CN112311049B - 非接触供电超级电容rgv充电保护方法 - Google Patents

非接触供电超级电容rgv充电保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明所述的非接触供电超级电容RGV充电保护方法，针对现有非接触供电超级电容的充电电路，相应地提出一种充电保护控制电路和基于该电路的保护方法，以期实现超级电容充电电路的快充与启停控制、反充保护和零电量自动激活充电与保护的控制方式，实现超级电容在RGV行业应用的前景提升、有效地增加超级电容RGV充电的总体安全性能。所述充电保护方法基于接入RGV本体的超级电容充电电路连接充电保护电路，超容RGV充电保护电路包括接线端子X1、绝缘接线柱MC、反充保护模块、快充启停开关模块、零电量自动激活充电模块和零电量自动激活充电与保护模块。

Description

非接触供电超级电容RGV充电保护方法
技术领域
本发明涉及一种应用于非接触供电型超级电容RGV进行充电过程中进行相应安全保护的电路设计及其控制方法，属于电气设计领域。
背景技术
随着电商物流与生产自动化技术的快速发展，自动化物流***和自动化仓储***规模越来越大，非接触供电超级电容智能RGV已经成为自动化物流***和自动化仓储***必不可缺的设备之一。
现有RGV供电可分滑触线供电和超级电容(后面简称超容)供电，而RGV超容供电比滑触线供电在大电流充放电能力、高可靠性、维护性、便捷性及节能性均有很大优势。并随着超容逐步完善升级，密度的提高体积的减小，使得超容供电的需求逐步加快。超容RGV供电相比滑触线接触性供电有着较大的优势，但因超容安装于RGV设备本体，超容供电相比滑触线供电电路需多出一套充电电路，即超容充电电路。同时传统的超容RGV需与锂电池配合使用，即在超容电量不足已驱动本体控制器实现超容快充任务时，可以通过锂电池电量来实现RGV本体控制器的快充控制，但这无形中增加了锂电池的成本。
由于超容自身具备电气特性，超容RGV充电电路需考虑快速充电控制、反向充电保护和在零电量状态下如何实现自动激活充电和相应保护等环节。1)现有快充启停控制，针对RGV充电时效要求超容需满足在短时间时间内完成快充任务。当超容RGV在无任务或超容电量低时，超容RGV自动行驶至充电位进行快充，且因超容快充电流大(150-200A)，超容RGV充电刷块与货架刷板必须充分接触后才能接通充电电路实现快充，这主要是为了避免快充时因刷块与刷板未充分接触而产生拉弧打火甚至烧毁设备的情况出现。同理当超容RGV完成快充或快充过程中因执行任务离开充电位时，必须先断开充电电路，在驱使超容RGV离开充电位，这主要是为了避免快充过程中RGV本体刷块与货架刷板脱离时产生的拉弧打火甚至烧毁设备的情况出现。快充启停开关实现快充电路的接通与断开难点较多，如开关选型上不仅要重点考虑快充充电电流大的因素，且也要考虑如何确保快充启停开关开合的有效性，以提高启停控制开关和充电电路的稳定性；2)现有反充保护，RGV超容为有极性超级电容，即分正负极且充电极性不可反接，正负接反会导致本超容无法正常工作甚至损坏。为避免超容充电电路出线正负反接情况，需在充电电路中增加反充电保护；3)现有零电量自动激活充电，当超容RGV因长时间停滞超容电量耗尽或因调试等原因导致超容电量耗尽时，本体控制器无法正常启动快充开关来完成充电任务，所以需增加零电量自动激活电路来激活控制器实现快充。现有电路设计中还无法解决应用零电量自动激活的慢充充电电路进行短时间为超容充电的问题，且电路设计成本较大而无法按照快充满足大电流的电路设计；4)现有零电量充电电路保护，还未相关增加限流电阻来保障电路安全的设计，同时还需考虑RGV本体控制器故障无法启动快充及及时断开零电量激活电路情况，如电路温度异常问题和发生线路温度异常时如何快速自动地断开充电电路来保护充电电路、以及如何待温度正常后自动恢复充电电路工作的控制环节。
有鉴于此，特提出本专利申请。
发明内容
本发明所述的非接触供电超级电容RGV充电保护方法，在于解决上述现有技术存在的问题而针对现有非接触供电超级电容的充电电路，相应地提出一种充电保护控制电路和基于该电路的保护方法，以期实现超级电容充电电路的快充与启停控制、反充保护和零电量自动激活充电与保护的控制方式，实现超级电容在RGV行业应用的前景提升、有效地增加超级电容RGV充电的总体安全性能。
为实现上述设计目的，所述非接触供电超级电容RGV充电保护方法，基于接入RGV本体的超级电容充电电路连接充电保护电路，超容RGV充电保护电路包括接线端子X1、绝缘接线柱MC、反充保护模块、快充启停开关模块、零电量自动激活充电与保护模块和零电量自动激活充电模块；绝缘接线柱MC构成与超级电容RGV充电电路的进/出线连接；基于反充保护模块中的二极管VDI对整体充电电路进行反接保护；快充启停控制由第一快充启停模块中的直流接触器KM1.1主触点实现，超容RGV控制器对第二快充启停模块中接触器KM1线圈的控制完成快充主电路的接通与断开，第三快充启停模块中的辅助触点KM1.2将接触器KM1的工作情况反馈至超容RGV控制器；零电量自动激活充电模块由继电器KA1线圈实现，并受控于超容RGV控制器控制，当超容零电量或低电量无法启动RGV控制器时继电器KA1线圈失电，零电量自动激活充电与保护电路模块接通充电电路并完成零电量充电激活；零电量自动激活充电与保护模块的直流继电器KA1.1常闭触点、限流电阻R0及温控开关S0串联并与第一快充启停模块并联组成激活电路。
进一步地，所述非接触供电超级电容RGV充电保护方法包括以下具体实现流程：
1)超容低电量充电
超容RGV控制器检测到超容容量降至充电容量时，超容RGV控制器控制快充启停开关KM1.1主触点吸合接通DC48V超容快充充电电路，零电量自动激活充电模块因直流继电器KA1.1常闭触点断开而无法开启；反充保护模块与第一至第三快充启停模块为有效电路，零电量自动激活充电与保护模块为无效电路；
2)零电量自动激活充电
超容RGV处于零电量状态时，超容RGV控制器不能正常启动，无法控制第一快充启停模块中的直流接触器KM1.1主触点吸合实现快充；零电量自动激活充电与保护模块中的直流继电器KA1.1常闭点不在受控范围内而处于闭合状态，超容RGV通过零电量自动激活充电模块进行充电；
当超容充电电量能够把超容RGV控制器激活时，超容RGV控制器会控制第一快充启停模块中的直接接触器KM1.1主触点吸合以完成快充，同时将零电量自动激活充电与保护模块中的直流继电器KA1.1常闭点断开，零电量自动激活充电模块被切断；
该阶段，先是反充保护模块与零电量自动激活充电与保护模块为有效电路，第一至第三快充启停模块为无效电路；而当超容经激活充电且电量能够把超容RGV控制器激活后，则反充保护模块与第一至第三快充启停模块为有效电路，零电量自动激活充电与保护模块转为无效电路。
综上内容，本申请所述非接触供电超级电容RGV充电保护方法具有以下优点：1、提出一种各保护功能模块化设计的电路设计方案，对于上述现有技术问题针对性提出解决方案，每一种保护模块可后续得以扩展与增强，整体设计成本较低、应用与升级前景较佳。
2、针对现有超容快速与零电量状态下的充电操作提供全方位安全保护，使用效果较为全面与突出。
3、能够结合超容本体和其控制端的接入实现智能控制，充电环境监测较为灵敏，异常情况发生时反应速度较快，特别地适用于规模较大的自动化物流***和自动化
仓储***。
附图说明
现结合以下附图来进一步地说明本发明。
图1是所述超容RGV充电保护电路的结构示意图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想。图中显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例1，如图1所示，所述非接触供电超级电容RGV充电保护方法，基于接入RGV本体的超级电容、充电刷块及刷板充电电路，增加包括下述结构的充电保护电路。
超容RGV充电保护电路，包括接线端子X1、绝缘接线柱MC、反充保护模块、快充启停开关模块、零电量自动激活充电与保护模块、零电量自动激活充电模块。
其中，绝缘接线柱MC，用与连接超级电容RGV充电电路的进/出线，可选材不饱和聚酯玻璃纤维树脂，以具备耐温高、强度好和绝缘性强等优点来保障快充200A电路的安全；
反充保护模块，包括至少一组二极管VDI；图1中，充电进线经过MC-01接线柱接入并联连接二极管VDI1、VDI2，基于二极管的单向导电性来实现整体充电电路的反充保护即反接保护，二极管VDI采用肖特基二极管(Vr：150V,Io：100A)来满足快充电路需求；
快充启停开关模块，启停控制由第一快充启停模块中的直流接触器KM1.1主触点实现；图中，充电进线电路经过反充保护模块后连接直流接触器KM1.1主触点，然后连接绝缘接线柱MC-02、并与超级电容正极相连接；直流接触器KM1.1主触点是通过超容RGV控制器实现对第二快充启停模块中接触器KM1线圈的控制，从而完成快充主电路的接通与断开。同时，第三快充启停模块中的辅助触点KM1.2可将接触器KM1的工作情况反馈至超容RGV控制器，以完成随机时刻监控所述快充启停开关模块整体启停开关动作的控制结果，最大限度地保证非接触供电超级电容RGV充电电路安全稳定地运行；
零电量自动激活充电模块，由继电器KA1线圈实现，并受控于超容RGV控制器控制，当超容零电量或低电量无法启动RGV控制器时继电器KA1线圈失电，零电量自动激活充电与保护电路模块接通电路并完成零电量充电激活。
零电量自动激活充电与保护模块，由直流继电器常闭触点KA1.1、限流电阻R0及温控开关S0串联并与第一快充启停模块并联组成激活电路，以实现超容RGV零电量自动激活充电任务的功能。当超容处于零电量状态而无法自动启动超容RGV控制器时，此时第一快充启停模块中的直流接触器KM1.1主触点无法接通，充电电路由MC-01接线柱接入并联连接的二极管VDI1、VDI2，经直流继电器KA1.1常闭触点到限流电阻R0、温控开SO再与绝缘接线柱MC-02相连，则与超容正极完成电路导通连接而实现零电量自动激活充电。超容经所述的零电量自动激活充电与保护模块充电时可实现激活快充电路，即超容RGV控制器能够控制超容的KM线圈。另外，电路中的限流电阻R0与温控开关S0还可起到限流与温度保护作用。即当超容RGV控制器出现异常时，即不能有效地切断上述零电量自动激活充电模块，线路中的限流电阻R0温度会逐步升高，当温度升至于温控开关S0的关断温度(如设定极值≥85℃)后可自动切断电路，来实现零电量充电电路保护。
接线端子X1，提供超容RGV控制器控制超容第二快充启停模块KM1与第三快充启停模块KM1.2及零电量自动激活充电模块KA1的电路接线。
应用上述非接触供电超级电容RGV充电保护电路及其保护方法的实现流程如下：
1)超容低电量充电
超容RGV控制器检测到超容容量降至充电容量时，RGV行驶至充电位(RGV本体刷块与刷板会充分接触)，超容RGV控制器控制快充启停开关KM1.1主触点吸合接通DC48V超容快充充电电路，而此时的零电量自动激活充电模块会因直流继电器KA1.1常闭触点断开而无法开启；因此，此阶段只有反充保护模块与第一至第三快充启停模块为有效电路，零电量自动激活充电与保护模块为无效电路；
2)零电量自动激活充电
超容RGV因长时间停滞超容电量耗尽或因调试等原因导致超容电量耗尽时，在充电位由于超容RGV控制器不能正常启动，无法控制第一快充启停模块中的直流接触器KM1.1主触点吸合实现快充，此时零电量自动激活充电与保护模块中的直流继电器KA1.1常闭点不在受控范围内而处于闭合状态，超容RGV则会通过零电量自动激活充电模块进行充电；
当超容充电电量能够把超容RGV控制器激活时，超容RGV控制器会控制第一快充启停模块中的直接接触器KM1.1主触点吸合以完成快充，同时将零电量自动激活充电与保护模块中的直流继电器KA1.1常闭点断开，以将零电量自动激活充电模块切断，进而完成超容在零电量状态下的自动激活充电。
该阶段，先是反充保护模块与零电量自动激活充电与保护模块为有效电路，第一至第三快充启停模块为无效电路；而当超容经激活充电且电量能够把超容RGV控制器激活后，则反充保护模块与第一至第三快充启停模块为有效电路，零电量自动激活充电与保护模块转为无效电路。
综上内容，结合附图中给出的实施例仅是优选方案。对于所属领域技术人员来说可以据此得到启示，而直接推导出符合本发明设计构思的其他替代结构，也应属于本发明所述的方案范围。

Claims (2)

1.一种非接触供电超级电容RGV充电保护方法，其特征在于：基于接入RGV本体的超级电容RGV充电电路连接超级电容RGV充电保护电路，超级电容RGV充电保护电路包括接线端子X1、绝缘接线柱MC、反充保护模块、快充启停开关模块、零电量自动激活充电模块和零电量自动激活充电与保护模块；
绝缘接线柱MC构成与超级电容RGV充电电路的进线和出线连接；
基于反充保护模块中的二极管VDI对整体充电电路进行反接保护；
快充启停控制由第一快充启停模块中的直流接触器KM1.1主触点实现，超级电容RGV控制器对第二快充启停模块中接触器KM1线圈的控制完成快充主电路的接通与断开，第三快充启停模块中的辅助触点KM1.2将接触器KM1的工作情况反馈至超级电容RGV控制器；
零电量自动激活充电模块由继电器KA1线圈实现，并受控于超级电容RGV控制器控制；当超级电容零电量或低电量无法启动超级电容RGV控制器时，继电器KA1线圈失电，零电量自动激活充电与保护电路模块接通超级电容RGV充电电路并完成零电量充电激活；
零电量自动激活充电与保护模块的直流继电器KA1.1常闭触点、限流电阻R0及温控开关S0串联并与第一快充启停模块并联组成激活电路。
2.根据权利要求1所述的非接触供电超级电容RGV充电保护方法，其特征在于：包括以下实现流程，
1)超级电容低电量充电
超级电容RGV控制器检测到超级电容容量降至充电容量时，超级电容RGV控制器控制快充启停开关KM1.1主触点吸合接通DC48V超级电容快充充电电路，零电量自动激活充电模块因直流继电器KA1.1常闭触点断开而无法开启；反充保护模块与第一至第三快充启停模块为有效电路，零电量自动激活充电与保护模块为无效电路；
2)零电量自动激活充电
超级电容RGV处于零电量状态时，超级电容RGV控制器不能正常启动，无法控制第一快充启停模块中的直流接触器KM1.1主触点吸合实现快充；零电量自动激活充电与保护模块中的直流继电器KA1.1常闭点不在受控范围内而处于闭合状态，超级电容RGV通过零电量自动激活充电模块进行充电；
当超级电容充电电量能够把超级电容RGV控制器激活时，超级电容RGV控制器会控制第一快充启停模块中的直接接触器KM1.1主触点吸合以完成快充，同时将零电量自动激活充电与保护模块中的直流继电器KA1.1常闭点断开，零电量自动激活充电模块被切断；
该阶段，先是反充保护模块与零电量自动激活充电与保护模块为有效电路，第一至第三快充启停模块为无效电路；而当超级电容经激活充电且电量能够把超级电容RGV控制器激活后，则反充保护模块与第一至第三快充启停模块为有效电路，零电量自动激活充电与保护模块转为无效电路。
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