7月的上海洋山四期自動(dòng)化碼頭，155臺(tái)自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車（以下簡稱AGV）組成的 “智慧駝群”在場地上穿梭不息。上海振華重工集團(tuán)在全球港機(jī)行業(yè)首創(chuàng)的AGV換電系統(tǒng)，正以24小時(shí)全天候的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，為這個(gè)全球單體最大自動(dòng)化碼頭的吞吐量屢創(chuàng)新高提供強(qiáng)勁動(dòng)能。

項(xiàng)目工程師劉明亮介紹：“我們在港區(qū)內(nèi)建造了兩座自動(dòng)化換電站，配置了電池2小時(shí)從0到100%電量的快充技術(shù)，宛如‘自助餐廳’，保證AGV車隊(duì)電池隨取隨用。換電站搭載智能換電系統(tǒng)，由機(jī)器人為AGV更換電池。”根據(jù)測算，從AGV進(jìn)入換電站拆卸下乏電電池到安裝好滿電電池，全程用時(shí)不超過6分鐘，省去停機(jī)充電的等待時(shí)間，提高運(yùn)行效率超過20%，全過程零碳排放，節(jié)省能耗40%以上，為港口構(gòu)建起高效低碳的能源補(bǔ)給體系。

回溯換電系統(tǒng)的研發(fā)過程，首先擺在項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)面前的是電池包的搬運(yùn)問題。AGV電池重量超過5噸，堪比一頭成年大象。常見的使用叉車搬運(yùn)模式在狹長的換電站內(nèi)有極大的安全隱患，也制約多車換電效率。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)聚在一起研究規(guī)劃圖，頭腦風(fēng)暴幾個(gè)小時(shí)后，有人提出換電站本質(zhì)上就像是一座“裝著海量插座的大倉庫”，電池包就是插在貨架上充電的貨物。順著這個(gè)思路，團(tuán)隊(duì)找到常運(yùn)用于高密度立體倉庫的一種智能搬運(yùn)設(shè)備——雙門柱形堆垛機(jī)，這一設(shè)備就像個(gè)靈活的“大力士”：身材苗條不占地方，能沿著軌道快速橫移，貨叉升降速度快，承載能力強(qiáng)，非常適合在換電站這種標(biāo)準(zhǔn)化的“工作間”里高效干活。

然而，電池包的安裝要求極高，與充電架/AGV車身對(duì)接的誤差必須控制在3毫米以內(nèi)，所以需要更加高精度機(jī)械設(shè)備來完成換電過程。于是，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)以此款堆垛機(jī)為藍(lán)本，設(shè)計(jì)研發(fā)一款換電機(jī)器人，而如何精確控制機(jī)器人移取動(dòng)作是重中之重。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)快馬加鞭，廣泛搜集研究資料，在辦公室搭建等比例微縮模型，拆解機(jī)器人整套換電動(dòng)作，用多種先進(jìn)算法模型和智能計(jì)算反復(fù)推導(dǎo)控制參數(shù)。經(jīng)過成百上千次的驗(yàn)證與模型模擬實(shí)驗(yàn)，形成適用于AGV換電的速度、位置、電流三位一體實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制的系統(tǒng)框架。同時(shí)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還為機(jī)器人外置定位系統(tǒng)，加上傳感器的“眼睛”，動(dòng)態(tài)檢測各項(xiàng)信號(hào)，保護(hù)機(jī)械結(jié)構(gòu)，防止人車誤入。

當(dāng)然，換電系統(tǒng)功能不僅僅局限于電池更換環(huán)節(jié)。AGV在行駛過程中，換電系統(tǒng)扮演著智能“調(diào)度員”的角色，它能一邊通過智能監(jiān)控實(shí)時(shí)獲取電池的狀態(tài)“報(bào)告”，一邊和調(diào)度系統(tǒng)“通氣”，輔助實(shí)現(xiàn)AGV作業(yè)路線優(yōu)化與異常狀態(tài)報(bào)警。“搭建這個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)真是一塊極其難啃的硬骨頭！”回憶起當(dāng)時(shí)的經(jīng)歷，劉明亮感慨萬千。

此外，為了讓換電管理更加科學(xué)、低碳，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還為換電系統(tǒng)拓展了電池全生命周期管理功能，通過歷史數(shù)據(jù)和外部樣本數(shù)據(jù)，估算電池健康狀況，制定維護(hù)計(jì)劃，生成可視化報(bào)表，讓電池在“數(shù)字管家”的呵護(hù)下煥發(fā)更持久的綠色能量，守護(hù)“智慧駝群”的綠色奔跑路。

AGV換電系統(tǒng)應(yīng)用前景不止于港口物流運(yùn)輸終端。在“雙碳”目標(biāo)引領(lǐng)下，AGV換電系統(tǒng)的綠色基因正釋放更大價(jià)值。從智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)緣起到智慧物流運(yùn)輸應(yīng)用，這份經(jīng)受時(shí)間檢驗(yàn)的換電技術(shù)方案必將在更多節(jié)能智造領(lǐng)域閃爍光芒。

文：陳新宇/港機(jī)重工

圖：劉明亮/港機(jī)重工

編輯：陸怡艷/上海振華重工集團(tuán)