CN101567571B - 电动叉车智能充电机 - Google Patents

Abstract

一种电动叉车智能充电机，包括变压器，设于变压器两输出端的可控硅整流电路，分别设于所述可控硅整流电路两输出端的蓄电池正、负电极，所述蓄电池负电极与所述可控硅整流电路负极输出端之间设有分流器，所述分流器两端连接有电流检测放大电路，微处理器，A/D转换电路，D/A转换电路和显示模块，所述A/D转换电路与所述电流检测放大电路连接，与所述可控硅整流电路的控制端相连接的触发板，所述触发板与所述D/A转换电路之间连接有充电电流控制电路。本发明通过数码管显示充电的各种参数，还通过多种方法综合性地自动判断蓄电池的充足，改变了蓄电池过充电和欠充电，提前导致蓄电池的损坏，延长蓄电池的使用寿命。

Description

电动叉车智能充电机

技术领域

本发明涉及一种电动叉车充电技术领域，特别涉及电动叉车智能充电机。

背景技术

在传统的电动叉车充电技术中，常用的有恒压充电、恒压限流充电、恒流充电等模式；判断蓄电池充足的方法大多采用时间法或电压法，这种简单的判断方法，存在着蓄电池过充电和欠充电的严重现象，常常导致蓄电池提前损坏。据统计资料表明，目前电动叉车中铅酸蓄电池使用的平均寿命仅为一年多，比蓄电池生产厂家标明的蓄电池循环使用次数为750次，使用年限2～3年，要短得多。这里除了有蓄电池使用不当的因素外，另一主要原因就是电动叉车智能充电机的问题。

发明内容

为解决目前叉车电动叉车智能充电机存在的问题，本发明提供一种新型的电动叉车智能充电机。

本发明采用如下技术方案：

一种电动叉车智能充电机，包括：变压器，设于变压器两输出端的可控硅整流电路，分别设于所述可控硅整流电路两输出端的蓄电池正、负电极，所述蓄电池负电极与所述可控硅整流电路负极输出端之间设有分流器，所述分流器两端连接有电流检测放大电路，微处理器，与所述微处理器相连接的A/D转换电路、D/A转换电路和显示模块，所述A/D转换电路的输入通道与所述电流检测放大电路的输出端连接，与所述可控硅整流电路的控制端相连接的触发板，所述触发板与所述D/A转换电路之间连接有充电电流控制电路，为所述电动叉车智能充电机中电路的工作提供电力的电源模块。

进一步地，所述电流检测放大电路包括第一放大器U9B、第二放大器U9A和电流校正电位器RW1，所述第一放大器U9B的两输入端分别连接于所述分流器两端，所述第二放大器U9A的输入端分别与所述第一放大器U9B的输出端和地相连接，所述电流校正电位器RW1串接于所述第二放大器U9A的输出端与所述A/D转换电路之间。

进一步地，所述蓄电池正极和地之间连接有电压分压电路，所述A/D转换电路的输入通道与所述电压分压电路的输出端相连接，所述电压分压电路包括串接后接入所述蓄电池正极与地之间的上偏置电阻R10和电压校正电位器RW2，所述电压校正电位器RW2的输出端与所述A/D转换电路相连接。

进一步地，所述蓄电池负电极端连接有接反检测电路，所述A/D转换电路的输入通道与所述接反检测电路的输出端相连接，

其中，所述接反检测电路包括光耦GD，所述蓄电池正电极“V+”与所述光耦GD的第二端口之间反向串接有二极管D5，所述光耦GD的第一端口与地之间串接有电阻R8，所述光耦GD的第三端口接地，所述光耦GD的第四端口接地并与所述A/D转换电路的第三输入通道IN2相连接，所述第三输入通道IN2与电源模块之间连接有电阻R9。

进一步地，还包括设于可控硅整流电路上的散热器，所述散热器上设有热继电器，所述A/D转换电路的第四输入通道IN3与所述热继电器的一脚RJ之间串接有二极管D8，所述A/D转换电路的第四输入通道IN3与所述电源模块之间连接有电阻R11，所述热继电器的另一脚接地。

进一步地，所述充电电流控制电路为Wa曲线充电模式电路。

进一步地，所述充电电流控制电路包括第一放大器U10A、第二放大器U10B、第三放大器U10C、移相信号放大器U10D和电流校正电位器RW3，所述D/A转换电路的输出端与所述第一放大器U10A的输入端相连接，所述第一放大器U10A的输出端与所述第二放大器U10B的输入端相连接，所述第二放大器U10B的输出端与所述移相信号放大器U10D的一输入端之间串接所述电流校正电位器RW3，所述第三放大器U10C的正、负极输入端分别与所述分流器正、负电极相连接，所述第三放大器U10C的输出端与所述移相信号放大器U10D的另一输入端相连接。

进一步地，还包括与所述微处理器相连接的信息键和停/启键按键。

进一步地，还包括中间继电器J和故障指示灯、显示充足的指示灯，所述微处理器的一I/O口与所述中间继电器J的控制端及该故障指示灯、显示充足的指示灯相连接，所述微处理器的功能为：根据时间、电压、容量信息，对是否满足时间法、最高电压法、电压不上升法、电压负增长法和容量法的判定进行检测，只要满足五种方法中的任何一种，即判断充足，并通过该I/O口发出信号，控制所述显示充足的指示灯显示，并推动所述中间继电器J动作，使充电停止。

进一步地，还包括电流、电压选择跳线，所述电流、电压选择跳线的一脚与所述微处理器相连接，另一脚接地。

本发明提供的电动叉车智能充电机，具有故障自动判断功能，并且通过数码管显示充电的各种参数，还通过多种方法综合性地自动判断蓄电池的充足，改变了蓄电池过充电和欠充电，提前导致蓄电池的损坏，延长蓄电池的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的电动叉车智能充电机的结构框图；

图2为本发明实施例中电流检测放大电路图；

图3为本发明实施例中电压分压电路图；

图4为本发明实施例中停/启键与信息键电路图；

图5为本发明实施例中蓄电池接反检测电路图；

图6为本发明实施例中过热检测电路图；

图7为本发明实施例中充电电流检测电路图；

图8为本发明实施例中电压电流设置电路图；

图9为本发明实施例总电路图。

具体实施方式

如图1所示，一种电动叉车智能充电机，包括：

变压器，设于变压器两输出端的可控硅整流电路，分别设于所述可控硅整流电路两输出端的蓄电池正、负电极，所述蓄电池负电极与所述可控硅整流电路负极输出端之间设有分流器，所述分流器两端连接有电流检测放大电路，微处理器，与所述微处理器相连接的A/D转换电路、D/A转换电路和显示模块，所述A/D转换电路的输入通道与所述电流检测放大电路的输出端连接，与所述可控硅整流电路的控制端相连接的触发板，所述触发板与所述D/A转换电路之间连接有充电电流控制电路，以及为所述电动叉车智能充电机中电路的工作提供电力的电源模块。

其中，所述显示模块为数码管。由于传统的电动叉车智能充电机只显示充电的电流、电压，而充电的时间，需用专用的时间继电器来显示，其成本较高。本发明应用微处理器通过计数器的计数，可获得任意时间，并在显示模块中显示。

此外，最能决定充电效果的充电参数——充电容量，现有技术中没有专用的显示仪表，而靠模拟电路是无法实现的。本发明通过微处理器对充电电流量和时间的运算，能轻而易举地得出充电的容量值，通过显示模块显示。

由于电动叉车的蓄电池充电电流按吨位的不同一般在50A～100A之间，额定电压一般在24V～80V之间，其控制精度要求不是很高，只要整数级就可以了，所以本发明中显示模块设计的显示精度为整数级。

其中，充电时间的显示可以通过微处理器内部的定时器T0来实现。定时器T0工作在定时工作方式1，每100ms请求中断一次，将对中断进行计数，当定时器T0产生了10次中断，计数10次，产生了1秒的信号。同理，可以对分钟和小时进行时间计数，从而产生秒、分、时的时间值。

其中，充电容量显示可通过以下方式设计：

由于充电容量等于充电电流值与充电时间的乘积。例如：充电时间为1小时，该1小时内充电的平均电流为60A，则充电容量为60AH，那么其每分钟的平均充电容量为1AH。例如，在每分钟取一次电流平均值，将电流平均值除以60，便可得出每分钟的充电容量，将每分钟的充电容量值进行累加，便得出充电的容量值。

进一步地，所述电流检测放大电路如图2所示，包括第一放大器U9B、第二放大器U9A和电流校正电位器RW1，其中所述第一放大器U9B的两输入端分别连接于所述分流器两端，所述第二放大器U9A的输入端分别与所述第一放大器U9B的输出端和地相连接，所述电流校正电位器RW1串接于所述第二放大器U9A的输出端与所述A/D转换电路之间。

本实施例中，电流信号I+、I-取自于充电主回路的分流器，所述分流器是一个流过100A电流在其上面产生75mv电压的标准功率器件，通过采攫分流器上的电压量，可获取充电的电流量，这也是电流闭环控制的反馈量。由于电流取样信号只有毫伏级，通过所述第一放大器U9B、第二放大器U9A放大成变化范围为0～5V的标准信号。为了使数码管显示的电流数值与实际电流数值严格一致，所以设有一个电流校正电位器RW1。

第一放大器U9B、第二放大器U9A的放大倍数的计算为：

A＝5V/75mv＝61

由于有电流校正电位器RW1，为了让电流校正电位器RW1有校正的余地，因此将放大倍数放大到A＝100，通过所述第一放大器U9B和第二放大器U9A的二级放大，且每级放大倍数A＝10，图2中R3＝10K，R4＝100K。

放大后的电流信号由电流校正电位器RW1的中脚输入A/D转换电路ADC0809的IN1通道，进行A/D转换，然后送入所述微处理器进行平均值运算，例如，以连续10次的数据进行累加再除以10，得出平均电流值。这个平均值进行BCD码处理，将平均值的百位、十位、个位分别以BCD码形式保存，再分别以查表的形式，查出相应的显示字符码，最后由数码管完成电流的显示。

进一步地，所述电压分压电路如图3所示。所述蓄电池正极和地之间连接有电压分压电路，所述A/D转换电路的输入通道与所述电压分压电路的输出端相连接，所述电压分压电路包括串接后接入所述蓄电池正极与地之间的上偏置电阻R10和电压校正电位器RW2，所述电压校正电位器RW2的输出端与所述A/D转换电路相连接。由上偏置电阻R10与和作为下偏置电阻的电压校正电位器RW2构成的分压电路将电压信号V+衰减，并由电压校正电位器RW2的中脚，将电压模拟量输入A/D转换电路ADC0809的IN0通道，然后送入微处理器进行平均值运算。例如连续10次的数据进行累加再除以10，得出平均电压值。这个平均值进行BCD码处理，将平均值的百位、十位、个位分别以BCD码形式保存，再分别以查表的形式，查出相应的显示字符码，最后由数码管完成显示。

进一步地，还包括与所述微处理器相连接的按键，如图4所示。本发明从实际出发，当蓄电池在进行充电时，人们最关心的是充电电流的大小，所以电动叉车智能充电机启动充电后系统默认使数码管显示充电电流；而当充足关机后，人们最关心的又是蓄电池的电压大小，所以系统又默认使数码管显示蓄电池电压，而通过信息键可以翻查其它的充电信息。而在实际使用中，在蓄电池尚未完成充电以前，就需要使用电动叉车，这时就需要一个按键使充电暂停。

其中，本实施例中所述按键包括信息键与停/启键，将按键的一脚与微控制器的I/O口直接相连，另一脚直接接地。

按键按下的判别：微处理器不间断地查询按键情况，如发现与按键相连的I/O口的电压为0V，则说明有相应的按键按下；否则，说明键未按下。

信息键：每按一次信息键，微处理器可依照电压、电流、容量、时间、电压的顺序在所述数码管上跳转显示；并一直将信息保持在所切换的状态。

停/启键：每按一次停/启键，通过微处理器可进行充电停止和工作之间的跳转切换。按停/启键停止充电后，同时也停止充电计时。

进一步地，本发明提供的电动叉车智能充电机还具有接反检测功能。对于可控硅整流电路而言，严禁的蓄电池接反的情况下启动工作。这是因为，由整流主回路分析可知，蓄电池在接反的情况下，其“+”极电压，通过整流二极管加在可控硅的阳极，再直接回到蓄电池的“-”极。可控硅一旦启动触发，便直接对蓄电池形成短路，而且可控硅施加的是直流电压，开通后无法关断，只有将回路中的二极管或可控硅烧毁才结束。实现该接反检测功能的电路具体如图5所示：

所述蓄电池负电极端连接有接反检测电路，所述A/D转换电路的输入通道与所述接反检测电路的输出端相连接，其中，所述接反检测电路包括：

光耦GD，所述蓄电池正电极“V+”与所述光耦GD的第二端口之间反向串接有二极管D5，所述光耦GD的第一端口与地之间串接有电阻R8，所述光耦GD的第三端口接地，所述光耦GD的第四端口接地并与所述A/D转换电路的第三输入通道IN2相连接，所述第三输入通道IN2与电源模块之间连接有电阻R9。其中，所述光耦GD选用PC817，其电流传输比为200％；其中二极管D5为1N4007，作用是承受光耦GD的反向电压，因为光耦GD承受反向电压的能力较差。其中，所述A/D转换电路选用ADC0809模数转换器。

在正常状态，蓄电池的正极与所述蓄电池正电极“V+”相连，负极与接地相连。这时光耦GD输入反向截止，输出端的也截止，其阻值无穷大。这时在所述第三输入通道IN2的电压等于VCC为5V，经A/D转换电路转换后得到等于0FFH的数字量。

若蓄电池接反，光耦GD正向导通。以所接的蓄电池组的最低电压12V计算，光耦GD产生约1mA的电流，那么输出约为2mA；在电阻R9(阻值为3K)上产生的压降计算可得为6V，则在所述第三输入通道IN2的电压等于0V，经AD转换得到的数字量为00H。

为了检测结果的可靠性，避免工作电源电压波动引起数据的偏移，设一个中间数据80H，当蓄电池电压接正时，AD转换的数据必定大于80H；而当蓄电池接反时，AD转换的数据必定小于80H。由此就能实现蓄电池反接故障的判断，判断出该故障的同时将数据“-”写入数码管显示单元。

进一步地，还包括设于可控硅整流电路上的散热器，所述散热器上设有热继电器(如图1所示)，如图6所示，所述A/D转换电路的第四输入通道IN3与所述热继电器的一脚RJ之间串接有二极管D8，所述A/D转换电路的第四输入通道IN3与所述电源模块之间连接有电阻R11，所述热继电器的另一脚接地。

据资料查知，可控硅整流电路工作允许的温度在85℃内。因此，选择80℃的热继电器作为温控器件。当在80℃以内时，热继电器处于常开状态，当超出80℃时热继电器吸合。

当机内温度正常时，脚RJ点与地的电阻无穷大，第四输入通道IN3的电压等于VCC为5V，那么经ADC0809转换后得到等于0FFH的数字量。当机内温度过热时，脚RJ与地的电阻为0，那么在IN3点的电压近似于0V，经AD转换得到的数字量为00H。为了检测结果的可靠性，避免工作电源电压波动引起数据的偏移，设一个中间数据80H，当机内温度正常时，AD转换的数据必定大于80H；而当机内超温时，AD转换的数据必定小于80H。由此就能实现机内过热故障的判断，判断出该故障的同时将数据“3”写入数码管显示。

进一步地，所述充电电流控制电路为Wa曲线充电模式电路。其中，Wa曲线充电模式是德国标准的充电曲线，其充电电流随蓄电池电压的升高而逐渐下降，动态跟踪蓄电池可接受的电流充电。与恒流、恒压等常规的充电方式相比，具有更科学、更先进的优点。

如图7所示，所述充电电流控制电路包括第一放大器U10A、第二放大器U10B、第三放大器U10C、移相信号放大器U10D和电流校正电位器RW3，所述D/A转换电路的输出端与所述第一放大器U10A的输入端相连接，所述第一放大器U10A的输出端与所述第二放大器U10B的输入端相连接，所述第二放大器U10B的输出端与所述移相信号放大器U10D的一输入端之间串接所述电流校正电位器RW3，所述第三放大器U10C的正、负极输入端分别与所述分流器正、负电极相连接，所述第三放大器U10C的输出端与所述移相信号放大器U10D的另一输入端相连接。其中，所述第一放大器U10A、第二放大器U10B、第三放大器U10C、移相信号放大器U10D的型号均为LM324。其中，D/A转换电路采用的型号为DAC0832，其工作方式采用单缓冲方式。

本实施例中，所述Wa曲线充电模式电路的工作原理如下：

蓄电池电压经所述A/D转换电路转换成数字信号后，由所述微处理器处理成与电压成反比的数字量，然后将该数字信号传送给D/A转换电路(AD0～AD7)，得到一个与蓄电池成反比的模拟量(因为蓄电池电压越高，充电电流越小)。因为D/A转换电路DAC0832输出的是电流型模拟量，所以经第一放大器U10A运算放大后，转变成电压信号，再经第二放大器U10B放大。由电流校正电位器RW3的中脚(用以调整额定电流值)，送入产生移相信号的移相信号放大器U10D的“+”输入端，使得移相输出信号与D/A转换输出的模拟量成正比，移相信号经放大器的输出端KC05至触发板，触发可控硅整流电路导通(可控硅的导通角度与移相电压成正比)，使整流回路输出电流给蓄电池充电。

移相信号放大器U10D的“-”输入端，由充电主回路中分流器上的电压分量(I+、I-)，经第三放大器U10C放大后输入。其中，所述分流器是一个流过100A电流在其上面产生75mv电压的标准功率器件，其产生的电压量与流过的电流量成正比。其作用在移相信号放大器U10D的“-”输入端，与移相信号放大器U10D的“+”输入端的移相电压相抗衡，形成一个电流负反馈的闭环控制系统，保证了充电电流的稳定。

进一步地，对于蓄电池充电而言，充足判断至关最要。目前主要有以下五种方法：时间法、最高电压法、电压不上升法、电压负增长法和容量法。每一种判断法，都有它的优缺点，仅仅靠其中之一来和为充足判断，往往造成蓄电池的欠充和过充。本实施例中，还包括中间继电器J和显示充足的指示灯，所述微处理器的一I/O口与所述中间继电器J的控制端及该指示灯相连接。本发明综合以上所述五种方法来判断蓄电池的充足，实现智能充电。即所述微处理器根据时间、电压、容量信息，对是否满足时间法、最高电压法、电压不上升法、电压负增长法和容量法的判定进行检测，只要满足五种方法中的任何一种，即判断充足，所述微处理器通过该I/O口发出信号，控制所述指示灯显示，并推动所述中间继电器J动作，使充电停止。

进一步地，如图8所示，还包括电流、电压选择跳线，所述电流、电压选择跳线的一脚与所述微处理器相连接，另一脚接地。电压、电流的设置通过该电流、电压选择跳线在设置。本实施例中，电压由与I/O口P10、P1相连的二档跳线组成四个设置规格。电流由与I/O口P12、P13相连的二档跳线组成四个设置规格。将电流、电压的设置参数标在相应的跳线旁边，这样方便于生产中的识别。微处理器在程序初始化时，检测跳线口，通过比较程序，转到相应规格参数的入口，写入相应规格的一系列参数，作为充电过程中的各测量数据的比较基准。如额定电流值、电流过载值、最高充足电压值、充足容量值等。

此外，本发明提供的电动叉车智能充电机还可具有蓄电池未接、过载检测和保护功能。具体如下：

还包括故障指示灯，所述微处理器的I/O口与所述故障指示灯相连接。在微处理器根据电流、电压信息判断出故障后，一方面将相应的故障代码写入数码管显示，另一方面通过该I/O口，使故障指示灯指示并推动中间继电器J，使充电停止。

当蓄电池尚未连接到电动叉车智能充电机上时，不允许电动叉车智能充电机启动工作输出电压，否则在连接蓄电池时会产生打火现象，对工作人员和充电的接插件造成伤害。由于蓄电池尚未连接时，电压显示为0V，当电压显示为0V时，判断蓄电池未接，同时将该故障码“0”，写入数码管显示单元。

当电动叉车智能充电机的可控硅整流电路的工作管发生击穿或负载发生短路时，应迅速停机，以防电动叉车智能充电机故障扩大和蓄电池的损坏。当发生过载时，电流势必增大，本实施例中，以超出电动叉车智能充电机额定电流的20％的电流值为基准，将这个过载电流基准值存放于某个地址。将当前电流值与该基准比较，一旦大于等于该值，便判断出现了过载故障，同时将该故障码“2”，写入数码管显示。

Claims (7)

1.一种电动叉车智能充电机，其特征在于包括：变压器，设于变压器两输出端的可控硅整流电路，分别设于所述可控硅整流电路两输出端的蓄电池正、负电极，所述蓄电池负电极与所述可控硅整流电路负极输出端之间设有分流器，所述分流器两端连接有电流检测放大电路，微处理器，与所述微处理器相连接的A/D转换电路、D/A转换电路和显示模块，所述A/D转换电路的输入通道与所述电流检测放大电路的输出端连接，与所述可控硅整流电路的控制端相连接的触发板，所述触发板与所述D/A转换电路之间连接有充电电流控制电路，为所述电动叉车智能充电机中电路的工作提供电力的电源模块；

其中，所述蓄电池正极和地之间连接有电压分压电路，所述A/D转换电路的输入通道与所述电压分压电路的输出端相连接，所述电压分压电路包括串接后接入所述蓄电池正极与地之间的上偏置电阻R10和电压校正电位器RW2，所述电压校正电位器RW2的输出端与所述A/D转换电路相连接；

所述蓄电池负电极端连接有接反检测电路，所述A/D转换电路的输入通道与所述接反检测电路的输出端相连接，

其中，所述接反检测电路包括光耦GD，所述蓄电池正电极与所述光耦GD的第二端口之间反向串接有二极管D5，所述光耦GD的第一端口与地之间串接有电阻R8，所述光耦GD的第三端口接地，所述光耦GD的第四端口接地并与所述A/D转换电路的第三输入通道IN2相连接，所述第三输入通道IN2与电源模块之间连接有电阻R9；

所述充电电流控制电路包括第一放大器U10A、第二放大器U10B、第三放大器U10C、移相信号放大器U10D和电流校正电位器RW3，所述D/A转换电路的输出端与所述第一放大器U10A的输入端相连接，所述第一放大器U10A的输出端与所述第二放大器U10B的输入端相连接，所述第二放大器U10B的输出端与所述移相信号放大器U10D的一输入端之间串接所述电流校正电位器RW3，所述第三放大器U10C的正、负极输入端分别与所述分流器正、负电极相连接，所述第三放大器U10C的输出端与所述移相信号放大器U10D的另一输入端相连接。

2.根据权利要求1所述的电动叉车智能充电机，其特征在于：所述电流检测放大电路包括第一放大器U9B、第二放大器U9A和电流校正电位器RW1，所述第一放大器U9B的两输入端分别连接于所述分流器两端，所述第二放大器U9A的输入端分别与所述第一放大器U9B的输出端和地相连接，所述电流校正电位器RW1串接于所述第二放大器U9A的输出端与所述A/D转换电路之间。

3.根据权利要求2所述的电动叉车智能充电机，其特征在于：还包括设于可控硅整流电路上的散热器，所述散热器上设有热继电器，所述A/D转换电路的第四输入通道IN3与所述热继电器的一脚RJ之间串接有二极管D8，所述A/D转换电路的第四输入通道IN3与所述电源模块之间连接有电阻R11，所述热继电器的另一脚接地。

4.根据权利要求2或3所述的电动叉车智能充电机，其特征在于：所述充电电流控制电路为Wa曲线充电模式电路。

5.根据权利要求1所述的电动叉车智能充电机，其特征在于：还包括与所述微处理器相连接的信息键和停/启键按键。

6.根据权利要求5所述的电动叉车智能充电机，其特征在于：还包括中间继电器J和故障指示灯、显示充足的指示灯，所述微处理器的一I/O口与所述中间继电器J的控制端及该故障指示灯、显示充足的指示灯相连接，所述微处理器的功能为：根据时间、电压、容量信息，对是否满足时间法、最高电压法、电压不上升法、电压负增长法和容量法的判定进行检测，只要满足五种方法中的任何一种，即判断充足，并通过该I/O口发出信号，控制所述显示充足的指示灯显示，并推动所述中间继电器J动作，使充电停止。

7.根据权利要求1或5或6所述的电动叉车智能充电机，其特征在于：还包括电流、电压选择跳线，所述电流、电压选择跳线的一脚与所述微处理器相连接，另一脚接地。

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