3，更換新配制的電解液至單元格電池高位；如果電解液比重檢測結(jié)果不低于正常值，則只需要直接用電解液吸筒添加蒸餾水至單元格電池高位；電解液比重檢測結(jié)果和正常值相同時，觀察電解液的液位，對于未到低位的電池液位再補(bǔ)償充電結(jié)束后加注新電解液，如果電解液液位到達(dá)低位，需要立刻加注新配置電解液至高位。

2.5 補(bǔ)償充電

將蓄電池組搬運(yùn)至充電站進(jìn)行補(bǔ)償充電，時間一般為12 h。檢查補(bǔ)償充電單元格電池電壓記錄：單元格電池的補(bǔ)償充電中電壓值低于1.65 V的單元格，或是補(bǔ)償充電后正常電壓值低于1.4 V，則需要更換該單元格電池。在補(bǔ)償充電過程中，如果單元格電池電壓值過高，到達(dá)1.8～1.9 V，人們需要檢查該電池單元的極板完好情況，極板破裂后，需要立刻更換單元格電池。補(bǔ)償充電時間一般為12 h。補(bǔ)償充電結(jié)束后，電池內(nèi)部表面溫度都很高，需要冷卻才能充分活化電解液里面的離子，延長使用時間。

2.6 補(bǔ)償充電后添加電解液

由于電解液在電池補(bǔ)償充電后會有溢出揮發(fā)等現(xiàn)象，為了優(yōu)化電池的蓄電性，電池在靜置至完全冷卻后還需要添加電解液。補(bǔ)償充電待冷卻后，觀察電池電解液添加口內(nèi)浮漂的位置，將電解液補(bǔ)充至高位再投入使用。

2.7 建立蓄電池組維保檔案

維護(hù)保養(yǎng)完成電池組后，及時填寫電池維保記錄和使用記錄表；把維護(hù)保養(yǎng)過的蓄電池組和使用在哪臺AGV小車上進(jìn)行詳細(xì)記錄，統(tǒng)計維護(hù)保養(yǎng)次數(shù)和電池的使用時間，為以后維護(hù)保養(yǎng)的成效提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

3 AGV車載蓄電池新維護(hù)保養(yǎng)方法實施效果

通過查閱、分析蓄電池維護(hù)檔案，筆者對同一輛AGV小車蓄電池更換的時間和此期間內(nèi)進(jìn)行的維保次數(shù)進(jìn)行了比對，如圖4所示。

圖4 蓄電性能差異對比

采用傳統(tǒng)電池維護(hù)保養(yǎng)方法，蓄電池組使用壽命基本能夠延長至1年左右，但是蓄電性能恢復(fù)空間較小。隨著時間的推移，越往后蓄電池維護(hù)保養(yǎng)周期越短且蓄電性能越來越差，在3年使用期里，人工維護(hù)保養(yǎng)需要進(jìn)行6～8次，耗時耗力。

采用新的電池維護(hù)保養(yǎng)方法后，蓄電池使用壽命周期可延長至4～5年，而且人工維護(hù)總次數(shù)僅為7～10次，屬于正常使用的電池維護(hù)保養(yǎng)周期。由此可見，采用改進(jìn)后的電池維護(hù)保養(yǎng)方法，可有效延長電池使用壽命且可以減小維護(hù)工作量。截至2018年，新的蓄電池維護(hù)保養(yǎng)方法已全面推廣應(yīng)用于紅河卷煙廠自動化物流系統(tǒng)所有AGV小車，取得了良好的應(yīng)用效果。