一、立项背景

水平运输系统作为连接全自动化集装箱码头岸边装卸系统和堆场装卸系统的枢纽，对全自动化集装箱码头起着至关重要的作用。目前，已投产或在建的自动化码头水平运输系统多采用AGV，动力形式主要有：燃油动力、油电混合动力和纯电动三种。其中，燃油动力存在耗能高、排放大等缺点,已被淘汰；混合动力可节省约20%的能源,但系统复杂；目前欧洲自动化码头主要采用铅酸电池作为AGV的动力源，但铅酸电池存在充电慢的缺点，完成一次充电过程需要6小时以上，且续航时间只有6-8个小时，为此须配备等量的备用电池组才能满足连续作业的需要。目前，国外最新的自动化码头,如荷兰鹿特丹的RWG、APMT-MV2、美国长滩的LBCT等，均采用铅酸电池换电方案。

为解决自动化码头水平运输系统AGV整体换电投资大、运行成本高、风险集中等弊端，需创新研发一种新的充电模式和充电系统，在码头生产作业同时完成充电，提高码头作业效率，降低码头投资成本，助推自动化集装箱码头快速发展。

二、项目原理及主要做法

本项目提出了AGV分布式浅充浅放新的充电模式，研发了长寿命、高倍率、大电流充放能力钛酸锂电池的AGV电池动力系统，大幅度降低了自动化集装箱码头AGV电池容量、整机重量、单位能耗，节约了码头建设费用。

1、AGV分布式浅充浅放循环充电策略及方法

根据自动化集装箱码头的作业流程，制定了合理的AGV充电策略及AGV运行调度策略，开发出适应自动化码头作业流程的分布式浅充浅放循环充电流程，即AGV作业、充电二合一，始终确保AGV电池电量维持在一个最优区间。

与国外整体换电技术相比，采用循环充电技术的AGV可不受续航里程影响，无需换电而导致车辆频繁的退出加入车队，不但节省投资，而且整个水平运输系统的装卸效率可以提高5-7%。

2、基于钛酸锂电池的AGV电池动力系统

设计研发AGV电池动力系统，采用具有高倍率、大电流充放能力的钛酸锂电池，配备先进的电池管理系统（BMS），电池利用采取浅充浅放，电池组的预期寿命不低于10年。通过配备智能液体循环温控系统，确保电池模块中电芯工作在最佳温度，可发挥锂电池的最佳充放电性能。

与国内外先进的自动化集装箱码头普遍采用的整体换电技术对比，AGV车载电池装机容量降低75%，无需建设换电站，无需配备备用电池；电池容量降低导致AGV自重降低30%，单位能耗降低25%；与整体换电技术所采用的满充满放的电池使用方式相比，循环充电技术采用浅充浅放原则，电池组使用寿命可延长3-5倍。

3、基于四连杆机构的高度自适应AGV车载可伸缩集电技术，集成了防雨、防尘、防冰雪的AGV滑触线充电系统

设计开发了一套AGV取电、供电装置，该装置主要包括安装在AGV车体上的可伸缩集电器和安装在交互支架处的地面供电滑触线。

与整体换电技术动辄造价上亿元的电池换电站相比，该技术的取电供电装置原理简单、造价低廉、稳定可靠、维护方便、可全天候使用，运行风险小，任何一个充电装置出现故障，均不会影响整个自动化码头作业生产，极具推广价值。

4、AGV循环充电实时管理与控制系统

AGV循环充电实时管理与控制系统由TOS和ECS共同完成，TOS和ECS根据BMS的电量信息调度控制整个车队实现不同策略下的AGV补电。整个作业过程中TOS和ECS始终对整个AGV车队的充电进行实时管理与控制，TOS通过ECS与单机电池管理系统（BMS）进行通讯，及时掌握AGV电池动力系统信息，实施对AGV的充电进行管理，确保AGV的电量始终维持在一个最优区间。

三、项目创新点

1、首次提出了分布式浅充浅放循环充电新模式，研发了长寿命、高倍率、大电流充放能力钛酸锂电池AGV动力系统，大幅度降低了自动化集装箱码头AGV电池容量、整机重量、单位能耗，节约了码头建设费用。

2、创新开发了集装箱堆场海侧交互区装卸作业和充电并行的AGV循环充电技术，取消了换电环节，实现了续航时间无限制，降低了AGV配备数量。

3、研发了基于四连杆机构的高度自适应AGV车载可伸缩集电技术，集成了防雨、防尘、防冰雪的AGV滑触线充电系统。

4、首次开发了循环充电实时管理与控制系统，实现了自动化码头装卸作业过程中TOS和ECS对AGV充电的优化管理。

四、经济效益和社会效益

1、经济效益

（1）节省换电站、备用电池和电池更新等费用19100万元。国内合作研发设备控制系统（ECS），节省国外软件购置费约7000万元。

（2）生产作业同时完成电能补充，将AGV作业、充电二合一，一次充电所获得的电能补充始终大于AGV一个循环所消耗的电能，确保AGV电池电量维持在一个最合理的区间，实现了AGV续航时间无限制。无需换电而导致车辆频繁的退出加入车队，不但节省投资，而且整个水平运输系统的装卸效率可以提高5-7%。

（3）循环充电技术采用钛酸锂电池技术，绿色、节能、环保，实现二氧化碳零排放，年减少二氧化碳排放500吨。

（4）本项目共计节省集卡司机152人，每年节约人工成本2280万元，以10年为一周期，共计节省人工成本2.28亿元。

2、社会效益

本项目创新性的应用了钛酸锂电池技术，绿色、节能、环保，实现二氧化碳零排放。与国外自动化码头柴油机动力和铅酸电池动力具有非常强的优势，同时钛酸锂电池动力系统也完全符合国家关于节能、环保的发展要求，具有较高的推广价值。

目前国内外拟进行自动化集装箱码头建设的港口，纷纷到青岛港考察调研，对AGV的动力系统和循环充电系统给予高度关注。

五、应用范围

与传统换电式相比，循环充电系统具有造价低、能耗低、风险小、易维护等优点，技术可在港口、物流、公交等领域开展相似推广，技术应用前景广阔。