一种叉车用快速充电方法的研究

文/ 张再磊 陈伟林

随着锂电池技术越来越成熟，生产规模日益扩大，成本持续降低，锂电池叉车以其间歇式充电和充电便捷的优势，正逐渐取代铅酸蓄电池叉车。国家新能源环保政策的推行，也促进电动汽车行业的蓬勃发展，为了解决电动汽车的充电问题，设立很多充电桩。目前，市场上的低压锂电池叉车，其充电方式有两种：

一是，利用专用的低压锂电池充电机，从电网取电后，通过充电机转换成低电压后，为锂电池充电。不同电压等级的叉车，需采购不同型号锂电池叉车专用充电机，同时专用设备使用率不高，且售价昂贵。

二是，利用电动大巴通用充电桩进行充电，电动大巴充电桩的特点是：充电桩输出高压为300～600VAC，最大充电电流为200A，通过CAN通讯控制进行充电管理。而锂电池叉车的工作电压范围为24～96V直流低压，在同等容量电池的情况下，在相同充电时间内，所需充电电流远高于200A，所以目前无法直接使用电动大巴充电桩；若通过技术手段，将充电电流限制到200A进行充电，则所需充电时间与同等容量的铅酸电池充电时间相当，无法应用锂电池的快充特点。此外，充电枪长时间工作在峰值电流，会严重影响使用寿命，增加锂电池叉车的使用成本，降低市场竞争力。

以上两种充电方式存在着设备采购成本高、通用性差、充电时间长等缺陷，给终端用户的使用带来不便，并会提高设备投入成本。因此，充电问题成为限制锂电池叉车进一步推广使用的瓶颈，亟待突破和解决，尤其是针对现有快速充电的问题，目前尚未出现有效的解决方案。

充电问题成为限制锂电池叉车进一步推广使用的瓶颈，亟待突破和解决

一、解决方案

有鉴于此，本方案提出的一种叉车用快速充电方法，可解决现有充电技术存在的成本高、用户使用不便等技术问题。具体技术方案如下：

一种叉车用快速充电方法，供叉车用，基于锂电池主模组、锂电池扩展模组、高压充电机及电压转换装置，主要包括以下步骤：

接入一组待充电锂电池；

利用电压转换装置，将模组中各小模组的连接方式由并联转为串联回路；

整个锂电池模组电压升高至与充电桩电压相同水平；

设定充电电压并上电；

图1 本方案流程图

分别检测每块待充电锂电池的所在接口位置以及现有电量；

利用电压转换模组内部的电压均衡电路，使锂电池每个小模组的电压达到统一电压值；

根据设定的充电电压，对未达到上限电量的锂电池所在的接口供电；

图2 充电等效电路

显示所有接口位置的待充电锂电池的状态信息；

根据设定的充电电压，针对已达到上限电量的锂电池发出阈值告警。

进一步的，所述设定充电电压并上电；

其中设定充电电压为对所有接口设置统一的充电电压，或对每个接口分别设置相同或不同的充电电压。

进一步的，所述显示所有接口位置的待充电锂电池的状态信息；

其中待充电锂电池的状态信息包括：所在接口位置、设定的充电电压、当前电量百分比、充电状态、阈值告警状态。

由上述技术方案可知，本发明设计一种充电桩外接装置，通过增加充电电压转换装置，将锂电池并联充电的方式，转为串联充电方式，达到锂电池利用通用充电桩、小电流、快速完成充电，并在充电末期，通过均流电路调节充电电流，对所有锂电池单体进行均衡充电，保证锂电池的放电能力，延长使用寿命。

图3 放电等效电路

本方案的叉车用快速充电方法，能够利用已经普及推广应用的充电桩平台，根据叉车的不同电压等级，充分利用锂电池快充的特性，快速完成锂电池叉车充电。并且，本发明能够针对不同锂电池或不同类型的锂电池快速进行电量补充。该充电方法，可以应用现有的电动汽车高压充电桩设备，快速为锂电池叉车进行充电。利用电动汽车平台和设备，无需专用设备，降低采购成本；无需考虑通讯协议，通用性强。

二、方案实施

为了便于理解本方案，下面将结合具体实例进行更全面地描述。本方案实例所述的充电方法，包括以下步骤：

步骤S101，接入一组待充电锂电池；

步骤S103，利用电压转换装置，将模组中各小模组的连接方式由并联转为串联回路；

步骤S105，整个锂电池模组电压升高至与充电桩电压相同水平；

步骤S107，设定充电电压并上电；

步骤S109，分别检测每块待充电锂电池的所在接口位置以及现有电量；

步骤S111，利用电压转换模组内部的电压均衡电路，使锂电池每个小模组的电压达到统一电压值，避免因压差造成的电池内部放电；

步骤S113，根据设定的充电电压，对未达到上限电量的锂电池所在的接口供电；

步骤S115，显示所有接口位置的待充电锂电池的状态信息；

步骤S117，根据设定的充电电压，针对已达到上限电量的锂电池发出阈值告警。

在具体实施时，本方案可进行如下设置：

设定充电电压为对所有接口设置统一的充电电压，或对每个接口分别设置相同或不同的充电电压。

图4 三种充电状态示意图

待充电锂电池的状态信息包括以下至少之一：所在接口位置、设定的充电电压、当前电量百分比、充电状态、阈值告警状态。

当检测到锂电池已达到上限电量时，停止对已达到上限电量的锂电池所在的接口供电。

阈值告警引导使用者卸下已充电的锂电池，并换上另一块待充电锂电池。

待充电锂电池是电动叉车使用的低压供电锂电池。

由上可知，本方案的叉车锂电池快速充电系统，能够针对不同锂电池或不同类型的锂电池快速进行电量补充。该充电方法，可以应用现有的电动汽车高压充电桩设备，快速为锂电池叉车进行充电。利用电动汽车平台和设备，无需专用设备，降低采购成本；无需考虑通讯协议，通用性强。

本方案能够利用已经普及推广应用的充电桩平台，根据叉车的不同电压等级，充分利用锂电池快充的特性，快速完成锂电池叉车充电。

三、技术优势

与现有技术相比，本方案具有以下有益效果：

1.采用通用充电桩为锂电池叉车充电，利用电动汽车平台和设备，无需采购专用设备，降低客户采购和使用成本，同时采用国际通用CAN通讯，解决现有叉车锂电池充电机CAN协议各不同，互换性差的问题。

2.解决充电时间过长问题，充分利用锂电池快充的特性，实现1C充电。

3.所采用的电压转换装置，独立存在，使用、维护方便，且可延长充电枪使用寿命，提高使用率。

4.结构简单，安装方便，操作方便；具有应用范围广的特点，适用于所有锂电池电动叉车；成本低，提高整车性价比；不受使用环境的限制，可靠性高，使用寿命长。

5.本方案提供的锂电池充电方法，通过接入锂电池设定充电电压，分别检测每块待充电锂电池的所在接口位置以及现有电量，对未达到上限电量的锂电池所在的接口供电，显示所有接口位置的待充电锂电池的状态信息。并且，针对已达到上限电量的锂电池发出阈值告警的技术方案，能够针对不同锂电池或不同类型的锂电池实时监测锂电池的当前电量，按需进行供电补电，进行叉车锂电池的定期充电维护或安装前的电量补充。

四、小结

本方案所述叉车用快速充电方法，能够利用已经普及推广应用的充电桩平台，根据叉车的不同电压等级，充分利用锂电池快充的特性，快速完成锂电池叉车充电。并且，能够针对不同锂电池或不同类型的锂电池快速进行电量补充。该充电方法，可以应用现有的电动汽车高压充电桩设备，快速为锂电池叉车进行充电。利用电动汽车平台和设备，无需专用设备，降低采购成本；无需考虑通讯协议，通用性强。