新能源汽車電池模組的自動化緩存輸送系統的設計

陳玉玲　楊海波　王丹紅　劉智勇

摘要：隨著能源和環保問題越來越被全球關注，新能源汽車開始逐漸替代燃油車。電池模組作為新能源汽車儲能的核心部件，生產加工過程中電池的自動倉儲系統的設計尤其重要。自動化緩存輸送系統包括堆垛機系統、貨架系統、輸送帶系統、運載小車系統、總控系統等，對此設計依據新能源汽車用電池模組緩存輸送的特點進行詳細的分析與計算。

關鍵詞：自動倉儲;堆垛機;運載小車;新能源汽車;電池模組

0? 引言

本文是對一新型的新能源汽車電池模組自動緩沖和運輸系統開展設計工作，具體方案介紹如下：貨架設計為兩排、二十列、二十層，累計可以擺放模組料箱1500箱，每個模組料箱之中可以擺放電池模組一塊。在兩排貨架之間擺放一臺堆垛機，此設備的用途是實現模組料箱的運輸及出入庫。設計的自動緩沖和運輸系統總空間占有為：二十一米長、四米二寬、高為九米二。緩存系統的主要參數如下：料箱尺寸為八點五米長、四點五米寬、一點七五米高，最大承重量設計要求小于一百五十市斤;貨架為牛腿式組合貨架，單柱腳的最大載荷為一千公斤;堆垛機結構是單立柱形式，水平運行速度為一百六十米每分鐘;升降速度六十米每分鐘（負載）、八十米每分鐘（空載）;額定載荷重量（凈載荷）不小于一百五十市斤;輸送機輸送速度為每分鐘五米到十五米;運載小車移動速度為每分鐘四十米。

1? 自動緩存系統硬件的設計

1.1 組合貨架的設計介紹

做為高層貨架存儲區中緩存托盤貨物的主體結構，牛腿式組合貨架屬于鋼結構貨架，主要由貨架模塊、貨梁和加固的支撐桿。將電池模塊放入貨箱后，將貨箱通過堆垛機移至貨架分區，并將一個貨箱存儲在每個貨格中。

1.2 堆垛機的設計情況

有軌巷道堆垛起重機是用于高層貨架上存儲和拿取貨物的重點起重設備，該設備能夠實現按水平軌道（單軌）的移動，而貨物轉運平臺（帶有伸縮叉）可以沿著堆垛機得立柱垂直移動。伸縮叉可以延伸到道路兩側的貨艙，起重機的構成主要有七大部分，分別是立柱支撐結構、載貨臺、行走機構、舉升機構、叉擴展機構、電控系統和安全設施等。

1.3? 出/入庫輸送機系統的設計

出/入庫輸送機系統也就是水平輸送機，該裝置的主要功能是將入庫料箱輸送到堆垛機操作的原始位置，或將出庫料箱輸送到出口，裝置由與道路平行的滾筒輸送機構成。出/入庫輸送機系統可根據緩存輸送物料節拍并行擴展，以滿足大流量、高節拍的物料運輸要求。

1.4 移載小車機構系統的設計

移載小車系統是將出入庫料箱貨物高頻、高效輸送至取用料位置的往復移動輸送設備。由移載小車本體、傳動輸送帶、車上滾筒及到位安全信號反饋裝置組成。（圖4）

1.5 電氣制控部分的設計

電控部分指的是用于接收調度系統的指令、協調對應設備執行相應的運動控制的部分，其中主要包括堆垛機、輸送線等設備的控制柜、線纜、傳感器等部件。

控制柜中包括對緩存堆垛機各個軸運動的伺服控制系統，對外部設備邏輯及安全信號進行采集控制的PLC邏輯處理單元、以及針對各個部件機構的執行單元。

2? 軟件部分的設計

2.1 總控制調度系統的設計

緩存控制調度系統是緩存輸送系統的大腦，通過上層MES系統發來的任務訂單信息，根據作業調度原則對緩存系統中的電池模組料箱物料進行庫位分類、匹配、揀選、特定物料出入庫等操作。

分類包括將不同種類型號的電池模組進行分類存儲、針對MES系統發來的任務訂單信息進行物料匹配并告知堆垛機運動控制系統進行揀選，將MES所需物料進行相關的出入庫操作。

2.2 貨物入庫通訊流程

系統讀取料箱上二維碼形式傳遞貨物信息，入庫的第三方MES系統將貨物信息寫入到緩存輸送總控系統中，立體庫系統讀取條碼信息后調用MES數據，實現貨物入庫信息的輸入。貨物入庫時，立體庫讀取貨物型號信息，并將型號信息發送MES系統;MES系統將對應貨物的詳細信息傳輸給立體庫系統，有貨物入庫都需從來料點操作，總控系統將物料位置信息發送給堆垛機運動控制系統，運動控制系統將物料送入緩存系統特定位置。

2.3 貨物出庫通訊流程

上層MES系統向緩存系統發布訂單，緩存系統接收上層MES系統訂單，同時按訂單組織貨物出庫。上層MES系統向緩存系統提供訂單時，緩存系統運動控制系統根據訂單中詳細物料位置信息到相關位置取料，將其運送至輸出輸送線上，并有移載小車運送至物料輸出端。

3? 自動緩存系統控制模式設計

3.1 手動修調模式

自動緩存輸送系統具備手動修調模式，在系統切換為手動修調模式下可以通過觸摸屏控制面板實現堆垛機U軸、V軸、W軸的正負方向運動并可以通過軸運動倍率按鈕調節各軸運行速度;可以實現輸送線設備聯調的正反轉功能并具備物料到位停止功能;可以實現X向小車及Y向小車的點對點移動功能。實現了所有設備的手動修調功能。

3.2 自動運行模式

自動緩存輸送系統在自動運行模式下，設備實時接收上位機傳輸上下貨訂單任務。

物料上貨流程：物料由人工上料口經過X向移載小車送至Y小車接貨位置與Y小車對接，物料經過Y小車運送至堆垛機上料位置，由堆垛機貨叉插入取料至堆垛機取料平臺，再由堆垛機根據訂單存入信息將物料準確送入緩存庫相應貨位。

物料下貨流程：由上位機發出指令，物料由緩存庫相應庫位取出，運送至對應需求物料輸送線，再由輸送線將貨物運送至取貨位置，等待機器人取料，機器人取料完成，由X向移動小車與對應輸送線對接，將空料箱運送至人工上下料口。

3.3 中斷運行模式

在自動運行模式下，如若發生導致控制系統急停類報警，導致堆垛機當前任務執未完成，則可進行中斷點運行啟動操作。

中斷模式下，自動緩存輸送設備首先會進入初始化流程，將之前未完成任務進行對應動作恢復狀態，重新判斷任務分步，再由當前步驟繼續向下執行，直至所有動作執行完成。

執行中斷點啟動后，堆垛機設備會繼續執行上一次未完成的運行任務，任務結束向總控系統發出任務完成信號。

4? 現場環境部分的要求

4.1 廠房要求

空間需求：要求可使用的貨架空間高度至少為九米以上，這樣可以為緩沖系統的安裝和維護預留足夠的空間。

地基需求：可以在常規水泥地面上進行處理，要求對于膨脹螺栓或化學螺栓安裝處的水泥厚度必須至少為二百毫米以上。

高度需求：海拔不能高于一千米;

環境溫度：在五攝氏度到四十攝氏度之間;

最高溫度不大于四十攝氏度;

相對濕度不超過百分之五十。

4.2 電能質量要求

電源電壓要求：三相五線制的三百八十伏交流電，電壓偏差必須滿足國家標準《GB/T 12325-2008 電能質量供電電壓偏差》及《GB/T12326-2008電能質量電壓波動與閃變》的相關要求。

電源電壓相間平衡應符合國標《GB/T 15543-2008 電能質量三相電壓不平衡》的規定。

電源頻率要求：五十赫茲，同時頻率偏差應滿足國家標準《GB/T 15945-2008電能質量電力系統頻率偏差》的規定。電源接地要求：電源接地電阻不可以大于一歐姆。

4.3 壓縮空氣要求

處理要求：需要將水汽和雜質進行過濾，壓縮空氣質量標準應該高于國家標準GB/T13277-91《一般用壓縮空氣質量等級》的要求;壓力數值要求大于等于零點六兆帕。

5? 結語

本文設計的緩存輸送系統不僅可以用來存儲新能源動力電池產品，同時還可以衍生及拓展使用到其他產品的存儲過程中，能夠大幅度的提升產品出入庫工作的效率和準確度。

參考文獻：

[1]徐灝主編.機械設計手冊[M].北京：機械工業出版社，1991.

[2]劉德凱.機械工程自動化技術存在的問題及對策探析[J].內燃機與配件，2019（24）：213-214.

[3]山榮成，盧宗慧，鄒東紅，滿運超，周強龍，萬英和.高鐵轉向架穿梭車設計[J].內燃機與配件，2019（10）：169-171.