CN106129457A - 叉车用锂离子电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种叉车用锂离子电池组，属于锂离子电池技术领域，包括电源箱，电源箱顶部设置有电源箱盖，电源箱下部设置第一绝缘板，第一绝缘板上设置多个电池单体，电池单体的上方设置第二绝缘板，第二绝缘板的底部固定减震胶块，第二绝缘板的顶部设置主控模块、从控模块和强电控制模块，电池单体串联排列形成电池组，电池组分别引出负极总线和正极总线，电池单体上的电压信号线和温度传感器连接线连接从控模块，强电控制模块连接从控模块，从控模块连接主控模块。本发明结构简单合理，节约电能，使用寿命长，充电时间短，充放电效率高。

Description

叉车用锂离子电池组
技术领域
本发明涉及一种叉车用锂离子电池组，属于锂离子电池技术领域。
背景技术
叉车是仓库、港口、码头、车间和物流集散地等场所普遍使用的一种工具，它具有搬运、装卸和起重等多种功能，并且使用灵活。鉴于叉车使用的环境特性，加上电动叉车具有噪音低、无尾气污染和使用成本低等多项优点，因此95％以上的叉车均是以铅酸蓄电池组为动力的电动叉车。但铅酸电池比能量小，充电时间长，因此造成叉车工作时间短，搁置时间长，在使用频繁的场所，存在一名司机需要配备多辆叉车的现象。
近几年来，随着新能源电池技术的不断进步，锂离子电池在电子、能源、汽车、军事等很多领域已得到广泛应用。在电动叉车上用锂离子电池组替代铅酸电池组不仅在环保、安全以及节能上体现了优势，而且可优化使用者原有的使用模式，可以让使用者利用休息时间进行快速充电，大大降低所需的电池容量。可以让使用者有效地管理调动车队，减少备用叉车的数量，尤其是，锂离子电池充电时间小于2.5小时，相比铅酸蓄电池10～12小时的充电时间，将大幅度提高叉车稼动率，同时锂离子电池无记忆效应，可以随充随用，能够利用间歇时间充电，更好的满足使用需求。
发明内容
根据以上现有技术中的不足，本发明要解决的问题是：提供一种结构简单合理，节约电能，使用寿命长，充电时间短，充放电效率高的叉车用锂离子电池组。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
所述的叉车用锂离子电池组，包括电源箱，电源箱顶部设置有电源箱盖，电源箱下部设置第一绝缘板，第一绝缘板上设置多个电池单体，电池单体的上方设置第二绝缘板，第二绝缘板的底部固定减震胶块，第二绝缘板的顶部设置主控模块、从控模块和强电控制模块；
所述的电池单体串联排列形成电池组，电池组的负极连接负极绝缘子的接线端，负极绝缘子的接线端引出负极总线，电池组的正极通过强电控制模块连接正极绝缘子的接线端，正极绝缘子的接线端引出正极总线，强电控制模块连接从控模块，电池单体上设置电压信号线和温度传感器，电压信号线和温度传感器连接线连接从控模块，从控模块连接主控模块，从控模块和主控模块连接控制电源，控制电源连接负极总线和正极总线，主控模块连接设置在总线控制盒内的系统启动控制开关，负极总线和正极总线连接设置在总线控制盒内的接线连接端。
叉车用锂离子电池组结构简单，设计合理，能够有效的节约电能，延长了设备的使用寿命，充电程式灵活，随充随用，能够实现快速充电，且充放电效率高，能够更好的满足使用需求，具有较强的实用性。所述的电池单体采用方形大容量动力型100Ah-200Ah的磷酸铁锂电池，能够很好的满足叉车的动力供应。
进一步的优选，电池组包括第一电池模块和第二电池模块，第一电池模块和第二电池模块并联设置，第一电池模块和第二电池模块的负极相邻设置，且均连接负极绝缘子的接线端，负极绝缘子的接线端引出负极总线，第一电池模块和第二电池模块的正极设置在两端，第一电池模块和第二电池模块的正极分别通过第一强电控制模块和第二强电控制模块连接正极绝缘子的接线端，正极绝缘子的接线端引出正极总线，第一强电控制模块和第二强电控制模块分别连接第一从控模块和第二从控模块，第一电池模块和第二电池模块内的电池单体上分别设置电压信号线和温度传感器，电压信号线和温度传感器连接线分别连接第一从控模块和第二从控模块，第一从控模块和第二从控模块均连接主控模块。第一电池模块和第二电池模块并联设置，当一个模块出现故障时，另一模块可正常工作。第一电池模块和第二电池模块采用100Ah的磷酸铁锂电池为单体，串联组成80V/100Ah电池单元，然后两个电池单元并联组成80V/200Ah锂离子电池组，满足叉车的动力供应。
进一步的优选，强电控制模块内设置充电继电器、放电继电器、电流互感器和熔断器，电池组的正极依次串联充电继电器、放电继电器和熔断器后连接正极总线，正极总线上穿设电流互感器，电流互感器、充电继电器和放电继电器连接从控模块。可以通过充电继电器、放电继电器很好的对充放电路进行保护，可以通过电流互感器实时采集电流信号，实现电池组电流的监测，在强电控制模块内设置电流熔断器，当电池组中某只电池出现短路时，电流熔断器断开，实现短路保护。
进一步的优选，从控模块和主控模块通过CAN数据总线接口连接。具有CAN总线接口，支持CAN通讯，实时向叉车控制器发送电池内部温度及电池单体电压、整组电池电压、荷电容量、充放电电流以及报警信息等。
进一步的优选，正极总线上设置熔断器。在电路出现短路时，熔断器可以断开，能够有效的保护电路。
进一步的优选，电源箱盖顶部设置有提手和支架。提手能够方便电池的取放，支架能够配合叉车底座的使用。
进一步的优选，电池单体设置24只，24只电池单体采用M型串联排列，相邻的两只电池单体之间设置5mm厚的插板，用于散热及电池紧固。
进一步的优选，减震胶块的长宽高尺寸为100mm×80mm×50mm。减震胶块能够有效防止电池组上下震动。
进一步的优选，第一绝缘板的厚度为5mm，第一绝缘板顶部设置2mm厚的橡胶垫。能够减轻车辆行驶中震动对电池的影响。
进一步的优选，第二绝缘板设置在电源箱上部50mm处。方便放置主控模块、从控模块和强电控制模块，以及方便主控模块、从控模块和强电控制模块与电池组的线连接。
本发明所具有的有益效果是：
1、所述的叉车用锂离子电池组能够有效节能，若装配同型号电动叉车，采用铅酸蓄电池组的型号为48V/420Ah，装车功率为20.16kw，采用80V/200Ah锂离子电池系统的功率为16kw，仅占铅酸蓄电池组功率的79.36％，可实现节能20.64％。
2、所述的叉车用锂离子电池组充电时间短，3小时内充满电，并且充电程式灵活，随充随用，而铅酸电池充电时间长达13个多小时，并且不充满不能使用。
3、所述的叉车用锂离子电池组寿命长，铅酸蓄电池循环寿命为1500次左右，锂离子电池组的循环寿命可达到2000次以上，折合使用寿命10年，是铅酸蓄电池组寿命的1.3倍，可减少电池组的换装次数。
4、所述的叉车用锂离子电池组充放电效率高，锂离子电池放出电量可达充入电量的98％以上，而铅酸蓄电池为83％左右，每次充电可节约15％以上的电能。
5、所述的叉车用锂离子电池组可以通过主控模块连接显示单元，可巡回显示所有电池的信息，方便用于对电池组进行调试维护。
6、所述的叉车用锂离子电池组内的电压线和温度传感器连接线可以采用多功能插拔式接线端子连接，可使电压和温度传感器连接线的数量减少将近一半，每个模块24只单体，正常连接需要48根信号线，该连接方式24只单体电池只需25根信号线，既可以实现电压的巡回采集，采集间隔仅为几十纳秒，秒内完成在线监测，又可以保证线路整齐美观，对应关系一目了然。
7、所述的叉车用锂离子电池组通过主控模块和从控模块形成管理系统，能够解决串联单体电池间电压和荷电状态的差异情况，减缓随着使用时间的推移，电池组内单体间差异逐渐增大的趋势，从而延长整个电池组的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明电池单体的串联连接图；
图3为本发明的电路连接图一；
图4为本发明的电路连接图二；
图5为本发明的主控模块工作原理图；
图6为本发明的从控模块工作原理图；
其中，1、电源箱；2、第一绝缘板；3、电池单体；4、负极绝缘子；5、强电控制模块；6、从控模块；7、主控模块；8、减震胶块；9、第二绝缘板；10、电源箱盖；11、提手；12、总线控制盒；13、支架；14、正极绝缘子；15、第一从控模块；16、第二从控模块；17、第一强电控制模块；18、第二强电控制模块；19、控制电源；20、系统启动控制开关；21、正极总线；22、负极总线；23、电池组；24、第一电池模块；25、第二电池模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：
如图1-4所示，本发明所述的叉车用锂离子电池组，包括电源箱1，电源箱1顶部设置有电源箱盖10，电源箱盖10顶部设置有提手11和支架13，电源箱1下部设置第一绝缘板2，第一绝缘板2的厚度为5mm，第一绝缘板2顶部设置2mm厚的橡胶垫，橡胶垫上设置24只电池单体3，在电源箱1上部50mm处，电池单体3的上方，设置第二绝缘板9，第二绝缘板9的底部固定长宽高尺寸为100mm×80mm×50mm的减震胶块8，第二绝缘板9的顶部设置主控模块7、从控模块6和强电控制模块5；
所述的电池单体3电池单体采用M型串联排列形成电池组23，相邻的两只电池单体3之间设置5mm厚的插板，电池组23的负极连接负极绝缘子4的接线端，负极绝缘子4的接线端引出负极总线22，电池组23的正极通过强电控制模块5连接正极绝缘子14的接线端，正极绝缘子14的接线端引出正极总线21，强电控制模块5连接从控模块6，电池单体3上设置电压信号线和温度传感器，电压信号线和温度传感器连接线连接从控模块6，从控模块6通过CAN数据总线接口连接主控模块7，从控模块6和主控模块7连接控制电源19，控制电源19连接负极总线22和正极总线21，主控模块7连接设置在总线控制盒12内的系统启动控制开关20，负极总线22和正极总线21连接设置在总线控制盒12内的接线连接端。
所述的强电控制模块5内设置充电继电器、放电继电器、电流互感器和熔断器，电池组23的正极依次串联充电继电器、放电继电器和熔断器后连接正极总线21，正极总线21上穿设电流互感器，电流互感器、充电继电器和放电继电器连接从控模块6，所述的正极总线21上还设置熔断器FUSE。
如图2-4所示，所述的电池组23包括第一电池模块24和第二电池模块25，第一电池模块24和第二电池模块25并联设置，第一电池模块24和第二电池模块25的负极相邻设置，且均连接负极绝缘子4的接线端，负极绝缘子4的接线端引出负极总线22，第一电池模块24和第二电池模块25的正极设置在两端，第一电池模块24和第二电池模块25的正极分别通过第一强电控制模块17和第二强电控制模块18连接正极绝缘子14的接线端，正极绝缘子14的接线端引出正极总线21，第一强电控制模块17和第二强电控制模块18分别连接第一从控模块15和第二从控模块16，第一电池模块24和第二电池模块25内的电池单体3上分别设置电压信号线和温度传感器，电压信号线和温度传感器连接线分别连接第一从控模块15和第二从控模块16，第一从控模块15和第二从控模块16均连接主控模块7。
如图5所示，主控模块7在进行系统管理时，首先判断是否与从控模块6通讯正常，若与从控模块6通讯正常，则与从控模块6通过CAN总线接口进行CAN通信，进行数据采集，数据处理等，然后根据数据判断是否有过压或过温等问题，若存在故障问题则给从控模块6发送待机指令，报警存储，若无故障则判断与叉车控制器是否通讯正常，在正常的情况下与叉车控制系统进行通讯，同时，进入下一循环。
如图6所示，从控模块6进行系统管理时，首先进行数据采集和数据处理，根据数据判断是否过温，是否与主控模块7通讯正常，是否过压，是否欠压，在均没有问题时，判断是否有启动信号，是否能够满足启动条件，若均满足条件，则闭合主回路接触器，进行正常启动；若存在故障问题或不满足启动条件，则等待条件满足后再进行启动。
使用时，将电池单体3装入电源箱1内，并将电池单体3按照M型串联排列的方式进行串联连接，将每个单体电池3的电压信号线和温度传感器(热电阻)连接线通过采用插拔式接线端子与管理系统(包括主控模块7和从控模块6)进行连接，从控模块6的PCB板上焊接有插拔式接线端子的插座部分(母体)，插头部分(子体)将所需要的信号线压紧，并且插头部分的两端有锁定扣位，它可以将插座部分和插头部分固定，保证连接部位长期的防水性、可靠性和抗振性。其中，采用双排7端子的接线端插拔式接线端子每排可接7个信号线，一排用于电压信号线的连接，另一排用于温度信号线的连接。将装配好的电源箱1装配到1.5吨电动叉车上，为其提供动力，接线口与车载显示器匹配度高。用专用充电机对电池进行充电，充电分为3个阶段：1)50A恒流充电30min；2)80A恒流充电至单只电池电压达3.6V；3)86.4V恒压充电，至单只电池电压3.75V时停止。电池充满电后，进行实车试验，系统设置当有一只电池电压达2.80V时欠压报警，当系统中有一只电池的电压达到2.6V时系统自动终止放电，放电容量为202Ah。
对锂离子电池组进行1C、0.33C、0.2C放电，放电终止电压为2.75V。
1C放电数据表
时间(min) 0 10 20 30 40 50 63
电压(V) 3.369 3.092 3.086 3.064 3.015 2.867 2.752
0.33C放电数据表
时间(min) 0 60 140 170 180 195
电压(V) 3.369 3.092 3.086 3.064 3.015 2.867
0.2C放电数据表
本发明组结构简单，设计合理，能够有效的节约电能，延长了设备的使用寿命，充电程式灵活，随充随用，能够实现快速充电，且充放电效率高，能够更好的满足使用需求，具有较强的实用性。
本发明并不仅限于上述具体实施方式，本领域普通技术人员在本发明的实质范围内做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种叉车用锂离子电池组，包括电源箱(1)，电源箱(1)顶部设置有电源箱盖(10)，其特征在于：电源箱(1)下部设置第一绝缘板(2)，第一绝缘板(2)上设置多个电池单体(3)，电池单体(3)的上方设置第二绝缘板(9)，第二绝缘板(9)的底部固定减震胶块(8)，第二绝缘板(9)的顶部设置主控模块(7)、从控模块(6)和强电控制模块(5)；
所述的电池单体(3)串联排列形成电池组(23)，电池组(23)的负极连接负极绝缘子(4)的接线端，负极绝缘子(4)的接线端引出负极总线(22)，电池组(23)的正极通过强电控制模块(5)连接正极绝缘子(14)的接线端，正极绝缘子(14)的接线端引出正极总线(21)，强电控制模块(5)连接从控模块(6)，电池单体(3)上设置电压信号线和温度传感器，电压信号线和温度传感器连接线连接从控模块(6)，从控模块(6)连接主控模块(7)，从控模块(6)和主控模块(7)连接控制电源(19)，控制电源(19)连接负极总线(22)和正极总线(21)，主控模块(7)连接设置在总线控制盒(12)内的系统启动控制开关(20)，负极总线(22)和正极总线(21)连接设置在总线控制盒(12)内的接线连接端。
2.根据权利要求1所述的叉车用锂离子电池组，其特征在于：所述的电池组(23)包括第一电池模块(24)和第二电池模块(25)，第一电池模块(24)和第二电池模块(25)并联设置，第一电池模块(24)和第二电池模块(25)的负极相邻设置，且均连接负极绝缘子(4)的接线端，负极绝缘子(4)的接线端引出负极总线(22)，第一电池模块(24)和第二电池模块(25)的正极设置在两端，第一电池模块(24)和第二电池模块(25)的正极分别通过第一强电控制模块(17)和第二强电控制模块(18)连接正极绝缘子(14)的接线端，正极绝缘子(14)的接线端引出正极总线(21)，第一强电控制模块(17)和第二强电控制模块(18)分别连接第一从控模块(15)和第二从控模块(16)，第一电池模块(24)和第二电池模块(25)内的电池单体(3)上分别设置电压信号线和温度传感器，电压信号线和温度传感器连接线分别连接第一从控模块(15)和第二从控模块(16)，第一从控模块(15)和第二从控模块(16)均连接主控模块(7)。
3.根据权利要求1所述的叉车用锂离子电池组，其特征在于：所述的强电控制模块(5)内设置充电继电器、放电继电器、电流互感器和熔断器，电池组(23)的正极依次串联充电继电器、放电继电器和熔断器后连接正极总线(21)，正极总线(21)上穿设电流互感器，电流互感器、充电继电器和放电继电器连接从控模块(6)。
4.根据权利要求1所述的叉车用锂离子电池组，其特征在于：所述的从控模块(6)和主控模块(7)通过CAN数据总线接口连接。
5.根据权利要求1所述的叉车用锂离子电池组，其特征在于：所述的正极总线(21)上设置熔断器FUSE。
6.根据权利要求1所述的叉车用锂离子电池组，其特征在于：所述的电源箱盖(10)顶部设置有提手(11)和支架(13)。
7.根据权利要求1所述的叉车用锂离子电池组，其特征在于：所述的电池单体(3)设置24只，24只电池单体采用M型串联排列，相邻的两只电池单体(3)之间设置5mm厚的插板。
8.根据权利要求1所述的叉车用锂离子电池组，其特征在于：所述的减震胶块(8)的长宽高尺寸为100mm×80mm×50mm。
9.根据权利要求1所述的叉车用锂离子电池组，其特征在于：所述的第一绝缘板(2)的厚度为5mm，第一绝缘板(2)顶部设置2mm厚的橡胶垫。
10.根据权利要求1所述的叉车用锂离子电池组，其特征在于：所述的第二绝缘板(9)设置在电源箱(1)上部50mm处。
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