電瓶叉車電源改造

文/項(xiàng)衛(wèi)鋒，安徽工商管理學(xué)院

1 引言

電動(dòng)叉車是指以電機(jī)和電池作為動(dòng)力系統(tǒng)，電機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力驅(qū)動(dòng)叉車行走和貨物起升的起重運(yùn)輸機(jī)械。鉛酸蓄電池目前是電動(dòng)叉車的主要?jiǎng)恿δ茉?，鉛酸蓄電池具有價(jià)格低廉，原材料易于獲得，放電時(shí)電動(dòng)勢較穩(wěn)定，適用于大電流放電及廣泛的環(huán)境溫度范圍等優(yōu)點(diǎn)，半個(gè)世紀(jì)以來，被廣泛應(yīng)用，具有成熟的技術(shù)。但是，鉛酸蓄電池本身又具有污染嚴(yán)重，壽命短等缺點(diǎn)，制約了電動(dòng)叉車的進(jìn)一步發(fā)展。隨著能源緊張、環(huán)境污染等問題的出現(xiàn)，節(jié)能環(huán)保的綠色能源電動(dòng)叉車具有廣泛的應(yīng)用前景。但目前已經(jīng)存在的鉛酸蓄電池驅(qū)動(dòng)叉車數(shù)量巨大，完全更換新的叉車，需要大量的資金，也會(huì)造成巨大的浪費(fèi)，因此進(jìn)行電源改造是一種合理的解決辦法。

2 電動(dòng)叉車對(duì)電池的性能要求

電動(dòng)叉車的續(xù)駛里程是電動(dòng)叉車工作性能的一個(gè)重要指標(biāo)，與續(xù)駛里程直接相關(guān)的是動(dòng)力電池的容量，通常用比能量反映動(dòng)力電池容量特性。由于電動(dòng)叉車為搬運(yùn)式工程車輛，通常需要起升或者搬運(yùn)幾噸乃至十幾噸的貨物，因此需要電動(dòng)叉車能夠提供較大的功率，這在本質(zhì)上要求動(dòng)力電池能夠承受大電流放電，我們通常用比功率來衡量動(dòng)力電池所能承受的電流大??；除此之外，電池價(jià)格以及電池循環(huán)使用壽命關(guān)系電動(dòng)叉車的成本，快速充電可以為用戶提供更大的方便。以上這些都是電動(dòng)叉車電池選用應(yīng)該考慮的因素。

由電動(dòng)叉車對(duì)動(dòng)力電池的性能要求以及上表的比較結(jié)果可知，鏗離子電池各方面性能優(yōu)越，適合選作電動(dòng)叉車的動(dòng)力源。鏗離子電池通常包含鉆酸鏗、錳酸鏗以及磷酸鐵鏗三大類，而作為電動(dòng)車輛的驅(qū)動(dòng)電池，磷酸鐵鏗電池表現(xiàn)更加突出。

3 電瓶叉車電源改造

3.1 磷酸鐵鏗電池改造模塊的基本組成

磷酸鐵鏗電池電源改造后，其模塊包括鏗電池管理系統(tǒng)電路板、磷酸鐵鏗電池組、總機(jī)械開關(guān)、溫度傳感器、控制線接口、充放電接口、其它開關(guān)等。磷酸鐵鏗電池組通過總機(jī)械開關(guān)直接給鏗電池管理系統(tǒng)電路板供電，鏗電池管理系統(tǒng)電路板主要完成對(duì)磷酸鐵鏗電池組的每一單體電池的電壓、溫度、電流等進(jìn)行檢測并控制相關(guān)器件正常工作，總機(jī)械開關(guān)及其他開關(guān)供操作者使用。

3.1.1 改造前后電池組的體積計(jì)算

在電動(dòng)叉車左右兩個(gè)電池腔中，各有一組單體鉛酸蓄電池。本文所選鉛酸蓄電池的體積（長x寬x高）為260x170x230 mm，分為左右兩組；改造后，選用8組3.2V的磷酸鐵鏗電池，單組體積為（長x寬x高）為180x50x 105 mm，左右各四組，保持電動(dòng)叉車的平衡。同時(shí)，由表1可知，所選單組蓄電池的重量為24 kb。改造之后，左右電池腔須分別加置配重塊，保持原有叉車電池組的重量，使叉車的原有特性得以保持。

3.1.2 改造前后電池組的容量計(jì)算

為了保持原有電動(dòng)叉車上的電動(dòng)機(jī)正常工作，而不因動(dòng)力電源模塊的改造而出現(xiàn)過載或者欠載的情況；同時(shí)為了保證叉車上原有電路和元器件的正常使用，改造前后電池的電壓和容量必須保持一致。由表1可知，本文所用鉛酸蓄電池電壓為24 V，額定容量為75 Ah，因此設(shè)計(jì)8組單體磷酸鐵鏗電池組串聯(lián)，每一組單體磷酸鐵鏗電池組的額定電壓為3.2 V，并且容量滿足要求。

表1 電動(dòng)叉車電源模塊部分參數(shù)表

驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率/kw 0.75 無蓄電池重量/kg 160蓄電池重量/kg 24x2 蓄電池允許重量/kg 50自重/kg 210 電壓/容量/（ V/Ah ） 24/75

3.2 利用電池管理系統(tǒng)進(jìn)行電壓、電流等的檢測

鏗電池管理系統(tǒng)電路板的電壓檢測運(yùn)用串聯(lián)電池組電壓檢測專用芯片，電流檢測運(yùn)用單電源電流霍爾傳感器，溫度檢測運(yùn)用單總線通訊的溫度傳感器。鏗電池管理系統(tǒng)通過電路板上的1個(gè)MCU，1個(gè)串聯(lián)電池組電壓檢測專用芯片、1個(gè)DC/DC電源、1個(gè)溫度傳感器接口進(jìn)行工作，對(duì)整個(gè)電源改造模塊進(jìn)行監(jiān)控和管理。

每個(gè)磷酸鐵鏗單體電池上設(shè)置有溫度傳感器與控制線接口，相臨兩個(gè)磷酸鐵鏗單體電池通過對(duì)應(yīng)控制線接口相連接，所有磷酸鐵鏗單體電池串聯(lián)構(gòu)成磷酸鐵鏗電池組，溫度傳感器均與鏗電池管理系統(tǒng)電路板線路連接。

圖1 電壓、電流檢測控制圖

3.3 電池改造模塊的充、放電過程

電池模塊更換后，相應(yīng)的充電器也要進(jìn)行更換。本研究選用型號(hào)為FC600的鏗電池智能三段式充電器，其電壓輸人為180240 V，輸出工作電流為5.0 Ao鏗電池組采用插接件與充電器進(jìn)行連接，保證充電過程的正常進(jìn)行。放電過程中，導(dǎo)線通過總機(jī)械開關(guān)，與模塊其他各部分相連接。

充電器接口連接電源，對(duì)鏗電池組進(jìn)行充電。操作者在使用時(shí)，首先閉合總機(jī)械開關(guān)，此時(shí)電池管理系統(tǒng)開始工作；當(dāng)啟動(dòng)完成后充電器開始工作。當(dāng)磷酸鐵鏗電池組充電完成后，鏗電池管理系統(tǒng)控制中間繼電器斷開使直流接觸器斷開，實(shí)現(xiàn)磷酸鐵鏗電池組充電終止。當(dāng)磷酸鐵鏗電池組出現(xiàn)非正常使用（過溫、過壓、欠壓）的情況下，電池管理系統(tǒng)也會(huì)控制中間繼電器斷開使直流接觸器斷開，實(shí)現(xiàn)鏗電池組的充放電終止，使鏗電池組得到保護(hù)。

4 結(jié)語

由于磷酸鐵鏗電池的發(fā)熱比鉛酸蓄電池要少，電源模塊不易過熱，不易對(duì)叉車電路系統(tǒng)造成極大損害，適合叉車的長時(shí)間使用。磷酸鐵鏗電池比鉛酸蓄電池的能量高，在鏗電池與鉛酸蓄電池具有相同的容量時(shí)，充電次數(shù)減少，鏗電池的工作時(shí)間增加，延長了鏗電池的使用壽命，節(jié)約了電費(fèi)和電池管理費(fèi)，間接地提高了電動(dòng)叉車的性能，提高了生產(chǎn)效率。