电瓶叉车电源改造

文/项卫锋，安徽工商管理学院

1 引言

电动叉车是指以电机和电池作为动力系统，电机产生动力驱动叉车行走和货物起升的起重运输机械。铅酸蓄电池目前是电动叉车的主要动力能源，铅酸蓄电池具有价格低廉，原材料易于获得，放电时电动势较稳定，适用于大电流放电及广泛的环境温度范围等优点，半个世纪以来，被广泛应用，具有成熟的技术。但是，铅酸蓄电池本身又具有污染严重，寿命短等缺点，制约了电动叉车的进一步发展。随着能源紧张、环境污染等问题的出现，节能环保的绿色能源电动叉车具有广泛的应用前景。但目前已经存在的铅酸蓄电池驱动叉车数量巨大，完全更换新的叉车，需要大量的资金，也会造成巨大的浪费，因此进行电源改造是一种合理的解决办法。

2 电动叉车对电池的性能要求

电动叉车的续驶里程是电动叉车工作性能的一个重要指标，与续驶里程直接相关的是动力电池的容量，通常用比能量反映动力电池容量特性。由于电动叉车为搬运式工程车辆，通常需要起升或者搬运几吨乃至十几吨的货物，因此需要电动叉车能够提供较大的功率，这在本质上要求动力电池能够承受大电流放电，我们通常用比功率来衡量动力电池所能承受的电流大小；除此之外，电池价格以及电池循环使用寿命关系电动叉车的成本，快速充电可以为用户提供更大的方便。以上这些都是电动叉车电池选用应该考虑的因素。

由电动叉车对动力电池的性能要求以及上表的比较结果可知，铿离子电池各方面性能优越，适合选作电动叉车的动力源。铿离子电池通常包含钻酸铿、锰酸铿以及磷酸铁铿三大类，而作为电动车辆的驱动电池，磷酸铁铿电池表现更加突出。

3 电瓶叉车电源改造

3.1 磷酸铁铿电池改造模块的基本组成

磷酸铁铿电池电源改造后，其模块包括铿电池管理系统电路板、磷酸铁铿电池组、总机械开关、温度传感器、控制线接口、充放电接口、其它开关等。磷酸铁铿电池组通过总机械开关直接给铿电池管理系统电路板供电，铿电池管理系统电路板主要完成对磷酸铁铿电池组的每一单体电池的电压、温度、电流等进行检测并控制相关器件正常工作，总机械开关及其他开关供操作者使用。

3.1.1 改造前后电池组的体积计算

在电动叉车左右两个电池腔中，各有一组单体铅酸蓄电池。本文所选铅酸蓄电池的体积（长x宽x高）为260x170x230 mm，分为左右两组；改造后，选用8组3.2V的磷酸铁铿电池，单组体积为（长x宽x高）为180x50x 105 mm，左右各四组，保持电动叉车的平衡。同时，由表1可知，所选单组蓄电池的重量为24 kb。改造之后，左右电池腔须分别加置配重块，保持原有叉车电池组的重量，使叉车的原有特性得以保持。

3.1.2 改造前后电池组的容量计算

为了保持原有电动叉车上的电动机正常工作，而不因动力电源模块的改造而出现过载或者欠载的情况；同时为了保证叉车上原有电路和元器件的正常使用，改造前后电池的电压和容量必须保持一致。由表1可知，本文所用铅酸蓄电池电压为24 V，额定容量为75 Ah，因此设计8组单体磷酸铁铿电池组串联，每一组单体磷酸铁铿电池组的额定电压为3.2 V，并且容量满足要求。

表1 电动叉车电源模块部分参数表

驱动电机功率/kw 0.75 无蓄电池重量/kg 160蓄电池重量/kg 24x2 蓄电池允许重量/kg 50自重/kg 210 电压/容量/（ V/Ah ） 24/75

3.2 利用电池管理系统进行电压、电流等的检测

铿电池管理系统电路板的电压检测运用串联电池组电压检测专用芯片，电流检测运用单电源电流霍尔传感器，温度检测运用单总线通讯的温度传感器。铿电池管理系统通过电路板上的1个MCU，1个串联电池组电压检测专用芯片、1个DC/DC电源、1个温度传感器接口进行工作，对整个电源改造模块进行监控和管理。

每个磷酸铁铿单体电池上设置有温度传感器与控制线接口，相临两个磷酸铁铿单体电池通过对应控制线接口相连接，所有磷酸铁铿单体电池串联构成磷酸铁铿电池组，温度传感器均与铿电池管理系统电路板线路连接。

图1 电压、电流检测控制图

3.3 电池改造模块的充、放电过程

电池模块更换后，相应的充电器也要进行更换。本研究选用型号为FC600的铿电池智能三段式充电器，其电压输人为180240 V，输出工作电流为5.0 Ao铿电池组采用插接件与充电器进行连接，保证充电过程的正常进行。放电过程中，导线通过总机械开关，与模块其他各部分相连接。

充电器接口连接电源，对铿电池组进行充电。操作者在使用时，首先闭合总机械开关，此时电池管理系统开始工作；当启动完成后充电器开始工作。当磷酸铁铿电池组充电完成后，铿电池管理系统控制中间继电器断开使直流接触器断开，实现磷酸铁铿电池组充电终止。当磷酸铁铿电池组出现非正常使用（过温、过压、欠压）的情况下，电池管理系统也会控制中间继电器断开使直流接触器断开，实现铿电池组的充放电终止，使铿电池组得到保护。

4 结语

由于磷酸铁铿电池的发热比铅酸蓄电池要少，电源模块不易过热，不易对叉车电路系统造成极大损害，适合叉车的长时间使用。磷酸铁铿电池比铅酸蓄电池的能量高，在铿电池与铅酸蓄电池具有相同的容量时，充电次数减少，铿电池的工作时间增加，延长了铿电池的使用寿命，节约了电费和电池管理费，间接地提高了电动叉车的性能，提高了生产效率。