用于负载处理装置的能量存储系统的制作方法

1.本发明涉及用于处理包括堆叠容器网格的商店中的存储容器或箱子的负载处理装置领域，并具体地涉及负载处理装置的能量存储系统。


背景技术：

2.包括三维存储网格结构、并且存储容器/箱子在存储系统内堆叠在彼此顶部的存储系统是已知的。ocado公司提交的国际公布号为wo2015/185628a的pct国际申请描述了已知的存储和履行系统，其中箱子或容器的堆叠10被设置在网格框架结构内。箱子或容器通过在位于网格框架结构顶部的轨路上运作的负载处理装置存取。附图1-3示意性地展示了这种类型的系统。如图1和2所示，可堆叠的容器(被称为箱子10)被堆叠在另一个可堆叠的容器顶部以构成堆叠12。堆叠12被设置在仓储或制造环境中的网格框架结构14中。该网格框架由复数个存储列或网格列构成。网格框架结构中的每个网格具有用于存储容器堆叠的至少一个网格列。图1是网格框架结构14的示意性立体图，图2是设置在框架结构14内的箱子10的堆叠12的俯视图。每个箱子10通常盛放有复数个产品项目(未示出)并且箱子10内的产品项目可以是相同的产品类型，也可以是不同的产品类型，这取决于其应用场景。网格框架结构14包括支撑水平构件18、20的复数个竖直构件16。第一组平行水平构件18被设置25为垂直于第二组平行水平构件20以构成包括由竖直构件16支撑的复数个网格单元23的复数个水平网格结构。构件16、18、20通常由金属制成。箱子10被堆叠在网格框架结构14的构件16、18、20之间的网格单元23内，使得网格框架结构14防止箱子10的堆叠12的水平移动并引导箱子10的垂直移动。
3.网格框架结构14的顶层包括设置成网格图形的轨道22，其包括跨越堆叠12顶部的复数个网格单元23。另外参见图3，轨道22支撑复数个负载处理装置30。平行轨道22的第一组22a引导自动负载处理装置30沿第一方向(例如x方向)在网格框架结构14的整个顶部移动，平行轨道22的第二组22b被设置为垂直于第一组22a并引导负载处理装置30沿垂直于第一方向的第二方向(例如y方向)移动。通过这种方式，轨道22使得自动负载处理装置30能在水平的x-y平面中进行二维横向移动，使得负载处理装置30可被移入任一堆叠12上方的位置。图4和图5所示的已知负载处理装置30包括载具主体32，其已在ocado公司提交的国际公布号为wo2015/019055的pct国际申请中进行了说明，在此以引用方式将该国际申请纳入本发明，其中每个负载处理装置30仅仅覆盖网格框架结构14的一个网格空间或网格单元23。此处，负载处理装置30包括轮组件，该轮组件包括由位于载具主体32的前部的一对轮和位于载具32的后部的一对轮34组成的、用于与第一组轨道或轨路接合以引导装置沿第一方向移动的第一组轮34，以及由位于载具32每个侧面上的一对轮36组成的、用于与第二组轨道或轨路接合以引导该装置沿第二方向移动的第二组轮36。每一组轮由一个或一个以上发动机驱动以使载具能沿着轨道分别在x和y方向上移动。一组或两组轮可被垂直移动以提升每一组轮离开相应的轨道，从而使载具可沿着期望的方向移动。
4.虽然图4和图5展示了占据了单一网格空间的负载处理装，其中容器收纳空间是载
具主体内侧的凹陷，但是本发明也涵盖了包括作为载具主体一部分的悬臂的负载处理装置，其中容器收纳空间位于悬臂下方。
5.负载处理装置30配有由一个或一个以上发动机驱动以从上方提升可重达30千克的存储容器的提升装置或起重机构。起重机构包括卷绕在卷轴或卷盘(未示出)上的绞车系绳或线缆38以及抓手装置39。提升装置包括成组的提升系绳38，其沿垂直方向延伸并连接至提升框架39的四个角或四个角的附近，提升框架39亦称为抓手装置(一根系绳靠近抓手装置的四个角中的每一个)，用于可释放地连接至存储容器10。抓手装置39被配置为可释放地抓住存储容器10的顶部以将其从图1和图2所示类型的存储系统中的容器堆叠中提起。
6.轮34、36被设置在腔或凹陷(被称为容器收纳凹陷)的外缘周围的下半部分。该凹陷的尺寸使其可以如图5a和5b所示的那样在容器10被起重机构提起时容纳容器10。当处于凹陷中时，容器被提起离开下方轨道，使得载具可以横向移动至不同地点。到达目标地点(例如另一个堆叠、存储系统中的存取点或传送带)时，箱子或容器可从容器收纳部分降下并从抓手装置释放出来。
7.虽然图1-3未示出，但是负载处理装置30在运作过程中是通过自带的(on-board)可充电电源供电的。一种常见类型的可充电电源是电池。可充电电池的示例为锂离子电池、镍镉电池、镍金属氢电池、锂离子聚合物电池、薄膜电池和智能电池碳泡沫基铅酸电池。
8.电池的技术优势是高能量密度，即每单位质量存储能量的容量高，使其适于用在移动应用场景(如负载处理装置)中，因为它们存储的能量足以在两次充电之间长时间为装置供电。它们的自放电率低，所以可在一定停机时期后仍保有足以继续运作的电量。但是，电池的功率密度低，因而不适于处理高加速需求并且局限于它们从减速事件中可获取多少的再生能量。另外，电池工具中的意味着过度的电池循环将一些电能转化为热，由此导致能量浪费在低温环境下也是一个问题。
9.电池的其它缺点是它们沉重、昂贵、承受电阻性电力损耗、充电时间长、充放循环寿命有限并随着使用时间而衰减。低充电速度意味着当电池在充电时损失了运作时间。充放循环次数有限意味着电池的使用寿命短并且需要经常更换。
10.电池技术的备选是超级电容(supercapacitors)。超级电容具有高功率密度，使其适于具有高加速需求(短时间高功耗)的应用场景并且也可以从减速事件(短时间高功率输入)中获取再生能量。超级电容相比电池的优势在于它们更轻、更高效、充电更快并且可进行更多次数的充放循环的同时随时间而发生的衰减更少。快速充电意味着更短的停机时间。超级电容相比于电池的主要缺点在于它们自放电率高(因此一段时间不使用后可能无法保有足以继续运作的电量)并且能量密度更低。
11.图6是能量比较拉贡图(ragone plot)，其绘制了功率密度与能量密度的比较图并显示了不同类型能量存储装置的相对位置。从该图可以看出超级电容(在图6上标为edlc(双电层电容))能量密度低但是功率密度高，而锂离子电池能量密度相对较高，但功率密度相对较低。
12.表1 比较了电池和超级电容器的一些性质。
13.表1：电池和超级电容的性质比较现有技术中的负载处理装置(例如国际公布号为wo2015/019055的pct国际申请中所公开的)在具有高能量密度的优势的同时也存在上述的可充电电池的所有问题。
14.autostore公司的wo2020169474a1国际申请公开了容器处理载具，其由第一和第二可充电电源供电，第一和第二可充电电源具体为可充电电池和超级电容。其具备了超级电容的一些优势，但是仍然要承受电池衰减和浪费能量发热的缺点。
15.gb2006089.3公开了负载处理装置，其中主电源是超级电容，使用直流-直流转换器来改变电压。其具有上述的超级电容的优势，但是由于超级电容是仅有的电源，负载处理装置存在能量密度低并且自放电率高的缺点。
16.本技术针对2020年4月24日提交的第gb2006089.3号英国专利申请、2020年7月10日提交的第gb2010704.1号英国专利申请以及2020年12月23日提交的第gb2020583.7号英国专利申请主张优先权，在此以引用方式将这些申请的内容纳入本技术。


技术实现要素：

17.本发明是一种用于提升和移动堆叠在存储系统中的一个或一个以上容器的负载处理装置，存储系统包括在容器堆叠上方支撑设置成网格图形的通路的网格框架，负载处理装置包括：i) 载具主体，该载具主体套住驱动机构，驱动机构可操作地被设置用于在网格框架上移动负载处理装置 ；ii)提升装置，该提升装置包括提升驱动组件和抓手装置，抓手装置在使用中被配置为可释放地抓住容器并将容器从堆叠中提入容器收纳空间；其中提升驱动组件和/或驱
动机构包括构成电力负载的至少一个发动机；iii) 可充电电源；iv) 由一个或一个以上超级电容模块构成的组件；其特征在于，电力负载跨接在由一个或一个以上超级电容模块构成的组件的两端，并且可充电电源并联连接至由一个或一个以上超级电容模块构成的组件使得可充电电源被配置为对由一个或一个以上超级电容模块构成的组件供电。
18.为了方便引用，在对本发明进行说明时“由一个或一个以上超级电容模块构成的组件”和“超级电容”将会可互换地使用。当提及超级电容时，应当理解该术语涵盖了串联和/或并联连接的由超级电容模块构成的组件。
19.负载处理装置，特别是可充电电源为可充电电池的负载处理装置的一个常见问题是电池经受来自电力负载的、由于提升驱动组件和/或驱动机构的加速和运作而导致的频繁充放循环。这使可充电电池由于电池的内部电阻导致电池在充放循环过程中温度升高而处于巨大的压力之下。充放循环可导致电池过早老化，需要更加频繁地更换电池。
20.为了克服该问题，本发明中的可充电电源主要被用于向一个或一个以上超级电容模块供电，而不是向电力负载直接供电。与可充电电池相比，超级电容能更好地适应来自电力负载的充放循环，并因此能够承受住在负载处理装置在网格上加速的过程中电力消耗中的电涌。可充电电池和一个或一个以上超级电容模块的组合提供了具有高功率密度和高能量密度的混合系统，将电池和超级电容的优势组合了起来。可充电电源可以稳恒电流为由一个或一个以上超级电容模块构成的组件供电，从而避免频繁充放循环的损坏效果。
21.本发明相比于现有技术中的负载处理装置的优势在于可充电电源的寿命得以延长，从而减少了运作成本和停机时间。
22.负载处理装置可在由一个或一个以上超级电容模块构成的组件和电力负载之间进一步包括负载直流-直流转换器。由一个或一个以上超级电容模块构成的组件和电力负载之间的负载直流-直流转换器可以为升压转换器(boost converter)。
23.负载处理装置可在可充电电源与由一个或一个以上超级电容模块构成的组件之间进一步包括源直流-直流转换器。可充电电源与由一个或一个以上超级电容模块构成的组件之间的源直流-直流转换器可以为降压转换器(buck converter)。
24.控制器可被配置为改变从可充电电源向由一个或一个以上超级电容模块构成的组件提供的电力。控制器可被配置为指示可充电电源在由一个或一个以上超级电容模块构成的组件的电压低于预定超级电容目标电压阈值时向由一个或一个以上超级电容模块构成的组件供电。预定超级电容目标电压阈值可低于由一个或一个以上超级电容模块构成的组件的最大额定电压。控制器可被配置为指示可充电电源以用于实现电池平衡的预定阈值电流向由一个或一个以上超级电容模块构成的组件供电。控制器可被配置为将可充电电源从由一个或一个以上超级电容模块构成的组件断开，使得可充电电源经历低电流消耗期，在低电流消耗期中没有任何电力供应给由一个或一个以上超级电容模块构成的组件。
25.负载处理装置可进一步包括能量回收电路，以将从驱动机构和/或提升装置组件再生的能量转移至由一个或一个以上超级电容模块构成的组件。该能量回收电路可包括二极管或晶体管。
26.由一个或一个以上超级电容模块构成的组件可具有比可充电电源更低的内阻抗。
27.电力负载可包括第一部分和第二部分，其中电力负载的第一部分可包括动力负载并且电力负载的第二部分可包括非动力负载。可充电电源可被配置为向非动力负载供电。
28.由一个或一个以上超级电容模块构成的组件可被配置为负载处理装置的主电源，而可充电电源可被配置为辅助电源。控制器可被配置为指示可充电电源在由一个或一个以上超级电容模块构成的组件两端的电压低于预定超级电容电压阈值时向电力负载提供备用电力。
29.由一个或一个以上超级电容模块构成的组件可被分布在负载处理装置的载具主体内的容器收纳凹陷外侧的周围，并位于负载处理装置的外壁和内壁之间。
30.由一个或一个以上超级电容模块构成的组件可包括电容、超级电容、超电容(ultracapacitors)、锂电容、电化学双层电容、双电层电容、赝电容或混合电容。
31.可充电电源可包括锂离子电池、锂离子聚合物电池、锂空气电池、锂铁电池、磷酸铁锂电池、铅酸电池、镍镉电池、镍金属氢电池、镍锌电池、钠离子电池、钠空气电池、薄膜电池或智能电池碳泡沫基铅酸电池。
32.本发明的另一个方面是存储系统，该存储系统包括支撑在容器堆叠上方的被设置成网格图形的网格框架以及复数个本发明所限定负载处理装置。存储系统可进一步包括位于存取点上方的网格地点处的一个或一个以上超级电容充电站，其中在升高或降低运作过程中由一个或一个以上超级电容充电站中的一个为负载处理装置上的由一个或一个以上超级电容模块构成的组件充电。一个或一个以上超级电容充电站可以为高速率感应超级电容充电站。负载处理装置上的控制器可被配置为指示由一个或一个以上超级电容模块构成的组件为可充电电源充电。控制器可被配置为指示一个或一个以上超级电容模块以用于实现电池平衡的预定阈值电流向可充电电源供电。一个或一个以上超级电容充电站可使负载处理装置能保持可充电电源的电压水平高于用于为电力负载供电的预定阈值电压。
33.本发明的另一个方面是履行中心，其包括本发明所述的存储系统。履行中心内的温度可以为以下温度中的任一个：4
°
c或高于4
°
c的环境温度；大致0
°
至大致4
°
c的冷藏温度；或大致-25
°
c至大致0
°
c的冷冻温度。
34.将超级电容连接在可充电电源和电力负载之间使能量存储系统能一并享受高能量密度和高功率密度的优势，同时减轻其缺点。当可充电电池为高能量密度电池时尤其如此。超级电容经受因电力负载的加速/减速需求而导致的充放循环，保护电池免于经历这些循环，从而改善电池寿命。电池寿命的改善导致运作成本降低和停机时间减少，原因是不必再那么频繁地更换电池。更少的电池循环意味着电池能量损失减少以及耗费为热能的有效能量更少。这在负载处理装置在保持低温的冷藏或冷冻货物履行中心中运作时尤为重要。在这种情形下，不仅来自负载处理装置的放热代表着能量浪费，而且需要更大的能量消耗来保持旅行中心中的低温。
附图说明
35.本发明的进一步特征将通过接下来例举的具体实施方式的详细说明并结合附图得以阐明。
36.其中图1是根据已知系统的网格框架结构的示意图。
37.图2是显示了设置在图1所示的框架结构内的箱子的堆叠的俯视图的示意图。
38.图3是在网格框架结构上运作的已知负载处理装置的系统的示意图。
39.图4是显示了提升装置从上方抓住容器的负载处理装置的立体示意图。
40.图5(a)和5(b)是图4的负载处理装置的立体剖视示意图，其显示了(a)负载处理装置的容器收纳空间和(b)容纳于负载处理装置的容器收纳空间内的容器。
41.图6是能量比较拉贡图，其显示了不同能量存储装置的能量密度和功率密度。
42.图7是显示了与电力负载并联连接的可充电电源与超级电容的电路图。
43.图8是突出显示了可充电电源和超级电容之间的源直流-直流转换器以及超级电容和电力负载之间的负载直流-直流转换器的电路图。
44.图9是突出显示了降压和升压直流-直流转换器的电路图。
45.图10是用于升压转换器的pid控制器的示意图。
46.图11是突出显示了用于引导回收能量进入超级电容的能量回收电路的电路图。
47.图12是突出显示了从可充电电源抽取电力的非动力电力负载的电路图。
48.图13是展示了在减速事件过程中电流流动方向的电路图。
49.图14是展示了在减速事件过程中可充电电源正在对超级电容充电时电流流动方向的电路图。
50.图15是展示了负载处理装置闲置中电流流动方向的电路图。
51.图16是展示了负载处理装置闲置中可充电电源正在对超级电容充电时的电流流动方向的电路图。
52.图17是展示了负载处理装置在加速事件过程中电流流动方向的电路图。
53.图18是展示了负载处理装置在加速事件过程中可充电电源正在对超级电容充电时电流流动方向的电路图。
54.图19展示了因堆放和取回存储容器时降低和升高抓手装置而导致的暂态电流。
55.图20是负载处理装置的示意图，其显示了载具主体的内外壁之间的间隙。
56.图21是负载处理装置的示意图，其显示了分布在载具主体的内外壁之间的间隙内的超级电容模块。
57.图22比较了来自电池电压测定、制造商数据以及电池电量计的充电电压和状态。
58.图23展示了电池电量计测定是如何在连续运作期后变地不准确的。
59.图24是显示了与电力负载和滤波电路并联连接的可充电电源的电路图。
60.图25是显示了与电力负载和滤波电路并联连接的可充电电源的电路图，其中滤波直流-直流转换器位于滤波电路和电力负载之间。
61.图26是显示了与电力负载和滤波电路并联连接的可充电电源的电路图，其中滤波直流-直流转换器位于滤波电路和电力负载之间，而源直流-直流转换器位于可充电电源和滤波电路之间。
62.图27展示了滤波电路的一些具体实施方式：a) rc电路；b) rl电路；c) rlc电路；d) 巴特沃斯滤波器；e)使用运算放大器的主动滤波电路。
63.图28展示了与频率对应绘制的运算放大器的电压增压。
64.图29展示了因堆放和取回存储容器时降低和升高抓手装置而导致的暂态电流。
65.图30展示了流经可充电电源的电流的傅里叶变换。
66.图31展示了简单rc电路的模拟模型。
67.图32展示了a)与图29一样的负载电流；b)具有20hz滤波电路时的电流；c)具有7hz滤波电路时的电流。
68.图33比较了a)负载电流和具有具有20hz滤波电路时的电流；b)负载电流和具有7hz滤波电路时的电流。
69.图34展示了锂离子电池的放电曲线。
70.图35展示了电池和超级电容的放电曲线的形状。
71.图36展示了负载处理装置在存储网格上移动时的功率需求。
72.图37展示了超级电容102与可充电电源100并联连接的简单电路图。
73.图38展示了与和多个电力负载并联连接的超级电容组件串联连接的多节(multi-cell)电池。
74.图39展示了控制器指引电荷从可充电电源前往超级电容的电路图。
75.图40展示了控制器指引回收的能量前往超级电容的电路图。
76.图41是控制器和直流-直流转换器的一个具体实施方式的放大图。
77.图42展示了超级电容保护电路。
具体实施方式
78.被配置为向由一个或一个以上超级电容模块构成的组件供电的可充电电源图7是显示了与超级电容102和电力负载104并联连接的可充电电源100的电路图。电力负载104可包括通过成组驱动轮34和36使载具在轨道上分别沿x和y方向移动的一个或一个以上发动机和/或驱动提升装置或起重机构从上方提升存储容器的一个或一个以上发动机。超级电容102连接在可充电电源100和电力负载104之间，这使得可充电电源可向超级电容提供电力或从超级电容接收电力，并且超级电容可向电力负载提供电力或从从电力负载接收电力。
79.为了方便展示，图7的电路图将可充电电源100显示为单个电池单元，并将超级电容102显示为单个超级电容。应当理解，可充电电源不仅限于电池，并且电池可包括由一个或一个以上电池单元构成的组件，而不仅仅是单个电池单元。
80.类似地，超级电容102可包括由一个或一个以上超级电容模块构成的组件，而不仅仅是单个超级电容模块。
81.直流-直流转换器电路可额外包括位于可充电电源100和超级电容102之间的源直流-直流转换器108。源直流-直流转换器的目的是将可充电电源两端的电压转换为超级电容两端的不同电压。
82.可充电电源100和超级电容102之间的源直流-直流转换器108可包括升压转换器或降压转换器。优选地，可充电电源100和超级电容102之间的源直流-直流转换器108可包括升压转换器。超级电容两端的电压更高的优势在于超级电容可存储更多能量。另外，更高的电压(以及由此而导致的更低的电流)导致更低的阻抗性功率损耗(p = i^2 r)并因此减少了转化为热的有效能量的量。
83.电路可额外包括位于超级电容102和电力负载104之间的负载直流-直流转换器110。可充电电源100和超级电容102之间的负载直流-直流转换器108的目的是将超级电容
两端的电压转换为电力负载两端的不同电压。
84.超级电容102和电力负载104之间的负载直流-直流转换器110可包括升压转换器或降压转换器。
85.图8是显示了可充电电源100和超级电容102之间的源直流-直流转换器108以及超级电容102和电力负载104之间的负载直流-直流转换器110的电路图。应当理解，虽然图8显示了两种直流-直流转换器，但是本发明涵盖了包括源直流-直流转换器108但不包括负载直流-直流转换器110的电路，以及包括负载直流-直流转换器110但不包括源直流-直流转换器108的电路。
86.优选地，可充电电源100和超级电容102之间的源直流-直流转换器108是数字受控升压转换器，并且超级电容102和电力负载104之间的源直流-直流转换器110是降压转换器。图9是可充电电源100和超级电容102之间的源直流-直流转换器108是升压转换器，并且超级电容102和电力负载104之间的负载直流-直流转换器110是降压转换器情况下的电路图。控制器114可被用于在保持超级电容电压处于期望范围内的同时来自可充电电源的电流最小。
87.可充电电源100和超级电容102之间的源直流-直流转换器108是升压转换器的优势在于超级电容的电压绝不会掉落至可充电电源电压以下。因此可通过简单的降压转换器对负载直流-直流转换器供电以为电力负载104供电。从减速时间回收的能量可通过能量回收电路112被指引至超级电容。电路可以像控制电流从电力负载流动至超级电容的功率二极管一样简单。
88.控制超级电容的充电需要考虑的一个重要问题是如何控制超级电容的电量状态。如果超级电容将完全充满，那么在减速事件后，回收的能量将无法被存储在超级电容中。在这种情况下，回收的能量将需要被指引至可充电电源(如果可充电电源是电池的话回导致电池老化)或作为热耗散出去。
89.图10显示了作为pid控制器的控制器114的一个可能的具体实施方式。控制器114的一个选项是允许可充电电源仅在超级电容的电力低于预定超级电容目标电压阈值时对超级电容充电。这可以通过测定超级电容两端的电压vc并在超级电容的电压低于预定超级电容目标电压阈值时允许可充电电源对超级电容充电来实现。预定超级电容目标电压阈值vr与瞬时超级电容电压vc进行比较，并且控制器114相应地调整其输出。
90.能量回收在减速事件过程中，可以从负载处理装置的减速中回收动能并将其存储在超级电容中供之后使用。
91.负载处理装置的能量存储系统必须能够在减速事件过程中接收来自驱动机构的电力，在减速事件中负载处理装置从其在x或y方向的最大速度减速直至它停靠在不同的网格位置中。驱动机构可包括一个或一个以上电动机，其作为减速事件中的发电机将负载处理装置的动能转化为电能，电能可被存储在超级电容中供之后使用。
92.负载处理装置的能量存储系统必须能够在减速事件过程中接收来自提升机构的电力，在减速事件中抓手装置被降低至存储网格中更低的垂直位置。随着抓手被降低，来自其更高垂直初始位置的势能被转化为动能。提升驱动组件可包括一个或一个以上电动机，
其作为减速事件中的发电机将负载处理装置的动能转化为电能，之后电能可被存储在超级电容中供之后使用。
93.应当理解，在降低运作中，当抓手装置抓住存储容器时，可回收更多的能量，原因是存储容器的质量意味着有更多的来自抓手装置和存储容器的更高垂直初始位置的是能可被回收。
94.可通过如图11所示的能量回收电路112将回收的能量转移入超级电容102中。能量回收电路112的目的是指引电流进入超级电容102。这么做是有益处的，因为被指引进入可充电电源的回收能量会增加充放循环数量并且如果可充电电源是电池的话会加速电池老化。能量回收电路可包括一个或一个以上二极管或晶体管。
95.由一个或一个以上超级电容模块构成的组件可具有比可充电电源更低的内阻，从而确保回收能量被指引进入超级电容，而不是进入可充电电源。
96.设计超级电容的尺寸以接收和存储回收的能量可选择预定超级电容目标电压阈值使其低于超级电容的最大额定电压并且使得预定超级电容目标电压阈值和超级电容的最大额定电压之间的压差足以使超级电容接受从一个或一个以上减速事件回收的能量。另外，可以选择超级电容的额定功率使得额定功率足以接收来自减速事件的电力。
97.超级电容模块构成的组件的尺寸可被设计为使得预定超级电容目标电压阈值和超级电容的最大额定电压之间的压差足以接收和存储来自一个减速事件的能量。
98.或者，超级电容模块构成的组件的尺寸可被设计为使得预定超级电容目标电压阈值和超级电容的最大额定电压之间的压差足以接收和存储来自复数个减速事件的能量。举例而言，如果负载处理装置需要沿着y方向移动至不同网格单元并堆放存储容器，该运作包括四个加速/减速事件：沿y方向加速至最大速度(加速事件)；沿y方向减速以停靠在目标网格单元上方(减速事件)；从负载处理装置的容器收纳空间降下抓手装置和存储容器至更低的垂直位置以堆放存储容器(减速事件)；以及将抓手装置向上升回至负载处理装置(加速事件)。在该时间序列中有两个连续的减速事件。将由一个或一个以上超级电容模块构成的组件的尺寸设计为使得预定超级电容目标电压阈值和超级电容的最大额定电压之间的压差足以接收和存储来自这两个减速事件的能量意味着超级电容自身就可以用于该运作，从而减少了可充电电源所需的电力循环次数并可能会延长其寿命。总体上说，超级电容的能量容量足以用于超过一个典型减速事件是一个优点，这样在正常运作中可充电电源就无需接收来自加速事件的能量。逆转通过可充电电源的电流方向可加速老化过程并减少其寿命，特别是在可充电电源是电池的情况下。
99.设计超级电容的尺寸使得预定超级电容目标电压阈值和超级电容的最大额定电压之间的压差足以接收和存储来自复数个减速事件的能量是有利的，因为它确保了即使出现意料之外的高减速事件，可充电电源和超级电容之间的能量流动在网格上正常运作过程中仍仅沿着一个方向进行。超级电容有效地实现了来自加速/减速事件的充放循环，保护可充电电源免受这些循环的老化效果的影响。可充电电源仅仅需要以低功率向超级电容提供恒定的能量“增加量(top-up)”，而无需像在可充电电源是能量存储系统中的唯一电源的情况下会发生的那样经历来自所有加速/减速事件的充放循环。这样做的额外优势是更简便地为可充电电源提供平滑和恒定的电流分布。
100.如果可充电电源和超级电容之间的源直流-直流转换器108是升压转换器，那么预定超级电容目标电压阈值可高于可充电电源的电压。这样做的优势在于超级电容102可存储更多的容量，原因是能量存储容量与电压的平方成正比。
101.一个选项是设定超级电容的最低电压不低于可充电电源的电压。这样做的优势在于负载直流-直流转换器110可以是为电力负载104供电的简单降压转换器。另外，如果超级电容的电压不低于电力负载两端的电压，能量回收电路112可保持地和功率二极管一样简单。该选项的缺点在于超级电容的电压范围仅有一部分可被利用。
102.允许超级电容的电压跌落至可充电电源的电压以下，虽然这样做可使超级电容的更大范围得以利用，但这也意味着可充电电源和超级电容之间需要更复杂的电子结构，而不是简单的升压转换器。另外，如果超级电容的电压低于电力负载两端的电压，能量回收电路112会需要变地更加复杂以避免超级电容过电压。超出超级电容最大额定的电压会减少单元运作寿命并最终导致失灵。
103.举例而言，如果可充电电源的电压和电力负载都标称48v，那么预定超极电压目标电压阈值可被设定至60v。可选择超级电容使得最大额定电压为72v，这样超级电容将具有足够的能量存储容量以存储从减速事件回收的能量。如果超级电容电压低于60v，那么控制器将允许可充电电源对超级电容充电。如果超级电容电压高于60v，控制器114将不会允许可充电电源对超级电容充电。超级电容将就为加速事件提供能量直至电压跌落至60v以下，此后控制器将允许可充电电源对超级电容再次充电。为了简化源直流-直流转换器108和能量回收电路112中所需的电子结构，超级电容102可被限定在48v的最低运作电压以上运作。
104.非动力电力负载电力负载可包括动力和非动力电力负载。动力电力负载是由于驱动机构和/或提升驱动组件的需求并且会基于负载处理装置的移动发生变化。非动力电力负载是用于除负载处理装置的运动之外的任意功能的电力负载，并且可例如包括用于与存储网格控制系统通信的电力。这些非动力电力负载总是无关于负载处理装置的移动而存在。图12展示了非动力电力负载106的电路图。非动力电力负载可通过可充电电源100供电。
105.设计超级电容的尺寸用于加速事件负载处理装置的能量存储系统必须能够向驱动机构供电以使负载处理装置能在网格上沿x和y方向移动。沿x或y方向的移动包括负载处理装置从停靠开始并加速直至到达最大速度的加速事件，和随后的负载处理装置从最大速度减速直至其停靠在不同的网格位置上的减速事件。每个加速事件之后大致都跟随着减速事件。
106.负载处理装置的能量存储系统必须能够供电以使提升驱动组件能够升高和降低抓手装置以取回或堆放存储容器。提升运作包括抓手装置从负载处理装置降低至网格框架内更低的垂直位置的减速事件，和随后的抓手装置抓住存储容器并将其垂直向上升高进入负载处理装置中的容器收纳空间内的加速事件。类似地，堆放运作包括抓住存储容器的抓手装置从负载处理装置降低至网格框架内堆放存储容器的更低的垂直位置，和随后的抓手垂直向上升高至负载处理装置的加速事件。每个减速事件之后大致都跟随着加速事件。
107.由超级电容模块构成的组件的尺寸可被设计使得额定功率足以为一个加速事件供电。
108.或者，由超级电容模块构成的组件的尺寸可被设计使得额定功率足以为复数个加
速事件供电。举例而言，如果负载处理装置需要取回存储容器并将其沿x方向移动至不同的网格单元，那么该运作包括四个加速/减速事件：降低抓手装置(减速事件)；升高抓手装置和存储容器以将存储容器放入容器收纳空间(加速事件)；沿x方向加速至最大速度(加速事件)；以及减速以停靠在目标网格单元上方(减速事件)。在该事件序列中存在两个连续加速事件。将由一个或一个以上超级电容模块构成的组件的尺寸设计为使得额定功率足以为两个加速事件供电意味着超级电容自身就可以用于该运作，从而减少了可充电电源所需的电力循环次数并可能会延长可充电电源的寿命。总体上说，超级电容的功率足以用于超过一个典型加速事件是一个优点，这样在正常运作中可充电电源就无需为加速事件供电，而仅仅需要在电量跌落至指定水平以下时补足超级电容。如果存在意料之外的高加速，可充电电源将仍可免于电力循环。
109.可设计超级电容的尺寸使其具有足够的功率和可用能量以完成需要最多能量的加速事件，这种事件可能是沿x或y方向移动穿越整个存储网格。
110.电路运作图13-18展示了当负载处理装置在不同条件(减速事件过程中、闲置期中和加速事件过程中)下的电路运作。在每一种情况下都显示了可充电电源正在为超级电容充电时和可充电电源并未对超级电容充电时的电路运作。图中的箭头代表电流流动的方向。
111.图13展示了负载处理装置正在经历减速事件时的电路运作。能量从电力负载104(例如从驱动机构或提升机构)回收并被能量回收电路112引导至超级电容102。可充电电源100向非动力电力负载106供电。实际上电路图是两个单独的电路。
112.图14展示了负载处理装置正在经历减速事件并且可充电电源正在对超级电容充电时电路的运作。能量从电力负载104(例如从驱动机构或提升机构)回收并被能量回收电路112引导至超级电容102。可充电电源100向超级电容102和非动力电力负载106供电。为了实现该运作，超级电容的额定功率必需足以从能量回收电路和可充电电源接收电力。
113.图15展示了负载处理装置闲置时电路的运作。可充电电源100向非动力电力负载106供电。源直流-直流转换器108可被断开，使得没有电力被提供至超级电容102。
114.图16展示了负载处理装置闲置并且可充电电源正对超级电容充电时的电路运作。可充电电源100向非动力电力负载106和超级电容102供电。负载直流-直流转换器110可被断开，使得没有电力被提供至电力负载104。电路可具有主动模式，在该模式下负载处理装置急需加速，在这种情况下，负载直流-直流转换器110可被连接，以准备向电力负载104供电。
115.图17展示了负载处理装置正在经历加速事件时的电路运作。超级电容102向电力负载104(例如从驱动机构或提升机构)供电。可充电电源100向非动力电力负载106供电。实际上电路图是两个单独的电路。
116.图18负载处理装置正在经历加速事件并且可充电电源正在对超级电容充电时电路的运作。超级电容102向电力负载104(例如从驱动机构或提升机构)供电。可充电电源100向非动力电力负载106供电。如果电力负载104的阻抗低于超级电容102的阻抗，那么可充电电源100可向超级电容102供电，否则可充电电源可向电力负载供电。
117.可充电电源提供平均电流使用超级电容向负载处理装置供电的主要优点之一是由超级电容经受充放循环，
而不是由可充电电源来经受充放循环。可充电电源承受平均电流，而不是循环。
118.图19是超级电容的使用原则的图示。针对重达15kg的存储容器被降低至网格存储系统中的12个网格单元的深度然后再将其提升的时间绘制通过电力负载的电流。实线代表向提升驱动组件(电力负载)提供/从提升驱动组件(电力负载)回收的电流。该图先显示了减速事件，在该事件中提升驱动组件将存储容器从负载处理装置的容器收纳空间降至存储网格内，而动能从存储容器回收并被提升驱动组件转化为电能(负电流)。接下来显示了加速事件，在该事件中能量被提供给提升驱动组件从而将存储容器向上提升至存储网格的顶部并将存储容器放在负载处理装置的容器收纳空间内(正电流)。如果只有可充电电源被用于对负载处理装置的提升驱动组件供电，可充电电源将要承受高达23安培(减速)和14安培(加速)的暂态电流。这样的电流中的电涌和电流的暂态本质一起包括大量的部分充放循环，其会加速可充电电源的老化。如果可充电电源是电池的话，那么这种影响就更加确定了。
119.图19中的虚线代表电力负载所需的平均电流。平均电流是1安培左右(减速)。如果置于可充电电源和电力负载之间的超级电容发挥完美滤波器的作用，那么超级电容将会接收包括所有暂态在内的整个电流信号，而可充电电源将要承受1安培的平均电流。移除暂态意味着可充电电源无需承受任何充放循环，显著延长其期望寿命。超级电容很好地适于处理电流中的暂态，原因是它们具有高功率密度并且不会因大量充放循环而过早老化。
120.使用由一个或一个以上超级电容模块构成的组件也改善了能量存储系统的效率。功率损耗与电流的平方成正比，因此可充电电源中更小的电流导致功率损耗大幅降低。在上文所述及图19所示的场景中，在降低重达15kg的存储容器至12个网格单元的深度再将其提升的过程中可充电电源内生成的热量是230j/ohm。使用由一个或一个以上超级电容模块构成的组件为存储容器的降低和提升供电将会将可充电电源中生成的这种热量减少至2.8 j/ohm(利用平均电流计算)。这将生成的热量减少至82分之一。
121.除了改善效率，降低功率损耗在负载处理装置处理履行中心中的冷藏或冷冻商品以及履行中心需要保持低温时特别重要。负载处理装置中的可充电电源的放热意味着履行中心的冷却系统需要花费更多的能量来维持所需的低温。
122.超级电容作为主电源，可充电电源辅助供电在本发明的一个具体实施方式中，超级电容102可被用作负载处理装置的主电源，由可充电电源100辅助供电。这使得负载处理装置能够利用作为主电源的超级电容运作，并因此受益于超级电容在超级电容充电站快速充电的优点。
123.当可充电电源是电池时，电池相对较长的充电时间可能要长达数小时，这代表着很长的停机时间，在这段时间里负载处理装置将在网格框架结构上保持不活动或不运作状态。如果在指定时间段内大量的负载处理装置在网格框架上运作以履行顾客订单，一个或一个以上负载处理装置长时间保持闲置对履行中心或配货仓库及时履行订单的能力会产生不利影响。在负载处理装置用于在收到商品订单后向顾客住所提供商品家庭配送的物流系统的情况下尤其如此。在这种情况下，含有配送地址的配送信息被线上零售商(如亚马逊和英国奥卡多)用于将商品配送至顾客的配送地址。为了缓解此类问题，线上零售商(如英国奥卡多)提供用于缓冲的网格框架上运作的负载处理装置以迎合保持闲置以进行充电的负载处理装置。在极端情况下，延长订单配送的时间段以迎合该停机时间。使用超级电容作
为主电源解决了缓慢电池充电的缺点，减少了停机时间，并有助于高效履行顾客订单。
124.大致基于锂离子、镍镉、镍金属氢或锂离子聚合物电池技术的电池依赖于化学反应以存储电能。这些电池的有效性在反复充电后由于锂离子电池损坏而减弱，因此电池长时间存储电荷的能力也随着时间减少。
125.用于超级电容的充电站通常以高于电池充电站的电流运作，原因是超级电容具有更高的功率密度因此可以接受以更高功率充电(其还具有快速充电的优点)。存储网格可配有两种类型的充电站，一种具有更高的额定功率/更高的电流用于为超级电容充电，一种具有更低的额定功率/更低的电流用于为可充电电源充电。
126.负载处理装置可由监控能量存储系统充电水平的控制系统控制。该控制系统可确定负载处理装置的能量存储系统是否需要充电并且如果充电水平跌落至预定阈值充电水平以下就指引负载处理装置移动至充电站。通过双电源，控制系统可确定超级电容或可充电电源是否需要被充电、选定适当的充电站并指引负载处理装置移动至存储网格上的选定充电站。
127.或者，可提供单一类型的组合充电站，其可被配置为提供低电流(用于可充电电源的缓慢充电)或高电流(用于超级电容的快速充电)。控制系统确定负载处理装置的能量存储系统何时需要充电、确定超级电容或可充电电源是否需要被充电、选定适当的组合充电站、指引负载处理装置移动至存储网格上的选定充电站并确定应当使用高充电电流还是低充电电流。
128.充电站可以为感应式无线充电站。
129.在本发明的当前具体实施方式中，由一个或一个以上超级电容模块构成的组件是主电源，因此大部分充电都将是一个或一个以上超级电容模块构成的组件的快速充电。可充电电源仅需偶尔在电量用尽时充电。
130.可充电电源在网格停机时间后辅助供电有时整个存储系统需要短时间离线(称为“网格停机时间”)以进行维护活动或解决负载处理装置的问题。如果负载处理装置仅由作为主电源的超级电容供电，此时就会出现问题。超级电容具有高自放电速率，通常一个小时不活动，超级电容就会部分放电至为电力负载供电的预定阈值电压以下，此时超级电容将无法继续提供使负载处理装置在存储网格上移动所需的电力。在网格停机时间结束并且负载处理装置重启后，负载处理装置可能无法以其自身的电力回到充电站。在负载处理装置变得能再次运作之前，它们将需要被从其所在位置被取回并送至充电站，这会延长网格停机时间段。
131.通过在作为主电源的超级电容已经放电时，特别是在可充电电源是电池时，利用可充电电源作为备用电源来解决该问题。电池具有低自放电速率的优点，因此在不活动期间后，电池不会显著放电。在进行维护活动的网格停机时间后超级电容的电量状态已经跌落至无法提供所需电力的水平时，可充电电源将能够为电力负载提供备用电力以使负载处理装置能够移动。
132.负载处理装置可在超级电容102部分或完全放电时切换为用来自可充电电源的电力运作，从而避免了负载处理装置电力耗尽并滞留在网格上而使为了将负载处理装置取回并送至充电站的停机时间成为必要的风险。
133.低温环境下的超级电容
超级电容在低温环境下表现超过电池技术，这使得以超级电容作为主电源的负载处理装置特别适于这些运作环境。
134.负载处理装置可在例如履行冷藏或冷冻商品客户订单时在保持低温的履行中心中运作。不仅负载处理装置的能量存储系统的放热代表着能量浪费，而且必须要耗费更多的能量来使履行中心保持低温。
135.表2显示了为网格框架结构上的负载处理装置供电的锂离子电池的表现。
136.表2：负载处理装置中锂离子电池的电池表现。
137.通常情况下，锂离子电池每经过4小时放电就需要充电15分钟。在网格框架结构上运作4小时的整个过程中，电力负载的功率达到峰值600w，在闲置时则是96w，原因是通信装置在负载处理装置中的控制器(控制单元)和中央控制系统之间的通信消耗了功率。电力负载消耗的平均功率是整个4小时期间消耗400w，对应于每个运作循环消耗100wh的能量。负载处理装置上的能量存储系统在完全充电时将需要存储至少100wh的能量。锂离子电池在环境对照温度(10
°cꢀ‑ꢀ
30
°
c)下为3年，而在冷藏温度(0.5
°
c)下为0.5年。
138.与锂离子电池不同，超级电容不会遇到低温工作导致寿命缩短的问题。超级电容的运作温度通常额定为低至-40
°
c并且其性能没有任何衰减。
139.负载处理装置可能需要在存储系统用于冷藏或冷冻商品时在低温环境下运作。具体而言，存储系统可能位于具有冷藏或冷冻环境的履行中心中，而负载处理装置会需要能够在此环境下运作。冷冻温度涵盖了大致-25
°
c至大致0
°
c的范围，而冷藏温度涵盖了大致-0
°
c至大致4
°
c的范围。因此超级电容在冷藏或冷冻温度环境中通常处于其额定工作温度下。
140.表3显示了作为实施例的计算出的在不同的期望充电时间和放电时间以48伏特施加至商业上可获取的初始充电量为100wh的超级电容模块的充电电流。表2所示的用于锂离子电池的4小时期间平均功率消耗被视为400w。在超级电容的表中所示的充电时间(从5秒至30秒)要比锂离子电池(通常为15分钟)快得多。
141.表4显示了假定初始电量为100wh的情况下超级电容不同放电时间所使用的等同能量和等同放电深度。表2所示的负载处理装置中的锂离子电池所消耗的平均功率为400w。为了从初始充电以提供100wh能量的超级电容获取相同的功率，超级电容将需要每15分钟
就完全放电，放电深度为100%。同样，5分钟的放电时间代表33%的放电深度，等同于33wh的能量。
142.基于负载处理装置在网格框架结构上的运作以及因此而导致的负载处理装置因在网格框架结构上进行任务所消耗的功率，可通过访问一个或一个以上超级电容充电站将短能量脉冲送至超级电容模块以为超级电容模块补充足以使负载处理装置能完成运作的电量。与在网格框架结构上进行任务的时间相比，超级电容模块的充电时间仅仅是这段时间的一小部分。由于充电时间相对较短(以秒计)并且由于超级电容可容忍多次充电循环，负载处理装置在网格框架结构上运作过程中可多次访问充电站。举例而言，超级电容可以100%的放电深度循环290000次以上，这相当于约8年的工作寿命，远比一般电池的工作寿命要长。
143.表3：48伏特时不同充电和放电时间的充电电流表4：平均功耗为400w时所使用的能量(wh)。
144.分配超级电容模块以降低负载处理装置的质量中心在本发明的一个具体实施方式中，负载处理装置仅占据网格框架结构的一个网格空间或网格单元(如图4和图5所示)。其优点在于在任意指定时间更多数量的负载处理装置可在网格上活动。但是，图5所示的在下部具有容器收纳凹陷40的负载处理装置会具有位于容器收纳凹陷上方的提升驱动组件、驱动机构和能量存储系统。这种布置的缺点在于负载处理装置的质量中心会偏高，对负载处理装置的稳定性具有负面影响。
145.为了降低质量中心从而改善负载处理装置的稳定性，一个或一个以上超级电容模块可被分配在容器收纳凹陷的外侧周围。图20展示了负载处理装置30，其包括位于载具主体32内的容器收纳凹陷40。载具主体32包括位于负载处理装置30四个侧面的四个外壁42以及构成载具主体内表面的四个内壁44，容器收纳凹陷40位于其中。在载具主体的内壁44和外壁42之间存在空隙46。
146.图21展示了超级电容模块48如何被布置在内壁44和外壁42之间的空隙46内。应当理解，负载处理装置的质量中心将会降低，原因是超级电容模块48被放置于负载处理装置中的较低位置。缺少这种布置的话，由一个或一个以上超级电容模块构成的组件会以其他方式放置在负载处理装置的上部，高于容器收纳凹陷40。更低的质量中心使负载处理装置更加稳定。
147.负载处理装置的稳定性是一项重要考量。不稳定的负载处理装置可能有倾倒的风险，必须要网格停机时间来取回负载处理装置并使其回到竖直位置。
148.用低电流消耗期对电池电量状态计算进行再校图22显示了负载处理装置中的锂离子电池的充放曲线，针对电池电压绘制了电池电量状态(soc)。数据是在负载处理装置在网格上运作了一天以后测定的。绘制了三组数据：i) 通过在一批不同的电池电流值下测定电池电压获得的soc、ii) 来自电池制造商的数据表的开放电路电压曲线、iii) 一批不同的电池电流值下的电池电量计的预估soc。由于i)和iii)是在一批不同的电池电流值下测定的，所以存在若干组数据，而不是只有一条线。ii)的数据点位于单一电流(开放电路电压对应于零电流)，所以只有一条数据线。从图22可以看出三个数据组全都是对齐的；i) 通过测定电压获得的soc和iii)来自电池电量计的预估soc与制造商数据对齐的数据点分组是在零电流下进行的测定。这种对齐表明电池电量计准确测定了电池的真实soc。
149.电池电量计预估soc是基于库伦计数法(coulomb counting method)的。这种方法测定从电池抽取和供应给电池的电流并将其与时间整合，以预估剩余可用电量。库仑计数的优点在于方法简单，可直接实施，但是因为电流测定无法做到完全准确，所以如果测定没有被再校准至标准点，那么该方法就会受到随时间出现的偏移(drift)的影响。
150.图23显示了负载处理装置中的锂离子电池的充放曲线，以与图23类似的方式针对电池电压绘制了 (soc)。数据是在负载处理装置在网格上连续运作了若干天以后测定的。再次绘制了三组数据：i) 通过在一批不同的电池电流值下测定电池电压获得的soc、ii) 来自电池制造商的数据表的开放电路电压曲线、iii) 一批不同的电池电流值下的电池电量计的预估soc。从图23可以看出通过测定电压获得的soc与制造商数据沿着充电曲线仍然是对齐的。但是，来自电池电量计的预估soc却并非如此，其与制造商数据并未对齐。在电池电量计soc读数和实际soc之间存在图23中用箭头表示的间隙。该间隙高达soc大小的15-20%，并表明电池电量计不再能准确汇报电池的真实soc，而是事实上过分高估了可用soc。充电曲线和放电曲线皆是如此。
151.电池电量计的预估soc的这种不准确性是一个问题，因为soc被控制系统用于决定何时对电池再次充电。举例而言，控制系统可能在soc已经跌落至30%以下时要求负载处理装置行进至充电站。当电池电量计表明soc已经跌落至30%以下时，真实soc可能低至10%-15%。这会是一个问题，因为它增加了负载处理装置在抵达充电站前电池电量耗尽的风险。
在这种情况下，在取回负载处理装置并将其送至充电站时可能必须要停止网格的运作。
152.电池电量计的预估soc的这种不准确性随着运作时间逐渐增加。在网格上运作一天后，电池电量计准确的汇报soc(参见图22)，但是在网格上连续工作若干天之后，电池电量计就不再准确汇报soc。
153.此处的问题在于电池电量由于追踪电流暂态峰时的不准确性容易被低估。如果电流暂态以比电池电量计测定电流的频率更高的频率发生，那么将会无法准确捕捉峰。低估电池所供应的电流导致高估电池中的剩余可用电量，这就解释了为何来自电池电量计的预估soc随着时间向上偏移。低估电池供应的电流，哪怕只是低估一小部分，都会随着时间累积并导致电池电量计预估soc和实际soc之间的偏移。
154.该问题可通过允许电池单元经历低电流消耗期来再校准电池电量计解决，在低电流消耗期中电池放出零电流或尽可能少的电流。该休息期给了电池电量计重新校准预估soc的机会并将易于减少
‘
偏移’。
155.可通过检查电池电量计在已知电压和电流下的预估soc与制造商数据表中的同一电压和电流下的期望soc是否一致来完成再校准。这可以为任何已知的电流，但是零电流比较方便，原因是开放电路电压曲线可轻易从电池制造商获得。当电池电流为零时，对于指定的电压，可从制造商的ocv曲线读取期望soc。因此电池电量计可识别出期望soc与电池电量计的预估soc不同并通过更新电池电量计预估soc以匹配期望soc来再校准。
156.预估soc的另一种方法是电压测定，而不是库伦计数。但是因为电池电压由于电池放电随时间急剧下降，电压的很小变化也对应着soc的巨大变化。这意味着基于电压的soc预估并不总是准确的。假定校准问题能解决的话，库伦计数是比测定电压更好的预估soc的方法。
157.具有包括由一个或一个以上超级电容模块构成的组件以及电池的能量存储系统的负载处理装置通过仅在一小段期间使用超级电容可更好的利用双电源。这使得电池能有一端零电流或低电流需求的低电流消耗期，在该低电流消耗期中电池电量计可重新校准并因此显示更加准确的soc测定结果。
158.虽然零电流消耗对于为了将电池电量计再校准至制造商的开放电路电压曲线的低电流消耗期是理想的，但是在实践中可能无法实现零电流消耗，因此应当将电流消耗保持得尽可能的低。低电流消耗期可通过由控制器将电池与由一个或一个以上超级电容模块构成的组件定期断开使得没有任何电力被供应给超级电容来实现。“定期断开”是指每经过预定时期就短时间断开一次(例如每四小时断开一次)。
159.电池soc平衡电池组中的单个电池的容量天然就有些不同，因此在充放循环过程中可能会处于不同的电量状态。容量的差异可能是由于制造差异、组装差异(例如一个制造批次的电池和其它批次的混在一起)、电池老化、杂质或环境暴露(例如一些电池可能受到附近热源如发动机、电子件等的额外热量)，并且可能因附加负载(如常常在电池管理系统中能看到的电池监控电路)的累积效应而加剧。
160.电池可包括串联连接的复数个电池单元。在这种情况下，必须要通过在每个电池中尽可能地保持相同的电压/soc来使电池“平衡”。使电池单元构成的组件平衡有助于最大化能量容量并改善电池的使用寿命。
161.电池管理系统被用于监控电池组的状况，包括单独单元的性质，如温度和电压。充电时，整个电池组可仅被充至一个(电池)单元达到其最大安全充电电压，哪怕别的电池单元仍然有容量供进一步充电。因此，电压最低的电池单元限制了整个电池组的充电电压。同样，电池组仅可被安全放电至一个(电池)单元被完全放电，哪怕别的电池单元仍具有可用电量。因此，电量容量最低的电池单元限制了整个电池组的电量容量。不在一个(电池)单元已经到达其上限时停止充电/放电可能会永久损坏电池单元。锂离子电池特备容易因电压或电流过高而受到化学损坏。
162.电池平衡将能量从来自具有更高能量容量的电池单元的能量重新分配至具有更低能量容量的电池单元。电池平衡可以是被动平衡或主动平衡，在被动平衡中，能量从充电最多的(电池)单元中被抽取并作为热量耗散；在主动平衡中，能量从充电最多的(电池)单元中被抽取并被转移至充电最少的(电池)单元。可通过直流-直流转换器来进行主动电池平衡。
163.具有包括由一个或一个以上超级电容模块构成的组件以及电池的能量存储系统的负载处理装置可通过利用超级电容来满足负载处理装置的加速需求的同时从电池抽取低于预定阈值电流的恒定低电流来利用双电源的优点。低于预定阈值电流的恒定低电流提供了电池单元平衡的最优条件。最优预定阈值电流将取决于电池的尺寸和规格，并且可由电池制造商确定。举例而言，预定阈值电流可以为低于3安培的电流。
164.对处于存取点上方的网格位置处的超级电容择机充电为了履行顾客订单，负载处理装置可取回存储容器并将其运送至存储网格上处于存取点上方的网格位置。然后存储容器沿滑槽下降至存取点，之后存储容器可在存取点被存取以履行订单。操作员可将存取点的存储容器中的物品取出并将其打包为顾客订单的一部分。然后，负载处理装置可将存储容器升高穿过网格并进入容器收纳空间，之后再将存储容器重新放在存储网格内的适当位置。
165.存储网格上位于存取点上方的网格位置是对由一个或一个以上超级电容模块构成的组件充电的理想位置，原因是负载处理装置需要频繁前往这些位置以将存储容器送至存取点。因此，存储系统可包括位于存取点上方的网格位置的一个或一个以上超级电容充电站。
166.优选的，超级电容充电站可为高速率感应式超级电容充电站，从而使超级电容在升高和降低运作过程中的充电可通过高速率感应式充电完成。这使得超级电容能够在短时间(以秒计)内完全充满电。由于超级电容充电非常快，所以可在负载处理装置在降低和升高存储容器时花费在网格位置处的时间内完成充电。负载处理装置会频繁访问存取点上方的网格位置，因此这些访问足以满足所有超级电容的充电要求。负载处理装置无需单独访问其他充电站以对由一个或一个以上超级电容模块构成的组件充电。因此，可在负载处理装置的正常运作过程中完成超级电容的充电，无需额外时间。
167.当超级电容已在升高或降低运作过程中在存储网格上处于存取点上方的网格位置处完成充电后，超级电容就可被用对可充电电源充电。这可以通过由负载处理装置上的控制器指示由一个或一个以上超级电容模块构成的组件对可充电电源充电来实现。或者，如果负载处理装置将要前往网格位置进行提升或降低运作，超级电容可被事先用于对可充电电源充电，从而使超级电容被部分放电并准备好被超级电容充电站充电。
168.超级电容可被用于以低电流对可充电电源充电。如上文所述，如果可充电电源是电池，那么使电池接受低于预定阈值电流的低恒定电流有助于使电池单元平衡以确保不同电池单元中的统一电量状态，这可以延长电池的寿命。电流可被限制以允许电池平衡。控制器可指示超级电容以低于预定阈值电流的电流对可充电电源充电。
169.如果超级电容以足够高的充电速率足够频繁地被充电，那么可充电电源可能就只需要被超级电容充电。这就不再需要在存储网格上提供单独的充电站为可充电电源充电。而负载处理装置也无需再行进至存储网格上的可充电电源充电站并在可充电电源充电时在那儿花费时间。这将有效地消灭用于对负载处理装置充电的停机时间的需求，使得负载处理装置能在存储网格上连续运作。
170.如上文所述，负载处理装置可被控制系统控制，该控制系统监控可充电电源的充电水平并在充电水平跌落至预定阈值充电水平以下时指示负载处理装置前往充电站。在本发明的该具体实施方式中，负载处理装置可在存储网格上连续运作而无需访问可充电电源充电站，超级电容充电站使得负载处理装置能将可充电电源的电压水平保持在用于为电力负载供电的预定阈值电压以上。
171.在负载处理装置在存储网格上连续运作的情况下，如上文所述的预估电池电量状态的再校准就特别重要。
172.电池/超级电容技术应当理解，由一个或一个以上超级电容模块构成的组件可包括但不限于电容、超级电容、超电容、锂电容、电化学双层电容、双电层电容、赝电容、混合电容，或这些电容技术的某些组合。
173.应当理解，可充电电源可包括但不限于锂离子电池、锂离子聚合物电池、锂空气电池、锂铁电池、磷酸铁锂电池、铅酸电池、镍镉电池、镍金属氢电池、镍锌电池、钠离子电池、钠空气电池、薄膜电池、固态电池或智能电池碳泡沫基铅酸电池，或这些技术的一些组合。
174.使用低通滤波器的优点低通滤波器对于减少可充电电源中的暂态电流循环的数量是有利的。提供给电力负载的电流中的高频暂态被低通滤波电路“消除”，因此通过可充电电源的电流中的高频暂态分量都被移除了。这使可充电电源免受电流消耗中的电涌。在可充电电源是电池的情况下，这样做是特别有利的，原因是减少电流中的暂态已经显示出能减少电池的老化效应。
175.移除暂态意味着可充电电源不再受任何充放循环影响，显著延长了其预期寿命。超级电容很好地适于处理电流中的暂态，原因是它们具有高功率密度并且不会因大量的充放循环而过早老化。
176.使用低通滤波器还改善了可充电电源的效率。功率损耗与电流的平方成正比，因此低电流导致功率损耗大幅降低。
177.除了改善效率，当负载处理装置处理冷藏或冷冻商品并且履行中心需要保持低温时，降低功率损耗特别重要。负载处理装置中的可充电电源的放热意味着履行中心的冷却系统需要耗费更多的能量来保持所需的低温。
178.突出显示低通滤波器的电路图图24是显示了与电力负载104和滤波电路116并联连接的可充电电源100的电路图。电力负载104包括可包括通过成组驱动轮34和36使载具在轨道上分别沿x和y方向移动
的一个或一个以上发动机，和/或驱动提升装置或起重机构从上方提升存储容器的一个或一个以上发动机。
179.为了方便展示，图24的电路图将可充电电源100显示为单个电池单元，并将电力负载104显示为单个电力负载。应当理解，负载处理装置的可充电电源不仅限于电池，并且电池可包括由一个或一个以上电池单元构成的组件，而不仅仅是单个电池单元，以及电力负载可包括一定数量的电机和其它部件，而不是单个电力负载。
180.直流-直流转换器电路可额外包括一个或一个以上直流-直流转换器。如图25所示，电路可额外包括位于电力负载104和滤波电路116之间的滤波直流-直流转换器118。滤波直流-直流转换器118的作用是将可充电电源两端的电压转换为滤波电路两端的不同电压。通过用于滤波电路116的一个滤波直流-直流转换器118，可充电电源两端的电压可以和负载电压相同。
181.电力负载104和滤波电路116之间的滤波直流-直流转换器118包括升压转换器或降压转换器。如果滤波电路包括与电力负载104并联的一个或一个以上超级电容，那么降压转换器是特别有利的，原因是一个或一个以上超级电容两端的电压会更低。电压降低意味着需要额定功率更低的超级电容或数量更少的并联超级电容。
182.电路可额外包括如图26所示的位于可充电电源100和滤波电路116之间的源直流-直流转换器108。源直流-直流转换器108的作用是将可充电电源100两端的电压转换为滤波电路116两端的不同电压。应当理解，通过两个直流-直流转换器108和116，可充电电源100和电力负载104可处于相同的电压或不同的电压。
183.可充电电源100和滤波电路116之间的源直流-直流转换器108可包括升压转换器或降压转换器。
184.低通滤波器低通滤波器具有截止频率；并且频率低于该截止频率的信号被允许通过滤波器，频率高于该截止频率的信号被削减。滤波器削减输入信号中的高频，但是低于截止频率的信号几乎不受削减。
185.理想低通滤波器将允许低于截止频率的频率通过滤波器而不发生变化，同时完全消除所有高于截止频率的频率。频率响应是一个阶梯函数。在实践中，电子低通滤波器并非理想滤波器，并且滤波器的确切频率响应取决于滤波器设计。
186.主动和被动滤波器滤波电路可以是主动式或被动式。主动过滤器需要额外的电源并且包括增加信号强度的放大装置。增益大于整体，相比于输入增加了信号中可用的功率。被动滤波器不含有增强信号的放大装置并且不需要额外电源。被动滤波器无法具有净功率增益并且耗散来自信号的能量，这使得增益小于整体并且输出信号的振幅小于其对应的输入信号。
187.被动滤波电路可由诸如电阻器、电感器和电容器之类的部件构成。无需额外电源是优点，因为这使得电路没那么复杂。
188.主动滤波器的优点在于它们无需使用电感就可在一些频率范围实现指定的传递函数，相比于电阻器和电容器，电感器是相对较大并且成本较高的部件。由于不使用电感器，所以主动滤波器可以非常精简的尺寸制成，不生成磁场或与可能存在的磁场相互作用。
189.多阶滤波器
多阶滤波器可通过将滤波电路“层叠”在一起来构建。更高阶的滤波器的信号随着频率在截止频率以上增加而具有更大的削减率。随着滤波器的等阶升高，滤波器接近理想滤波器的特性和动作。
190.多阶主动滤波器具有各阶之间彼此良好孤立的优点，因此它们的特性独立于源和负载阻抗。与之不同，多阶被动滤波器更难设计，因为每一阶都必须考虑之前等阶的基于频率的负载。
191.滤波器电路实施例过滤信号的一个方法是rc滤波器，这是一种包括由电压或电流源驱动的一个或一个以上电阻器和一个或一个以上电容器的电路。该电路命名为“rc”是因为r和c分别是电阻和电容的常见符号。一阶rc电路是最简单类型的rc电路并包括一个电阻器和一个电容器。用于过滤电流信号的rc电路包括由电流源并联驱动的电阻器和电容器。通过电路的rc时间常数确定截止频率。图27a展示了并联rc电路。可使用与可充电电源100并联以及与电力负载104并联的超级电容来构建第一阶rc滤波器。
192.过滤信号的另一种方法是rl滤波器，这是一种包括由电压或电流源驱动的一个或一个以上电阻器和一个或一个以上电感器的电路。该电路命名为“rl”是因为r和l分别是电阻和电感的常见符号。一阶rl电路是最简单类型的rl电路并包括一个电阻器和一个电感器。用于过滤电流信号的rl电路包括由电流源并联驱动的电阻器和电感器。图27b展示了并联rl电路。
193.另一种备选方法是rlc滤波器，这是一种包括一个或一个以上电阻器、一个或一个以上电感器及一个或一个以上电容器的电路。二阶rlc电路是最简单类型的rlc电路，包括串联或并联连接的一个电阻器、一个电感器和一个电容器。该电路命名为“rlc”是因为r、l和c分别是电阻、电感和电容的常见符号。rlc电路的用途包括作为低通滤波器及其它应用。rlc滤波器被描述为二阶滤波器是因为可通过二阶微分方程来描述电路中的电压或电流。图27c展示了简单rlc电路。
194.也可使用更高阶的被动rlc滤波器，如巴特沃斯滤波器(butterworth filter)(图27d)。
195.上述电路均为被动滤波器。可例如通过使用运算放大器来构建主动低通滤波电路。图27e展示了具有运算放大器的主动滤波电路。
196.运算放大器的特征在于增益带宽乘积(gbwp)，这是放大器的带宽与测定带宽处的增益的乘积。增益带宽乘积几乎独立于其测定处的增益，所以增益大致上(to a first approximation)与频率成反比。举例而言，图28展示了gbwp为1mhz的运算放大器。该运算放大器在频率为1mhz时增益为1(0db)，在频率为100khz时增益为10(20db)，在频率为1khz时增益为1000(60db)。该示例的dc增益是100000, 或100db。这种与高dc增益耦合的反比响应给予运算放大器一阶低通滤波器的特性。通过gbwp除以dc增益得到截止频率。对于图27c中所展示的运算放大器而言，gbwp是1mhz，dc增益是100000，那么截止频率就是10hz。频率为10hz及以下的信号被允许以最大增益通过，而频率更高的信号的增益更低。
197.提升/降低运作过程中的暂态电流图19显示了存储网格上负载处理装置在降低和提升运作过程中电流的暂态本质。
198.图29展示了负载处理装置吊升运作的另一个实施例。首先，抓手装置39被降入存
储网格(减速事件)至21个网格位置的深度。然后抓手装置抓住质量为30kg的存储容器10并将存储容器向上提升至网格顶部并进入负载处理装置内的容器收纳空间(加速事件)。然后抓手装置将存储容器向下降回其在存储网格上的原始位置(第二次减速事件)，释放存储容器，然后向上提升抓手装置回到网格顶部(第二次加速事件)。从图29可以看出在抓手装置装载有30kg存储容器时被提升的第一次加速事件中具有比抓手装置没有承载负载时被提升的第二次加速事件高得多的平均电流。同样，在抓手装置装载有30kg存储容器时被降低的第二次减速事件中具有比抓手装置没有承载负载时被降低的第一次加速事件高得多的平均电流。
199.下表5列举了图29所展示的四个加减速事件中每一个事件的平均电流，以及该事件中的电流峰间变化。可以看出变化是显著的，第一次加速事件的峰间变化超过40安培。
200.表5：提升和降下运作过程中的平均电流和电流峰间变化。
201.电流信号的傅里叶变换为了更好地理解电流信号的高频分量，图30a-d绘制了图29所绘制的电流信号的傅里叶变换。采样频率为6250hz，因此傅里叶图的范围时从零到3125hz的奈奎斯特频率。图30a绘制了整个傅里叶变换，其显示了低频下的大型冲激(spike)以及在上至1000hz的频率范围中的一定数量的小型冲激。(套印的)图30b绘制了0-1000hz范围中并且振幅上至1的相同傅里叶变换，从该图可以看出大部分小型冲激出现20hz以上的频率。图30c绘制了范围为0-20hz并且振幅上至1的相同傅里叶变换。可以看出低频峰低于1hz，在9hz周围存在大型峰，在11hz周围出现了第二个。图30d绘制了0-1hz范围中的傅里叶变换；虽然在该解析度下较难看出光谱的具体形状，但可以看到在0.08hz周围有一个峰。0.08hz对应于约12.5秒的周期，这是一次提升和降下运作的周期(从图29可以看出从第一次减速事件开始到第二次减速事件开始之间的时间约为12.5秒，并且从第一次加速事件开始到第二次加速事件开始之间的时间约为12.5秒)。
202.通过查看电流信号的傅里叶变换，可以看出电流中的大多数噪音是位于20hz和1000hz之间，并在9hz和11hz具有额外的冲激。20hz或7hz的低通滤波器将会移除这些暂态中的大多数并生成更平稳的信号。
203.以上实施例证明了如何通过信号的傅里叶变换确定预定截止频率。当预定截止频率已知时，滤波电路可被设计为发挥低通滤波器的作用并使低于预定截止频率的频率通过且削减高于预定截止频率的频率。
204.对于被动低通滤波电路，可以选择部件的规格使得电路频率等于预定截止频率。举例而言，在rc滤波电路中，可选择电阻值和电容值使得电路频率是需要的截止频率。在rl滤波电路中，可选择电阻值和电感值使得电路频率是预定截止频率。在rlc滤波电路中，可选择电阻值、电感值和电容值使得电路频率是预定截止频率。
205.对于使用了运算放大器的主动低通滤波电路，可选择运算放大器的特性使得电路的截止频率与预定截止频率相同。如上文结合图28所述的，大致上(toafirstapproximation)运算放大器的截止频率可通过将其gbwp除以其dc增益来计算。
206.低通滤波器rc电路设计具有预定截止频率的低通滤波电路的原则将结合一阶rc滤波器来展示。应当理解，该具体电路是滤波器设计的许多可能实施方式中的一种，并不是为了进行限定。
207.图27a是展示了具有并联连接的电阻器和电容器的简单一阶rc滤波电路的图。滤波器的时间常数是通过电阻和电容的乘积计算出的，因此截止频率f通过下式1得出：等式1其中r是电路的电阻，c是电路的电容。
208.电抗x通过等式2得出。在更高频率下，电抗降低，并且电容器有效地发挥短路电路的作用：等式2。
209.电流信号的低频分量被电容的电抗所削减；电流不是自由通过电容器，而是积聚在电容器极板上。纯直流电流(电流信号的零频率分量)将完全无法通过电容器，因此必需改走电阻器。低频分量不会被电容器完全阻挡，但是它们的振幅将被削减并且至少部分电流被指引通过电阻器。
210.电流信号的高频分量非常顺利地通过电容器，原因是电容器几乎没有时间在电流的高频分量改变方向前累积电量。电流比流经电阻器更优先地经由电容器有效地缩短电路。
211.在实践中，电容器在这两个极端情况之间运行，原因是电流信号包括一系列频率范围的分量。
212.对于上文所述和图29所示的电流信号，查看(图30所示的)的电流信号的傅里叶变换表明20hz左右或(优选的)7hz左右的预定截止频率是合适的。等式1可被用于选择适当的r值和c值以创建电路频率为20hz或7hz的滤波电路。
213.等式1可被重新设置以计算所需的电容(等式3):等式3。
214.利用电阻为3.5m
ω
的电阻器，使用等式3得到20hz电路的所需电容为2.3f，7hz电路的所需电容为6.6f。
215.通过模拟证明低通滤波图31是具有并联的电阻器和电容器的简单rc滤波电路的simulink模型。48v电压源代表可充电电源，电容器代表电力负载。电阻器的电阻为3.5 m
ω
。图29的电流信号被施加经过电阻器，绘制了可充电电源中的电流信号。
216.图32绘制了经过电阻器和经过可充电电源的电流信号。如上文所计算的，电路频率为20hz的滤波电路应当从电流信号滤出大部分暂态。图32a是原始电流信号，与图29中的相同。图32b是在可充电电源处用电路频率为20hz、电阻器电阻为3.5 m
ω
、电容器电容为2.3farad的rc滤波电路过滤的已过滤信号。可以看出经过可充电电源的电流中的暂态相较于输入电流已经显著减少。输入电流在6.5秒左右第一次加速事件开始时出现47安培的冲激，可以看到在可充电电源处该冲激已经减少至显著降低的33安培。这证明在滤波电路中使用电容器将减少电流中的暂态和冲激，并因此减少对可充电电源的老化效应。
217.如上文所计算的，电路频率为7hz的滤波电路应当与20hz电路一样从电流信号滤出暂态，并且还滤出在9hz和11hz处观察到的峰。图32c是在可充电电源处用电路频率为7hz、电阻器电阻为3.5 m
ω
、电容器电容为6.6farad的rc滤波电路过滤的已过滤信号。可以看出经过可充电电源的电流中的暂态相较于输入电流已经显著减少，用7hz滤波电路频率甚至比用20hz滤波电路频率减少的更多。输入电流在6.5秒左右第一次加速事件开始时出现47安培的冲激，可以看到在可充电电源处该冲激减少至26安培。相较于第一次加速事件的平均电流24安培，该冲激不大。
218.下表6列举了四个加减速事件中每一个事件的平均电流、该事件中的电流峰间变化以及在20hz和7hz过滤后的电流峰间变化。可以看出峰间变化因过滤而大幅减少。
219.表6：在以20hz和7hz过滤后，提升和降下运作过程中的平均电流和电流峰间变化。
220.图33a比较了负载电流和经过具有20hz滤波电路的可充电电源的电流，而图33b比较了负载电流和经过具有7hz滤波电路的可充电电源的电流。从这些图可轻易看出电流信号中的暂态是如何被显著削减的。
221.锂离子电池的非线性图34显示了锂离子电池的典型放电曲线，绘制了与放电量相对的(电池)单元电
压。放电量被定义为100%减去电量状态：100%的电量状态对应于放电量0%，而0%的电量状态对应于100%的放电量。可以看出放电曲线是高度非线性的。这意味着在实践中锂离子(电池)单元并不是在整个电压范围都运作的。虽然单个锂离子电池单元的电压范围可上达4.2v，在实践中该曲线的高度非线性形状意味着电池单元大部分时间处于3至4伏特之间。该图仅显示了象征性的电压曲线；在实践中，该曲线的形状取决于许多要素，如温度和放电速率。别的电池化学配方具有不同的最大电压和不同的放电曲线，但也是非线性的。这对于可充电电源是电池的负载处理装置可能会是个问题，原因在于负载处理装置无法利用全部电池范围。
222.为了向一个或一个以上负载发动机供电，若干个锂离子电池单元可被串联设置。举例而言，串联的12个锂离子电池单元提供了高达12 * 4.2 = 50.4v的电压范围，足以以48v的标称电压为一个或一个以上负载发动机供电。锂离子(电池)单元大部分时间会运作于36v (12 x 3v)和48v (12 x 4v)之间。在实践中，锂离子电池仅仅利用其全部电压范围的一小部分(并因此仅仅利用了其全部能量存储的一小部分)。
223.虽然如此，在实践中，一旦锂离子电池组的电压跌落至用于为电力负载供电的阈值电压以下，负载发动机就会无法具有足够的功率为负载处理装置提供所需的加速。这可以发生在锂离子(电池)单元完全放电之前，意味着锂离子(电池)单元的有效范围仅有一部分被用于供电。一旦到达阈值电压，电池将无法提供足够的电力，因此负载处理装置必须被充电。对于具有48v锂离子电池组和48v电力负载的负载处理装置，该阈值电压为42.6v左右。
224.在一些具体实施方式中，负载处理装置可能需要达到预定加速从而实施其功能。为了达到履行订单并满足需求的存储系统的物品吞吐量，负载处理装置必需在网格上尽可能以最大加速运作。在网格上运作的负载处理装置的加速越大，负载处理装置就能在从指定堆叠取回或存储仓储容器时更快地到达期望网格单元。反之，在网格上运作的负载处理装置的加速越小，负载处理装置就需要更长时间以到达期望网格单元并因此耗费更多时间以从指定堆叠取回存储容器。结果，为了保持存储系统的物品吞吐量并因此满足更低加速的需求，将会需要更多数量的负载处理装置运作在网格上。
225.存储系统包括管理负载处理装置在网格上的移动的控制系统。控制系统追踪每一个负载处理装置的位置、指示负载处理装置移动至新位置并避免碰撞。如果负载处理装置无法达到所需的加速，它可能就无法在预期时间内实现所需的移动。其它负载处理装置可能需要减速或绕道以避免碰撞。除了使控制变得复杂得多，这可能会减慢网格上其它负载处理装置的速度或干扰网格上其它负载处理装置的路径，而不仅仅是影响加速不足的负载处理装置。
226.因此，在一些具体实施方式中，为负载处理装置限定预定加速以实现其功能可能是有好处的。可以是负载处理装置沿着网格框架结构上的轨路移动的线性加速，或抓手装置从存储系统向上提升容器进入负载处理装置的容器收纳空间的加速，或二者皆是。预定加速限定了提升驱动组件和/或驱动机构的扭矩要求并因此限定了发动机的扭矩要求。扭矩要求限定了阈值电压。该电压将被称为预定阈值电压，原因是该电压的值是由预定加速所限定的。这通常被称为电力负载的工作电压。当发动机电压跌落至该预定阈值电压以下时，负载处理装置将无法达到预定加速。在示例性具体实施方式中，对于具有48v锂离子电
池组和48v电力负载的负载处理装置，该预定阈值电压为42.6v左右。
227.电池电压范围的可用部分因此被进一步减少。举例而言，5kwh锂离子电池可能仅使用了其能量容量的前~1.5kwh(前三分之一)。这是一个问题，原因是电池的成本和质量都很巨大，但电池容量却仅有一部分可用，因此电池必需比实际所需要的更加频繁的被充电。充电需要停机时间以及负载处理装置往返存储网格上的充电站所花费的时间和能量。
228.待解决的问题是如何使负载处理装置在需要对可充电电源充电前运作的时间更长。
229.增加充电之间的时间的一个途径是增加可充电电源的电压。但这是次优选择，因为高电压需要更多的安全措施来保护人类操作者。高电压需要额定功率更高的部件，相关成本也更高。另外，增加电压不会解决可充电电源仅在其一部分有效范围内运作的问题。
230.另一个方法是通过使用第二电源作为“升压器”来使用更高比例的可充电电源工作电压，以使能量存储系统能在可充电电源的电压已经跌落至用于为电力负载供电的预定阈值电压以下时提供足够的电力。
231.超级电容可与可充电电源并联放置，这使得超级电容和可充电电源以相同的电压向电力负载供电。但这并非理想方式，因为这仅会利用超级电容有效电压范围的一部分。超级电容的单位能量存储的成本高于可充电电源的单位能量存储的成本，并且可能会需要若干个串联的超级电容模块以达到所需电压。
232.图35比较了电池和超级电容的典型放电曲线。超级电容的放电曲线约为直线，电压随着放电量(放电量被定义为100%-电量状态)线性下降。电池放电曲线平缓得多，因此对于相同的电压变化，电池将会经受更大的电量状态变化。当电池和超级电容并联连接时，它们将承受相同的电压。放电曲线形状的差别意味着当并联的电池和超级电容经受相同的电压下降时，电池的电量状态将比超级电容的电量状态掉的更多，原因是，电池的放电曲线比超级电容的放电曲线更加平缓。超级电容将因此承受更小的电量状态变化并且仅使用其soc范围的一小部分。因此，包括均向电力负载供电的并联连接的超级电容和电池的电路的缺点是仅可利用超级电容全部soc范围的一部分。
233.与可充电电源串联连接作为升压器的超级电容使用超级电容作为功率升压器的另一个途径是将超级电容与可充电电源串联连接。由于超级电容的放电曲线是线性的，其整个电压范围都可得到利用。
234.由于超级电容具有低能量密度并且单位能量存储比其它可充电电源更贵，可使用标称电压更低的超级电容。将由一个或一个以上超级电容构成的组件与可充电电源串联连接意味着超级电容的标称电压可比可充电电源的标称电压更低
ꢀ–ꢀ
无需将若干个超级电容单元串联以匹配可充电电源的电压
ꢀ–ꢀ
因此可以使用更少的超级电容单元。
235.将超级电容与可充电电源串联连接意味着，如果超级电容和可充电电源两端的组合电压大于或等于用于向电力负载供电的预定阈值电压，负载处理装置甚至在可充电电源两端的电压已经跌落至预定阈值电压以下时仍可继续运作。在实践中，这意味着负载处理装置可在充电站两次充电之间运作更长时间。
236.在上文给出的实施例中，对于具有48v锂离子电池组和48v电力负载的负载处理装置，该预定阈值电压为42.6v左右。如果只具备电池，一旦电池电压降至42.6v，负载处理装置就需要被充电。但是，通过与电池串联的5v超级电容，负载处理装置可在电池和超级电容
两端的组合电压5v 37.6v已经降至42.6v的预定阈值电压时继续运作直至电池电压跌落至37.6v。
237.2.7或5.4v电压的超级电容可以方便地以商业方式获取。其它电压也是可用的。
238.仅用于短时间的峰值功率需求如上文所述，负载处理装置的能量存储系统必须能够为驱动机构和/或提升驱动组件提供足够的功率从而完成加速事件。但是减速事件并不具有恒定的功率需求。
239.电力负载的峰值需求仅仅出现一小段时间。图36绘制了为负载处理装置的轮供电的发动机随着负载处理装置在存储网格的顶部移动的功率需求。可以看出峰值功率需求出现在1.1秒左右，并仅仅持续了不到1秒。因此，能量存储系统仅需要短时间提供最大功率即可。超级电容完美适应于提供此种功率升高，因为它功率密度高而能量密度低。由于需求只持续一小段时间，并不需要高能量存储容量。超级电容可辅助满足功率需求，而无需使能量存储系统增加显著的额外质量或成本。
240.减速事件也可参见图36，位于约1.3秒和2秒之间。这段时间的功率需求是负的，意味着发动机发挥发电机的作用并从负载处理装置的减速回收能量。
241.负载处理装置的能量存储系统必须能够供电以使抓手装置能被提升驱动组件降低和升高从而取回或堆放存储容器。如上文所述，图29展示了负载处理装置的吊升运作的示例。从图29也可以看出电力负载的峰值需求仅仅出现了一小段时间。第一次加速事件的峰值功率需求发生在6.5秒左右，并且仅仅持续了不到1秒。因此，能量存储系统仅需要短时间提供最大功率即可。超级电容完美适应于提供此种功率升高，因为它功率密度高而能量密度低。由于需求只持续一小段时间，因此并不需要高能量存储容量。超级电容可辅助满足功率需求，而无需使能量存储系统增加显著的额外质量或成本。
242.超级电容与可充电电源串联连接的电路图图37展示了超级电容102与可充电电源100串联连接的简单电路图。超级电容和可充电电源一起向电力负载104供电。在正常运作过程中，可充电电源100和超级电容102都向电力负载104供电。
243.图37显示了单个电池单元100、单个超级电容102和单个电力负载104，这仅仅是为了方便展示。可充电电源100不限于电池，并且可包括复数个串联和/或并联连接的电池单元。电池单元可串联连接以增加电压(例如，标证电压为48v的电池可包括12个串联的、每个最大电压为4.2v的锂离子电池单元)，和/或并联连接以增加能量存储容量。超级电容102可包括复数个串联或并联的超级电容，串联以增加电压，并联以增加能量存储容量。电力负载104可包括复数个电机或其它部件。举例而言，电力负载可包括作为提升驱动组件一部分的一个或一个以上发动机和作为驱动机构一部分以驱动负载处理装置的轮的一个或一个以上发动机。
244.图38展示了可充电电源100包括复数个串联连接的电池单元、超级电容102包括复数个串联和并联连接的超级电容模块并且电力负载104包括复数个并联连接的电机时的电路图。
245.地面105是常见的；所有接地部件都可连接至负载处理装置的底盘。
246.控制超级电容充电控制器120可被用于管理超级电容102的充电和放电。该控制器可被配置为在由一
个或一个以上超级电容模块构成的组件两端的电压低于预定阈值超级电容再充电电压时指示可充电电源100对由一个或一个以上超级电容模块构成的组件充电。
247.预定阈值超级电容再充电电压可被限定的比超级电容的最大额定电压足够的低，使得有足够的未使用能量存储容量来接收从减速事件回收的能量。
248.直流-直流转换器122可被用于转换可充电电源100和由一个或一个以上超级电容模块构成的组件之间的电压。
249.当减速事件过程中的能量从负载处理装置的驱动机构和/或提升驱动组件回收时，如果由一个或一个以上超级电容模块构成的组件两端的电压低于预定阈值超级电容再充电电压，那么控制器就指引回收能量前往由一个或一个以上超级电容模块构成的组件。
250.直流-直流转换器可被用于转换负载电压和由一个或一个以上超级电容模块构成的组件之间的电压。它可以与被用于转换可充电电源和由一个或一个以上超级电容模块构成的组件之间的电压的直流-直流转换器122相同。
251.由一个或一个以上超级电容模块构成的组件可被选定，使其额定功率足以容纳在减速事件过程中从驱动机构和/或提升驱动组件回收的功率，并使其能量存储容量足以容纳和存储在一个或一个以上减速事件过程中从驱动机构和/或提升驱动组件回收的能量。这确保了所有的可用回收能量都得以获取和存储。
252.图39和40展示了电路的控制运作。控制器120读取可充电电源两端的电压vb以及可充电电源及超级电容两端的组合电压vc。这两个电压之间的压差vc
ꢀ–ꢀ
vb就是超级电容两端的电压。如果超级电容两端的电压低于预定阈值超级电容再充电电压，那么控制器就对超级电容充电。输入控制器的输入电流iin可以由可充电电源供应，也可以是在减速事件过程中从驱动机构和/或提升驱动组件回收的制动电流。直流-直流转换器122可被用于转换该输入电流的电压从而以适当的电压供应给超级电容。
253.图39展示了当可充电电源100被用于对超级电容102充电时电路的运作。图39上的箭头展示了电流流动方向。可充电电源100通过控制器120和直流-直流转换器122向电力负载104供电，也向超级电容102供电。
254.图40展示了当从电力负载104回收的能量被用于向超级电容102充电时电路的运作。图40上的箭头展示了电流流动方向。从电力负载104回收的能量通过控制器120和直流-直流转换器122提供给超级电容102。
255.图41更详细地展示了控制器120和直流-直流转换器122的一个可能的具体实施方式。如果超级电容两端的电压vc
ꢀ–ꢀ
vb低于预定阈值超级电容再充电电压，控制器120就向晶体管124的底座发送信号，该信号可以是方波。晶体管124被激活时允许输入电流iin经由变压器126的第一线圈流向地面105。电流被引入变压器126的第二线圈。该电流通过整流器128，然后被用于对超级电容102充电。由控制器120测定电压反馈vfb和电流反馈ifb从而监控来自直流-直流转换器122的输出电压和电流。
256.开关130可被用于保护超级电容102免于过充。控制器120可检测超级电容电压过高的时间，如超级电容电压超过最大超级电容电压时，然后可以操作开关以将超级电容与电源断开。开关130在此被展示为位于控制器120和晶体管124的底座之间，但是应当理解该开关可位于电路中能使超级电容102与电源断开的任意位置。
257.超级电容保护电路
在正常运作过程中，超级电容102放电并向电力负载104供电。当超级电容完全放电时，将无法继续供电。超级电容保护电路132可被用于确保超级电容一旦完全放电就不再逆向充电。逆向充电可对超级电容造成损坏。
258.图42是部分电路图，其展示了旁接超级电容102的超级电容保护电路132。在正常运作中，超级电容被充电或部分充电，并随着电流经过它而放电。当超级电容被放电时，超级电容保护电路132允许电流绕过超级电容，而不是流经超级电容。
259.阻止超级电容逆向充电的超级电容保护电路132可包括晶体管。晶体管可由超级电容保护电路控制器134控制。当超级电容102两端的电压跌落至零伏特以下时，超级电容保护电路控制器134发送信号至晶体管132的底座将其开启并因此允许电流流经晶体管132，而不是经过超级电容102。超级电容保护电路控制器134可以是单独的装置，也可以被整合入控制超级电容充电的同一控制器120。
260.用于控制超级电容的规则总结如下：1.如果超级电容102两端的电压低于预定阈值超级电容再充电压，那么控制器120就指示可充电电源100通过直流-直流转换器122为超级电容102充电。
261.2.如果超级电容102两端的电压低于预定阈值超级电容再充电压，那么控制器120就指引来自驱动机构和/或提升驱动组件的任意回收能量经由直流-直流转换器122前往超级电容102。
262.3.如果超级电容102两端的电压低于0，那么超级电容保护电路控制器134就启动超级电容保护电路132以防止超级电容102逆向充电。
263.4.如果超级电容电压高于最大超级电容电压，那么控制器120就打开开关130以将电源与超级电容断开并保护超级电容102免于过充。