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最大的专业分支之一，逐渐趋于产业化发展。

　　目前，AGV在欧美发达国家的运用最为广泛，在亚洲的日本和韩国也得到广泛的关注，在我国，AGV运用随着物流系统的快速发展也在不断地扩展，比如在柔性加工系统、柔性装配系统，自动化立体仓库以及其他危险场所和特种行业。

　　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。

　　20世纪90年代发展起来的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最佳选择吗？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。