AGV车用锂离子电容的研究

AGV车用锂离子电容的研究

自动导引运输车(AGV, Automated Guided Vehicles)是指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿自动导引路径行驶，具有安全保护及运输功能的移动机器人。

由于AGV运输速度快，自动化程度高，安全可靠，性价比好，自20世纪80年代以来，AGV成为生产物流系统中的专业分支之一，逐渐趋于产业化发展。

AGV是一种融合了电子技术和机械技术的典型机电一体化产品。随着各种AGV新产品的开发，AGV技术在不断发展，一些先进的传感器，电子电力器件，光电器件，以及电池技术逐渐集成到AGV新产品及系统技术中去。

动力电池作为AGV自动化输送的核心部件，其性能优劣直接影响AGV能否稳定、高效、可靠的运行。

传统动力电池分析

传统的AGV动力单元主要有铅酸电池、镍镉电池以及锂离子电池。铅酸电池性能稳定，价格低，但其充电慢，容量低，低温充放电能力差；镍镉电池耐过充放电能力强，但其使用寿命短，对环境有污染，并存在记忆效应。在AGV小车的使用中，铅酸和镍镉电池一般是充电8小时工作8小时，耗完电后需人工拆装电池更换新电池，并且需配备专门的充电器，不仅增加了人工成本，而且占用了更多空间；不仅维护时间短，使用寿命短也是其软肋。

锂离子电池虽然较其他蓄电池能量密度高，自放电率低，但其大功率充电性能差，充放电比低。在AGV小车使用中，锂离子电池通常采用浅充浅放的形式工作，一般放电整体容量的10%后再充电10%容量，在一定程度上同样实现24小时的不间断工作，但是锂离子电池模组在持续工作中的安全性有待考量，使用寿命相对较短，且模组体积相对较大，无法实现轻量化结构设计。因此，传统的蓄电池作为AGV动力单元还存在很多缺陷。

超级电容器，作为一种新型储能装置，近年来在新能源行业逐渐步入高速发展的阶段。不同于锂离子电池的储能机理，超级电容器储能是一种高度可逆的物理过程，因此超级电容器具有功率密度大，充放电速率快，循环使用寿命长等特点。

但在AGV车载动力单元中，超级电容器模组真是其选择吗？答案是否定的。超级电容器虽然可以为AGV装载、启动提供瞬时大电流，但其能量密度低，自放电率高，作为单一的AGV车载动力单元还存在不少问题。

目前，有人提出将混合动力单元作为AGV车载电源装置，即超级电容器与蓄电池混合储能。超级电容提供电机启动或装载时大电流放电动力，蓄电池提供AGV启动后平稳运行的动力，从而弥补蓄电池在启动过程中的不足。但该方法缺陷是不能避免超级电容器自放电导致能量损失的弊端，以及在AGV再启动前需要对超级电容进行再充电。

锂离子电容器优势突出

锂离子电容器作为一种新型的功率型电池，可以很好地满足AGV小车的使用工况(AGV在工作期间需要完成装载，启动，加速，稳定运行，急停，制动和卸载等，因此要求电源能够适应频繁大电流放电，具有循环使用周期长，能量易回收以及环境无污染等特性)。

简单来讲，锂离子电容器是超级电容器和锂离子电池的混合体，正极采用超级电容器正极材料，负极采用锂离子电池负极材料，电池充电时，锂离子脱离正极材料的表面，经过电解液和隔膜后插入到负极材料的晶格中，放电时，锂离子从负极材料的晶格中脱出，经过电解液回到正极材料的表面，与正极电荷形成双电层。因此，锂离子电容器兼具超级电容器的高功率输出(其功率密度远大于蓄电池)、长循环寿命以及锂离子电池高能量密度的特性。

作为AGV车载动力单元，锂离子电容器性能尤为突出。AGV小车运行特点是低功率浅放电及大电流快速充电模式。AGV系统在浅放电模式下工作，循环快速充电的损失极少，所以需要定期补偿充电的周期很长，至少超过了2000小时，且每次大电流短时充电不超过12小时，便于AGV电池的维护保养。

锂离子电容器具备大电流充电接受能力，不会因为大电流充电而造成AGV小车动力单元的损坏，且其充放电比高达1:40，满足AGV小车快充浅放的工作模式；锂离子电容器的使用寿命长，常温下支持百万次循环充放电，浮充寿命高达10年；此外锂离子电容器的工作温度范围宽，适应温度在-30℃-65℃，能够允许AGV小车在较高及较低温的环境下工作，并且无热失控现象，安全可靠性极高。锂离子电容器有效缓解了传统蓄电池及超级电容器中出现的问题，能够保证AGV小车连续、稳定、安全的工作。

再从生产成本上看，尽管锂离子电容器目前的生产成本略高，但其使用寿命及维护周期长，因此从长远角度看，锂离子电容器的使用成本并不算高。且随着今后锂离子电容器产业化的发展，其成本将会逐年降低，以便更好地满足社会大众化需求。因此，不管从性能还是成本方面来讲，锂离子电容器是目前AGV小车动力单元的候选。