一種叉車用快速充電方法的研究

文/ 張再磊 陳偉林

隨著鋰電池技術越來越成熟，生產規模日益擴大，成本持續降低，鋰電池叉車以其間歇式充電和充電便捷的優勢，正逐漸取代鉛酸蓄電池叉車。國家新能源環保政策的推行，也促進電動汽車行業的蓬勃發展，為了解決電動汽車的充電問題，設立很多充電樁。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，從電網取電后，通過充電機轉換成低電壓后，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，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，無法應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，尤其是針對現有快速充電的問題，目前尚未出現有效的解決方案。

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，可解決現有充電技術存在的成本高、用戶使用不便等技術問題。具體技術方案如下：

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；

利用電壓轉換裝置，將模組中各小模組的連接方式由并聯轉為串聯回路；

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有電量；

利用電壓轉換模組內部的電壓均衡電路，使鋰電池每個小模組的電壓達到統一電壓值；

根據設定的充電電壓，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信息；

根據設定的充電電壓，針對已達到上限電量的鋰電池發出閾值告警。

進一步的，所述設定充電電壓并上電；

其中設定充電電壓為對所有接口設置統一的充電電壓，或對每個接口分別設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信息；

其中待充電鋰電池的狀態信息包括：所在接口位置、設定的充電電壓、當前電量百分比、充電狀態、閾值告警狀態。

由上述技術方案可知，本發明設計一種充電樁外接裝置，通過增加充電電壓轉換裝置，將鋰電池并聯充電的方式，轉為串聯充電方式，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，通過均流電路調節充電電流，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，能夠利用已經普及推廣應用的充電樁平臺，根據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，可以應用現有的電動汽車高壓充電樁設備，快速為鋰電池叉車進行充電。利用電動汽車平臺和設備，無需專用設備，降低采購成本；無需考慮通訊協議，通用性強。

二、方案實施

為了便于理解本方案，下面將結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，利用電壓轉換裝置，將模組中各小模組的連接方式由并聯轉為串聯回路；

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有電量；

步驟S111，利用電壓轉換模組內部的電壓均衡電路，使鋰電池每個小模組的電壓達到統一電壓值，避免因壓差造成的電池內部放電；

步驟S113，根據設定的充電電壓，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信息；

步驟S117，根據設定的充電電壓，針對已達到上限電量的鋰電池發出閾值告警。

在具體實施時，本方案可進行如下設置：

設定充電電壓為對所有接口設置統一的充電電壓，或對每個接口分別設置相同或不同的充電電壓。

圖4 三種充電狀態示意圖

待充電鋰電池的狀態信息包括以下至少之一：所在接口位置、設定的充電電壓、當前電量百分比、充電狀態、閾值告警狀態。

當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，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，可以應用現有的電動汽車高壓充電樁設備，快速為鋰電池叉車進行充電。利用電動汽車平臺和設備，無需專用設備，降低采購成本；無需考慮通訊協議，通用性強。

本方案能夠利用已經普及推廣應用的充電樁平臺，根據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、技術優勢

與現有技術相比，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備，無需采購專用設備，降低客戶采購和使用成本，同時采用國際通用CAN通訊，解決現有叉車鋰電池充電機CAN協議各不同，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1C充電。

3.所采用的電壓轉換裝置，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.結構簡單，安裝方便，操作方便；具有應用范圍廣的特點，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信息。并且，針對已達到上限電量的鋰電池發出閾值告警的技術方案，能夠針對不同鋰電池或不同類型的鋰電池實時監測鋰電池的當前電量，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

本方案所述叉車用快速充電方法，能夠利用已經普及推廣應用的充電樁平臺，根據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，可以應用現有的電動汽車高壓充電樁設備，快速為鋰電池叉車進行充電。利用電動汽車平臺和設備，無需專用設備，降低采購成本；無需考慮通訊協議，通用性強。