電瓶叉車電源改造

文/項衛鋒，安徽工商管理學院

1 引言

電動叉車是指以電機和電池作為動力系統，電機產生動力驅動叉車行走和貨物起升的起重運輸機械。鉛酸蓄電池目前是電動叉車的主要動力能源，鉛酸蓄電池具有價格低廉，原材料易于獲得，放電時電動勢較穩定，適用于大電流放電及廣泛的環境溫度范圍等優點，半個世紀以來，被廣泛應用，具有成熟的技術。但是，鉛酸蓄電池本身又具有污染嚴重，壽命短等缺點，制約了電動叉車的進一步發展。隨著能源緊張、環境污染等問題的出現，節能環保的綠色能源電動叉車具有廣泛的應用前景。但目前已經存在的鉛酸蓄電池驅動叉車數量巨大，完全更換新的叉車，需要大量的資金，也會造成巨大的浪費，因此進行電源改造是一種合理的解決辦法。

2 電動叉車對電池的性能要求

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

由電動叉車對動力電池的性能要求以及上表的比較結果可知，鏗離子電池各方面性能優越，適合選作電動叉車的動力源。鏗離子電池通常包含鉆酸鏗、錳酸鏗以及磷酸鐵鏗三大類，而作為電動車輛的驅動電池，磷酸鐵鏗電池表現更加突出。

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電路板、磷酸鐵鏗電池組、總機械開關、溫度傳感器、控制線接口、充放電接口、其它開關等。磷酸鐵鏗電池組通過總機械開關直接給鏗電池管理系統電路板供電，鏗電池管理系統電路板主要完成對磷酸鐵鏗電池組的每一單體電池的電壓、溫度、電流等進行檢測并控制相關器件正常工作，總機械開關及其他開關供操作者使用。

3.1.1 改造前后電池組的體積計算

在電動叉車左右兩個電池腔中，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，保持電動叉車的平衡。同時，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算

為了保持原有電動叉車上的電動機正常工作，而不因動力電源模塊的改造而出現過載或者欠載的情況；同時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，因此設計8組單體磷酸鐵鏗電池組串聯，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 電動叉車電源模塊部分參數表

驅動電機功率/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 利用電池管理系統進行電壓、電流等的檢測

鏗電池管理系統電路板的電壓檢測運用串聯電池組電壓檢測專用芯片，電流檢測運用單電源電流霍爾傳感器，溫度檢測運用單總線通訊的溫度傳感器。鏗電池管理系統通過電路板上的1個MCU，1個串聯電池組電壓檢測專用芯片、1個DC/DC電源、1個溫度傳感器接口進行工作，對整個電源改造模塊進行監控和管理。

每個磷酸鐵鏗單體電池上設置有溫度傳感器與控制線接口，相臨兩個磷酸鐵鏗單體電池通過對應控制線接口相連接，所有磷酸鐵鏗單體電池串聯構成磷酸鐵鏗電池組，溫度傳感器均與鏗電池管理系統電路板線路連接。

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，相應的充電器也要進行更換。本研究選用型號為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行連接，保證充電過程的正常進行。放電過程中，導線通過總機械開關，與模塊其他各部分相連接。

充電器接口連接電源，對鏗電池組進行充電。操作者在使用時，首先閉合總機械開關，此時電池管理系統開始工作；當啟動完成后充電器開始工作。當磷酸鐵鏗電池組充電完成后，鏗電池管理系統控制中間繼電器斷開使直流接觸器斷開，實現磷酸鐵鏗電池組充電終止。當磷酸鐵鏗電池組出現非正常使用（過溫、過壓、欠壓）的情況下，電池管理系統也會控制中間繼電器斷開使直流接觸器斷開，實現鏗電池組的充放電終止，使鏗電池組得到保護。

4 結語

由于磷酸鐵鏗電池的發熱比鉛酸蓄電池要少，電源模塊不易過熱，不易對叉車電路系統造成極大損害，適合叉車的長時間使用。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，充電次數減少，鏗電池的工作時間增加，延長了鏗電池的使用壽命，節約了電費和電池管理費，間接地提高了電動叉車的性能，提高了生產效率。