一種叉車用快速充電方法的研究

文/ 張再磊 陳偉林

隨著鋰電池技術(shù)越來越成熟，生產(chǎn)規(guī)模日益擴大，成本持續(xù)降低，鋰電池叉車以其間歇式充電和充電便捷的優(yōu)勢，正逐漸取代鉛酸蓄電池叉車。國家新能源環(huán)保政策的推行，也促進電動汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，為了解決電動汽車的充電問題，設(shè)立很多充電樁。目前，市場上的低壓鋰電池叉車，其充電方式有兩種：

一是，利用專用的低壓鋰電池充電機，從電網(wǎng)取電后，通過充電機轉(zhuǎn)換成低電壓后，為鋰電池充電。不同電壓等級的叉車，需采購不同型號鋰電池叉車專用充電機，同時專用設(shè)備使用率不高，且售價昂貴。

二是，利用電動大巴通用充電樁進行充電，電動大巴充電樁的特點是：充電樁輸出高壓為300～600VAC，最大充電電流為200A，通過CAN通訊控制進行充電管理。而鋰電池叉車的工作電壓范圍為24～96V直流低壓，在同等容量電池的情況下，在相同充電時間內(nèi)，所需充電電流遠高于200A，所以目前無法直接使用電動大巴充電樁；若通過技術(shù)手段，將充電電流限制到200A進行充電，則所需充電時間與同等容量的鉛酸電池充電時間相當(dāng)，無法應(yīng)用鋰電池的快充特點。此外，充電槍長時間工作在峰值電流，會嚴重影響使用壽命，增加鋰電池叉車的使用成本，降低市場競爭力。

以上兩種充電方式存在著設(shè)備采購成本高、通用性差、充電時間長等缺陷，給終端用戶的使用帶來不便，并會提高設(shè)備投入成本。因此，充電問題成為限制鋰電池叉車進一步推廣使用的瓶頸，亟待突破和解決，尤其是針對現(xiàn)有快速充電的問題，目前尚未出現(xiàn)有效的解決方案。

充電問題成為限制鋰電池叉車進一步推廣使用的瓶頸，亟待突破和解決

一、解決方案

有鑒于此，本方案提出的一種叉車用快速充電方法，可解決現(xiàn)有充電技術(shù)存在的成本高、用戶使用不便等技術(shù)問題。具體技術(shù)方案如下：

一種叉車用快速充電方法，供叉車用，基于鋰電池主模組、鋰電池擴展模組、高壓充電機及電壓轉(zhuǎn)換裝置，主要包括以下步驟：

接入一組待充電鋰電池；

利用電壓轉(zhuǎn)換裝置，將模組中各小模組的連接方式由并聯(lián)轉(zhuǎn)為串聯(lián)回路；

整個鋰電池模組電壓升高至與充電樁電壓相同水平；

設(shè)定充電電壓并上電；

圖1 本方案流程圖

分別檢測每塊待充電鋰電池的所在接口位置以及現(xiàn)有電量；

利用電壓轉(zhuǎn)換模組內(nèi)部的電壓均衡電路，使鋰電池每個小模組的電壓達到統(tǒng)一電壓值；

根據(jù)設(shè)定的充電電壓，對未達到上限電量的鋰電池所在的接口供電；

圖2 充電等效電路

顯示所有接口位置的待充電鋰電池的狀態(tài)信息；

根據(jù)設(shè)定的充電電壓，針對已達到上限電量的鋰電池發(fā)出閾值告警。

進一步的，所述設(shè)定充電電壓并上電；

其中設(shè)定充電電壓為對所有接口設(shè)置統(tǒng)一的充電電壓，或?qū)γ總€接口分別設(shè)置相同或不同的充電電壓。

進一步的，所述顯示所有接口位置的待充電鋰電池的狀態(tài)信息；

其中待充電鋰電池的狀態(tài)信息包括：所在接口位置、設(shè)定的充電電壓、當(dāng)前電量百分比、充電狀態(tài)、閾值告警狀態(tài)。

由上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明設(shè)計一種充電樁外接裝置，通過增加充電電壓轉(zhuǎn)換裝置，將鋰電池并聯(lián)充電的方式，轉(zhuǎn)為串聯(lián)充電方式，達到鋰電池利用通用充電樁、小電流、快速完成充電，并在充電末期，通過均流電路調(diào)節(jié)充電電流，對所有鋰電池單體進行均衡充電，保證鋰電池的放電能力，延長使用壽命。

圖3 放電等效電路

本方案的叉車用快速充電方法，能夠利用已經(jīng)普及推廣應(yīng)用的充電樁平臺，根據(jù)叉車的不同電壓等級，充分利用鋰電池快充的特性，快速完成鋰電池叉車充電。并且，本發(fā)明能夠針對不同鋰電池或不同類型的鋰電池快速進行電量補充。該充電方法，可以應(yīng)用現(xiàn)有的電動汽車高壓充電樁設(shè)備，快速為鋰電池叉車進行充電。利用電動汽車平臺和設(shè)備，無需專用設(shè)備，降低采購成本；無需考慮通訊協(xié)議，通用性強。

二、方案實施

為了便于理解本方案，下面將結(jié)合具體實例進行更全面地描述。本方案實例所述的充電方法，包括以下步驟：

步驟S101，接入一組待充電鋰電池；

步驟S103，利用電壓轉(zhuǎn)換裝置，將模組中各小模組的連接方式由并聯(lián)轉(zhuǎn)為串聯(lián)回路；

步驟S105，整個鋰電池模組電壓升高至與充電樁電壓相同水平；

步驟S107，設(shè)定充電電壓并上電；

步驟S109，分別檢測每塊待充電鋰電池的所在接口位置以及現(xiàn)有電量；

步驟S111，利用電壓轉(zhuǎn)換模組內(nèi)部的電壓均衡電路，使鋰電池每個小模組的電壓達到統(tǒng)一電壓值，避免因壓差造成的電池內(nèi)部放電；

步驟S113，根據(jù)設(shè)定的充電電壓，對未達到上限電量的鋰電池所在的接口供電；

步驟S115，顯示所有接口位置的待充電鋰電池的狀態(tài)信息；

步驟S117，根據(jù)設(shè)定的充電電壓，針對已達到上限電量的鋰電池發(fā)出閾值告警。

在具體實施時，本方案可進行如下設(shè)置：

設(shè)定充電電壓為對所有接口設(shè)置統(tǒng)一的充電電壓，或?qū)γ總€接口分別設(shè)置相同或不同的充電電壓。

圖4 三種充電狀態(tài)示意圖

待充電鋰電池的狀態(tài)信息包括以下至少之一：所在接口位置、設(shè)定的充電電壓、當(dāng)前電量百分比、充電狀態(tài)、閾值告警狀態(tài)。

當(dāng)檢測到鋰電池已達到上限電量時，停止對已達到上限電量的鋰電池所在的接口供電。

閾值告警引導(dǎo)使用者卸下已充電的鋰電池，并換上另一塊待充電鋰電池。

待充電鋰電池是電動叉車使用的低壓供電鋰電池。

由上可知，本方案的叉車鋰電池快速充電系統(tǒng)，能夠針對不同鋰電池或不同類型的鋰電池快速進行電量補充。該充電方法，可以應(yīng)用現(xiàn)有的電動汽車高壓充電樁設(shè)備，快速為鋰電池叉車進行充電。利用電動汽車平臺和設(shè)備，無需專用設(shè)備，降低采購成本；無需考慮通訊協(xié)議，通用性強。

本方案能夠利用已經(jīng)普及推廣應(yīng)用的充電樁平臺，根據(jù)叉車的不同電壓等級，充分利用鋰電池快充的特性，快速完成鋰電池叉車充電。

三、技術(shù)優(yōu)勢

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本方案具有以下有益效果：

1.采用通用充電樁為鋰電池叉車充電，利用電動汽車平臺和設(shè)備，無需采購專用設(shè)備，降低客戶采購和使用成本，同時采用國際通用CAN通訊，解決現(xiàn)有叉車鋰電池充電機CAN協(xié)議各不同，互換性差的問題。

2.解決充電時間過長問題，充分利用鋰電池快充的特性，實現(xiàn)1C充電。

3.所采用的電壓轉(zhuǎn)換裝置，獨立存在，使用、維護方便，且可延長充電槍使用壽命，提高使用率。

4.結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，操作方便；具有應(yīng)用范圍廣的特點，適用于所有鋰電池電動叉車；成本低，提高整車性價比；不受使用環(huán)境的限制，可靠性高，使用壽命長。

5.本方案提供的鋰電池充電方法，通過接入鋰電池設(shè)定充電電壓，分別檢測每塊待充電鋰電池的所在接口位置以及現(xiàn)有電量，對未達到上限電量的鋰電池所在的接口供電，顯示所有接口位置的待充電鋰電池的狀態(tài)信息。并且，針對已達到上限電量的鋰電池發(fā)出閾值告警的技術(shù)方案，能夠針對不同鋰電池或不同類型的鋰電池實時監(jiān)測鋰電池的當(dāng)前電量，按需進行供電補電，進行叉車鋰電池的定期充電維護或安裝前的電量補充。

四、小結(jié)

本方案所述叉車用快速充電方法，能夠利用已經(jīng)普及推廣應(yīng)用的充電樁平臺，根據(jù)叉車的不同電壓等級，充分利用鋰電池快充的特性，快速完成鋰電池叉車充電。并且，能夠針對不同鋰電池或不同類型的鋰電池快速進行電量補充。該充電方法，可以應(yīng)用現(xiàn)有的電動汽車高壓充電樁設(shè)備，快速為鋰電池叉車進行充電。利用電動汽車平臺和設(shè)備，無需專用設(shè)備，降低采購成本；無需考慮通訊協(xié)議，通用性強。