小吨位高压与低压电动叉车性能分析对比

摘要：简述了电动叉车工作原理，采用对比方式分别阐述了小吨位高压电动叉车与低压电动叉车在安全、技术、经济性能等方面的不同之处，总结了这两种叉车的应用特点，为用户选用不同性能的叉车提供了有实际价值的参考。

关键词：高压与低压电动叉车；小吨位；性能比较；电位均衡；高压互锁

0 " 引言

平衡重式叉车按照动力驱动方式，分为蓄电池平衡重式叉车（简称电动叉车）和内燃平衡重式叉车（简称内燃叉车）。市场上习惯把整车电压低于200V的电动叉车称为低压电动叉车，高于200V的电动叉车称为高压电动叉车。本文从这二者的安全性能、技术性能以及元件成本角度进行研究，分析二者的应用前景和发展趋势。

1 " 电动叉车工作原理

电动叉车的动力驱动元件包括动力电池、整车控制器ECU（整车控制单元，即行车电脑）、电动机控制器MCU（微控制单元）、电动机、配电盒及电缆、充电机。

动力电池存储电量用于为整车提供电能。整车控制器ECU得电后会对整车系统自检，若一切正常则动力电池与控制器继电器吸合，电缆、配电盒、电动机控制器处的高压线路接通。电动机控制器MCU把动力电池的直流电转变成交流电提供给电动机，并根据加速踏板、前进方向等信息，对电动机的转速/扭矩及方向进行控制。电动机用于把电能转化为机械能，驱动整车行走和实现各种液压动作。配电盒用来控制电控等部件的上下电，电缆用于输送电能。电动叉车工作原理如图1所示。

2 " 安全性能对比

2.1 " 高压电动叉车安全防护

2.1.1 " 增加安全防护措施

根据《电动汽车安全要求》（GB18384—2020）规定，300V电压属于B级（高级）电压，会对人体产生伤害，所以应采取必要的防护技术对维护人员、操作人员进行安全防护。高压电动叉车在设计时就需要增加安全防护措施，使用符合安全规格的电气元件。

2.1.2 " 设置维修开关并主动放电

一般在电池正极处设置MSD（手动维修开关），断开该开关后，高压电路断开，同时电容等高压部件主动放电，约几分钟后消耗残余电压，然后可放心对高压系统进行维修。在关闭电锁后，车辆也会主动放电。

2.1.3 " 设置绝缘检测电路

根据《电动汽车安全要求》（GB18384—2020）规定，B级电压下直流电路绝缘电阻不得小于100Ω，交流电路不小于500Ω。一般在动力电池箱里设有绝缘检测电路，在高压电路接通后检测绝缘电阻，出现异常时会报警并切断高压线路。

2.1.4 " 控制电位均衡性

《电动汽车安全要求》（GB18384—2020）规定，用于防护与B级电压电路直接接触的外露可导电部分，例如可导电外壳和遮挡，应传导连接到电平台，外露可导电部分与电平台间的连接阻抗应不大于0.1Ω；电位均衡通路中，任意两个可以被人同时触碰到的外露可导电部分，即距离不大于2.5m的两个可导电部分间电阻应不大于0.2Ω。基于此设计中，需将电池、电动机、电控等高压部件的外壳与车架接地，防止部件内部短路带电，人在触及后受到伤害。

2.1.5 " ECU控制上下电

整车通电后，整车控制器ECU进行自检，自检无误后，用12V电源控制电源继电器、放电继电器吸合，高压电路接通。电锁断电时，继电器线圈端断电，继电器开关断开，高压电路断开。

2.1.6 " 对线束及连接器要求高

根据《电动汽车用高压大电流线束和连接器技术要求》（GB/T37133—2018），B级电压的高压线束和连接器由导体、内护套、屏蔽层、外护套组成，需要满足耐压、耐腐蚀、耐磨损、阻燃等方面的要求，连接器的接头防护等级需达到IP67。

2.1.7 " 设置高压互锁

其作用是确保高压系统的电气连接完整性和安全性。通过低压回路来监测高压回路的完整性，确保在高压系统出现异常时能够及时切断电源。

2.2 " 低压电动叉车安全防护措施

目前低压电动叉车使用上下电控制及电位均衡技术，无其他技术要求。在维修时需要手动对电容等部件放电。

3 " 技术性能对比

3.1 " 技术性能对比

以1种设计行走速度为20km/h、可爬坡度为20%的3.5t电动叉车为例，其行走电动机分别采用300V左右的永磁同步电动机与80V交流异步电动机，其在不同工作状态下电流及功率数据如表1所示。

3.2 " 对比结果

由表1可知，高压电动叉车比低压电动叉车节能约10%左右。高压电动叉车的节能，一方面是电流低发热低，另一方面则是因为选用了永磁同步电动机。由于永磁同步电动机转子使用永磁体，不需要励磁电流，无励磁损耗，同时减少了定子边绕组的励磁电流和转子的铜、铁损耗，大幅度减少了无功电流。低压电动叉车则由于电流大，发热大，一般只能选用异步电动机，所以在节能方面略逊一筹。

高压电动叉车由于电压高，在相同的电池容量下，充电电流小，电池发热量小，一般在0.5h即可完成充电。而低压电动叉车一般需要2h以上完成充电。

4 " 经济性能对比

电动叉车的电动机、控制器按照功率计价，动力电池按照容量计价。因此同等技术性能的高压电动叉车和低压电动叉车，在电动机、控制器及动力电池方面的价格相当。但是由于高压电动叉车的供应链成熟度比不上低压电动叉车供应链，高压电动叉车的成本略高。再加上高压电动叉车由于安全需要，配备有维修开关，绝缘检测等部件，导致其成本比同等性能的低压电动叉车高出5%～10%。

5 " 应用工况对比

电动叉车广泛应用在冷库、食品厂、药厂、陶瓷厂等行业，其持续续航能力是客户关注的重点。根据工作时长及休息时长（对应叉车的充电时长）可对叉车的工况分为轻、中、重3类。叉车工况包含着对其性能的要求：轻工况由于工作时间短，对工作效率和充电时间均无要求；中、重工况由于工作时间长，对工作效率和充电时间均要求较高。叉车工况分类如表2所示。

根据高压电动叉车和低压电动叉车的工况、性能特点，对动力驱动元件进行配置，可以更好满足客户的需求。比如低压电动叉车配置小功率的电动机和小容量动力电池，可使客户以较低的成本满足使用需求；高压电动叉车配置大功率电动机和大容量动力电池，可满足重工况客户的使用需求。

6 " 结束语

低压电动叉车自带低成本属性，采用小功率配置可使其低成本发挥到极致，一般满足客户的需求。高压电动叉车进入市场不足5年，其供应链还在发展中，虽然其成本偏高，但其具有工作电流低、发热低、持续工作时间长等优点，可有效替代内燃叉车，采用大功率配置则可使其性能发挥到极致。