CN116278963A - 一种电动叉车智能高频充电机及其充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动叉车智能高频充电机及其充电方法，包括有直流电源变换器、处理器、电压采样单元以及由处理器控制的充电开关、采样开关，直流电源变换器、充电开关和动力蓄电池依次相连接，组成充电回路；动力蓄电池、采样开关、电压采样单元和处理器依次相连接，组成电压采样回路；处理器与直流电源变换器电连接，根据检测到的动力蓄电池的当前电压，自动调整直流电源变换器的输出电压和输出电流；自动识别出当前与其联机的动力蓄电池的电压等级，并根据充电需求，自动调整充电机的输出电压和输出电流，对连接的动力蓄电池进行充电。本发明能够满足大多数不同电压等级，不同类型的动力蓄电池的充电需求，实现了一机多用，一机通用。

Description

一种电动叉车智能高频充电机及其充电方法

技术领域

本发明涉及电动叉车充电技术领域，具体是一种电动叉车智能高频充电机及其充电方法。

背景技术

电动叉车是指以电作为能量来进行现场作业的叉车，包括各种四向电动叉车、电动托盘式堆垛车、电动牵引车等电动系列物料搬运设备。其中，大多数的电动叉车都是以动力蓄电池作为源动力，驱动行驶电机和油压系统电机，从而实现行驶与装卸作业。电动叉车具有无污染、易操作、节能高效等优点。

电动叉车的动力蓄电池放电后，用直流电按与放电电流相反的方向通过蓄电池，使它恢复工作能力，这个过程称为蓄电池充电过程，不同的充电电流及充电电压曲线，不仅对充电的时间有影响，而且对电池的容量和使用寿命有着直接的影响。因此，根据不同的蓄电池类型选择合适的充电曲线，以使蓄电池保持在一个最佳的状态显得尤为必要。

在动力蓄电池充电过程中，不正确的充电方式对电池寿命影响比较大，放电过程的影响则较少。目前有许多的电动叉车充电机，随生产厂家的不同而性能不同，但基本上线路都较简单，保护功能较差，没有按电池的充电曲线进行充电，因而可能会影响电池的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺陷和不足，提供一种电动叉车智能高频充电机及其充电方法，能够满足大多数不同电压等级，不同类型的动力蓄电池的充电需求，实现一种充电机能够自动适应不同电压等级的动力蓄电池。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电动叉车智能高频充电机，所述充电机的输出端与动力蓄电池的充电接口相连接，其特征在于：所述的充电机包括有直流电源变换器、处理器、电压采样单元、充电开关和采样开关，所述直流电源变换器的输出端、充电开关和动力蓄电池的充电接口依次相连接，组成充电回路，用于对动力蓄电池进行充电；所述动力蓄电池的充电接口、采样开关、电压采样单元和处理器依次相连接，组成电压采样回路，用于检测动力蓄电池的当前电压；所述的处理器与直流电源变换器电连接，用于根据检测到的动力蓄电池的当前电压，自动调整所述直流电源变换器的输出电压和输出电流；所述的充电开关和采样开关均由所述处理器控制其闭合和断开。

当充电开关断开时，充电机与动力蓄电池之间的电气连接被断开。

根据不同的电动叉车类型和功能，其动力蓄电池的工作电压可分为24V、48V、36V、72V、80V等几种不同的电压，一般是根据叉车的负载量、电机的额定功率进行匹配，动力蓄电池大部分采用的是2V的单体电池电压。如：48V叉车的动力蓄电电池是由24只2V电池串联为一组，在充满电情况下可达52V，而且容量也很高。为了自动适应不同的动力蓄电池电压等级，本发明设置了一个电压采样单元，在充电机未输出直流电时，先检测一下动力蓄电池的当前电压，并根据该当前电压选用相应的充电电压和充电电流。

进一步的，所述直流电源变换器的输入端外接三相交流电源，用于将外部的交流电转换成直流电输出。

进一步的，所述的直流电源变换器由多个电源变换模块相并联组成。

进一步的，所述的采样开关连接于所述动力蓄电池的充电接口的正端与电压采样单元的输入端之间，采样开关闭合后，动力蓄电池的电压施加到所述的电压采样单元，所述处理器经过隔离采样，得到动力蓄电池的当前电压。

进一步的，所述处理器的采样信号输入端与电压采样单元的输出端相连接，处理器通过CAN网络与所述的直流变换器进行通信，处理器根据检测到的动力蓄电池的当前电压，通过CAN网络向所述直流变换器发送不同的输出电压和输出电流请求，在所述充电开关闭合后，直流变换器输出相应的电压和电流的直流电，对所述的动力蓄电池进行充电。

进一步的，所述的充电开关为功率型大电流开关，受所述处理器控制，用于连接所述直流电源变换器的输出端与动力蓄电池的充电接口，为所述的动力蓄电池进行充电。

进一步的，所述的采样开关为小电流型信号开关，受所述处理器控制，用于将所述动力蓄电池端的电压加载到电压采样单元的电压采样端，对动力蓄电池的电压进行实时采样。

进一步的，所述的充电机还包括有与所述处理器相连接的显示屏。

进一步的，所述的显示屏采用触控屏，与所述处理器通过串口相连接，用于显示当前的充电电压、充电电流、充电功率、充电总安时以及当前的充电状态、充电时间、故障信息，还用于进行相应的充电参数调整、设置。

一种电动叉车智能高频充电机的充电方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

S1.联机阶段：所述的充电机通电后，所述处理器开始工作，控制所述采样开关闭合，在充电机的输出端与动力蓄电池的充电接口相连接后，动力蓄电池上的电压施加到所述的电压采样单元，所述处理器经过隔离采样，得到动力蓄电池的当前电压；

S2.预充电阶段：所述的处理器检测到动力蓄电池的当前电压，并判断出动力蓄电池的当前电压的等级后，处理器通过CAN网络向所述直流变换器发送CAN指令，并控制充电开关闭合后，处理器逐级加大输出电压和输出电流的请求，当直流变换器的输出电压和输出电流上升到设定的数值，即上升到所述动力蓄电池预热所需的电压值和电流值后，直流变换器的输出电压和输出电流不再增加，对动力蓄电池进行预充电，保持40秒钟之后，直流变换器的输出电压和输出电流再次上升到指定的数值，转为恒流充电阶段；

S3.恒流充电阶段：所述的处理器根据检测到的动力蓄电池的当前电压，通过CAN网络向所述直流变换器发送请求，以指定的电压和电流进行恒流充电，在此过程中，动力蓄电池的充电电压慢慢上升，待到动力蓄电池的充电电压上升到跳变值V1时，转为恒压充电阶段；

S4.恒压充电阶段：所述的处理器根据检测到的动力蓄电池的当前电压，通过CAN网络向所述直流变换器发送请求，以指定的电压和电流进行恒压充电，在此过程中，动力蓄电池的充电电流慢慢下降，待到动力蓄电池的充电电流下降到跳变值I1时，转为脉冲浮充模式；

S5.脉冲浮充阶段：所述脉冲浮充阶段的总时长为3小时以上，分多个浮充阶段，第一个浮充阶段以4分钟为一个充电周期，在每个充电周期内，每分钟的充电电流改变一次，依次为13A，39A，39A和39A，执行N个周期，直至第一个浮充阶段结束；第二个浮充阶段同样以4分钟为一个充电周期，在每个充电周期内，每分钟充电电流改变一次，依次为13A，13A，39A和39A，执行N个周期，直至第二个浮充阶段结束；第三个浮充阶段同样以4分钟为一个充电周期，在每个充电周期内，每分钟充电电流改变一次，依次为13A，13A，13A和39A，直至动力蓄电池的充电电流下降到小于设定值I2，转为关机模式；

S6.关机阶段：所述的处理器进入软关机模式，在软关机模式下，处理器通过CAN网络向所述直流变换器发送请求，逐级降低动力蓄电池的充电电压和充电电流，当动力蓄电池的充电电压和充电流降低到指定的值时，处理器向直流转换器发送关机指令，并控制所述的充电开关断开，断开所述充电机与动力蓄电池之间的连接。

在充电过程中，如发生电流或电压异常现象，处理器接收到相应的信息之后，自动关闭电源变换器，并控制充电开关断开，使充电机停止输出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明采用了一个宽范围直流电压输出的直流转换器，由电压采样单元对动力蓄电池的当前电压进行采样，并判断出动力蓄电池的当前电压的等级，调用相应的充电参数来对动力蓄电池进行充电，在充电机联机并启动充电后，处理器会根据当前动力蓄电池的电压参数，自动调整充电机的输出电压和电流，对动力蓄电池进行充电。

2、本发明根据动力蓄电池的充电电压及充电电流变化，采用恒流充电、恒压充电，脉冲浮充三段式充电方式，在恒流阶段以恒定的电流进行充电，动力蓄电池的充电电压随着充电慢慢上升，当动力蓄电池的电压上升到2.45V每格时，转入恒压充电，在恒压充电过程中，动力蓄电池的充电电压接近不变，同时充电电流逐渐下降，当充电电流下降到恒流充电电流的一半时，恒压充电结束，转为脉冲浮充阶段，此阶段的充电电流较小，允许长时间充电，以保养动力蓄电池，同时，在此阶段，将平滑电流改为脉冲直流充电，能够将动力蓄电池的电量充满到接近100％，同时避免了动力蓄电池的电量充满时，过大的充电电流导致过充和动力蓄电池失水，同时具有消除负极硫化的作用。

3、本发明通过自动测量动力蓄电池的当前电压，采用相应的输出电流和输出电压，并根据动力蓄电池的当前电压变化，动态的调整恒流、恒压、脉冲浮充阶段的时间和充电电流、充电电压，使充电机可以与不同电池类型、不同电压等级的电动叉车辆进行联机，并根据采集到的信息自动切换到相应的充电模式，为其充电，实现了一机多用，一机通用，提高了设备的使用效率，减少了大型工厂、商超或其它大型转运场所配备的充电机数量，降低了设备投入。

附图说明

图1为本发明的结构原理框图。

图2为本发明中电压采样单元的电路原理图。

图3为本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，一种电动叉车智能高频充电机，充电机的输出端与动力蓄电池的充电接口相连接，充电机包括有直流电源变换器、处理器、电压采样单元、充电开关J2和采样开关J1，直流电源变换器的输出端、充电开关J2和动力蓄电池的充电接口依次相连接，组成充电回路，用于对动力蓄电池进行充电；动力蓄电池的充电接口、采样开关J1、电压采样单元和处理器依次相连接，组成电压采样回路，用于检测动力蓄电池的当前电压；处理器与直流电源变换器电连接，用于根据检测到的动力蓄电池的当前电压，自动调整直流电源变换器的输出电压和输出电流；充电开关J2和采样开关J1均由处理器控制其闭合和断开。

其中，直流电源变换器的输入端外接三相交流电源，用于将外部的交流电转换成直流电输出。

此外，充电开关J2为功率型大电流开关，受处理器控制，能够通过几十安到一百安的电流，用于连接直流电源变换器的输出端与动力蓄电池的充电接口，为动力蓄电池进行充电。

采样开关J1为小电流型信号开关，也受处理器控制，能够通过毫安级的电流，用于将动力蓄电池端的电压加载到电压采样单元的电压采样端，对动力蓄电池的电压进行实时采样。

具体的，直流电源变换器由多个电源变换模块相并联组成，能够实现宽范围直流电压输出，以满足动力蓄电池的充电电压、充电电流需求。

采样开关J1连接于动力蓄电池的充电接口的正端与电压采样单元的输入端之间，采样开关J1闭合后，动力蓄电池的电压施加到电压采样单元，处理器经过隔离采样，得到动力蓄电池的当前电压。

处理器的采样信号输入端与电压采样单元的输出端相连接，处理器通过CAN网络与直流变换器进行通信，处理器根据检测到的动力蓄电池的当前电压，通过CAN网络向直流变换器发送不同的输出电压和输出电流请求，在充电开关J2闭合后，直流变换器输出相应的电压和电流的直流电，对动力蓄电池进行充电。

充电机还包括有与处理器相连接的显示屏。

显示屏采用触控屏，与处理器通过串口相连接，用于显示当前的充电电压、充电电流、充电功率、充电总安时以及当前的充电状态、充电时间、故障信息等，还用于进行相应的充电参数调整、设置等。

参见图2，本发明的电压采样单元能够避免充电机内部的地端与动力蓄电池的负极共用同一个地端，具体为一个隔离型的电压采样单元，其中，采样电阻为一个高精度的串联电阻网络，由电阻R1、R2、R3和电容C1组成，动力蓄电池上的电压通过该电阻网络分压之后，送入到ADC采样单元U1的2脚，即参考分压Verin输入到12位ADC采样模块MCP3201的同相输入端，其反相输入端与动力蓄电池的地端相连接，ADC采样模块MCP3201的控制输入端通过三个隔离光偶U2、U3、U4与处理器相连接，当处理器需要采样时，只需选通该ADC采样模块MCP3201并发送相应的时钟脉冲，并在时钟的下降沿读出数据，换算出当前的采样电压值，最终按比例换算成动力蓄电池的实际电压。

参见图3，一种电动叉车智能高频充电机的充电方法，具体包括以下步骤：

S1.联机阶段：充电机通电后，处理器开始工作，控制采样开关J1闭合，在充电机的输出端与动力蓄电池的充电接口相连接后，动力蓄电池上的电压通过充电开关J1施加到电压采样单元，该电压通过ADC采样模块MCP3201进行采样，最终由处理器将采样值换算成动力蓄电池的当前电压。动力蓄电池的工作电压一般来说可分为24V、48V、36V、72V、80V几种不同的电压值，处理器将采样得到的电压值与上述电压值作比对，找到最接近的那一种电压值，将该电压值作为当前动力蓄电池的工作电压，并用此电压作为充电机的充电参数进行充电准备，为了更详细的说明其工作原理，以下均以48V电压作为动力蓄电池的工作电压，其它电压值的动力蓄电池的充电方法与此类似，不再作进一步的描述。

S2.预充电阶段：处理器检测到动力蓄电池的当前电压，并判断出动力蓄电池的当前电压的等级，单只电池的电压通常为2V，假设动力蓄电池的电压为48V，则该动力蓄电池由24只电池串联而成，其静态串联电压约为51V，在充电过程中，单只电池的最大充电电压为2.45V，其串联的最大充电电压为58.8V。

处理器通过CAN网络向直流变换器发送CAN指令，并控制充电开关J2闭合后，处理器逐级加大输出电压和输出电流的请求，当直流变换器的输出电压和输出电流上升到设定的数值，即上升到动力蓄电池预热所需的电压值48V和电流值25A后，直流变换器以25A的电流对动力蓄电池进行充电，此时，直流变换器的输出电压和输出电流不再增加，对动力蓄电池进行预充电，保持40秒钟之后，直流变换器的输出电压和输出电流再次上升到指定的数值，即充电电压上升到58.8V，充电电流上升到65A后，转为恒流充电阶段。此时，动力蓄电池的实际充电电流为65A，实际充电电压根据充电前的放电情况约为51-55V。

S3.恒流充电阶段：处理器根据检测到的动力蓄电池的当前电压，通过CAN网络向直流变换器发送请求，以指定的电压(即58.8V)和电流(即65A)进行恒流充电，在此过程中，动力蓄电池的充电电压由51V慢慢上升，此时，动力蓄电池的实际充电电流为65A，待到动力蓄电池的充电电压上升到跳变值V1(即58.8V)时，转为恒压充电阶段。

S4.恒压充电阶段：处理器根据检测到的动力蓄电池的当前电压，通过CAN网络向直流变换器发送请求，以指定的电压(即60V)和电流(即65A)进行恒压充电，在此过程中，动力蓄电池的充电电流由65A慢慢下降，此时，动力蓄电池的实际充电电压接近60V，待到动力蓄电池的充电电流下降到跳变值I1(即<32.5A)时，转为脉冲浮充模式。

S5.脉冲浮充阶段：进入脉冲浮充阶段前，动力蓄电池的电量已基本充满，脉冲浮充阶段是一个对动力蓄电池进行浮充兼维护的过程，脉冲浮充阶段的总时长为3小时以上，分多个浮充阶段，分别以两种不同的电流对动力蓄电池进行充电，在以小电流进行充电时，其充电电压为60V，在以大电流进行充电时，其充电电压可稍高于60V，以便于充电电流的周期性变化，从而达到脉冲充电的效果。

其中，第一个浮充阶段以4分钟为一个充电周期，在每个充电周期内，每分钟的充电电流改变一次，依次为13A，39A，39A和39A，执行N个周期，直至第一个浮充阶段结束；第二个浮充阶段同样以4分钟为一个充电周期，在每个充电周期内，每分钟充电电流改变一次，依次为13A，13A，39A和39A，执行N个周期，直至第二个浮充阶段结束；第三个浮充阶段同样以4分钟为一个充电周期，在每个充电周期内，每分钟充电电流改变一次，依次为13A，13A，13A和39A，直至动力蓄电池的充电电流下降到小于设定值I2(即<5A)，转为关机模式。

S6.关机阶段：在脉冲浮充阶段，当充电电流下降到小于设定值I2(即<5A)时，或者自开机后总充电时间大于10小时时，进入关机流程。

此时，处理器进入软关机模式，在软关机模式下，处理器通过CAN网络向直流变换器发送请求，逐级降低动力蓄电池的充电电压和充电电流，当动力蓄电池的充电电压和充电流降低到指定的值(即充电电压低于实际电压10V，充电电流<10A)时，处理器向直流转换器发送关机指令，并控制充电开关J2断开，断开充电机与动力蓄电池之间的连接。

虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种电动叉车智能高频充电机，所述充电机的输出端与动力蓄电池的充电接口相连接，其特征在于：所述的充电机包括有直流电源变换器、处理器、电压采样单元、充电开关和采样开关，所述直流电源变换器的输出端、充电开关和动力蓄电池的充电接口依次相连接，组成充电回路，用于对动力蓄电池进行充电；所述动力蓄电池的充电接口、采样开关、电压采样单元和处理器依次相连接，组成电压采样回路，用于检测动力蓄电池的当前电压；所述的处理器与直流电源变换器电连接，用于根据检测到的动力蓄电池的当前电压，自动调整所述直流电源变换器的输出电压和输出电流；所述的充电开关和采样开关均由所述处理器控制其闭合和断开。

2.根据权利要求1所述的一种电动叉车智能高频充电机，其特征在于：所述直流电源变换器的输入端外接三相交流电源，用于将外部的交流电转换成直流电输出。

3.根据权利要求2所述的一种电动叉车智能高频充电机，其特征在于：所述的直流电源变换器由多个电源变换模块相并联组成。

4.根据权利要求1所述的一种电动叉车智能高频充电机，其特征在于：所述的采样开关连接于所述动力蓄电池的充电接口的正端与电压采样单元的输入端之间，采样开关闭合后，动力蓄电池的电压施加到所述的电压采样单元，所述处理器经过隔离采样，得到动力蓄电池的当前电压。

5.根据权利要求1所述的一种电动叉车智能高频充电机，其特征在于：所述处理器的采样信号输入端与电压采样单元的输出端相连接，处理器通过CAN网络与所述的直流变换器进行通信，处理器根据检测到的动力蓄电池的当前电压，通过CAN网络向所述直流变换器发送不同的输出电压和输出电流请求，在所述充电开关闭合后，直流变换器输出相应的电压和电流的直流电，对所述的动力蓄电池进行充电。

6.根据权利要求1所述的一种电动叉车智能高频充电机，其特征在于：所述的充电开关为功率型大电流开关，受所述处理器控制，用于连接所述直流电源变换器的输出端与动力蓄电池的充电接口，为所述的动力蓄电池进行充电。

7.根据权利要求1所述的一种电动叉车智能高频充电机，其特征在于：所述的采样开关为小电流型信号开关，受所述处理器控制，用于将所述动力蓄电池端的电压加载到电压采样单元的电压采样端，对动力蓄电池的电压进行实时采样。

8.根据权利要求1所述的一种电动叉车智能高频充电机，其特征在于：所述的充电机还包括有与所述处理器相连接的显示屏。

9.根据权利要求8所述的一种电动叉车智能高频充电机，其特征在于：所述的显示屏采用触控屏，与所述处理器通过串口相连接，用于显示当前的充电电压、充电电流、充电功率、充电总安时以及当前的充电状态、充电时间、故障信息，还用于进行相应的充电参数调整、设置。

10.根据权利要求1-7任一项所述一种电动叉车智能高频充电机的充电方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

S1.联机阶段：所述的充电机通电后，所述处理器开始工作，控制所述采样开关闭合，在充电机的输出端与动力蓄电池的充电接口相连接后，动力蓄电池上的电压施加到所述的电压采样单元，所述处理器经过隔离采样，得到动力蓄电池的当前电压；

S2.预充电阶段：所述的处理器检测到动力蓄电池的当前电压，并判断出动力蓄电池的当前电压的等级后，处理器通过CAN网络向所述直流变换器发送CAN指令，并控制充电开关闭合后，处理器逐级加大输出电压和输出电流的请求，当直流变换器的输出电压和输出电流上升到设定的数值，即上升到所述动力蓄电池预热所需的电压值和电流值后，直流变换器的输出电压和输出电流不再增加，对动力蓄电池进行预充电，保持40秒钟之后，直流变换器的输出电压和输出电流再次上升到指定的数值，转为恒流充电阶段；

S3.恒流充电阶段：所述的处理器根据检测到的动力蓄电池的当前电压，通过CAN网络向所述直流变换器发送请求，以指定的电压和电流进行恒流充电，在此过程中，动力蓄电池的充电电压慢慢上升，待到动力蓄电池的充电电压上升到跳变值V1时，转为恒压充电阶段；

S4.恒压充电阶段：所述的处理器根据检测到的动力蓄电池的当前电压，通过CAN网络向所述直流变换器发送请求，以指定的电压和电流进行恒压充电，在此过程中，动力蓄电池的充电电流慢慢下降，待到动力蓄电池的充电电流下降到跳变值I1时，转为脉冲浮充模式；

S5.脉冲浮充阶段：所述脉冲浮充阶段的总时长为3小时以上，分多个浮充阶段，第一个浮充阶段以4分钟为一个充电周期，在每个充电周期内，每分钟的充电电流改变一次，依次为13A，39A，39A和39A，执行N个周期，直至第一个浮充阶段结束；第二个浮充阶段同样以4分钟为一个充电周期，在每个充电周期内，每分钟充电电流改变一次，依次为13A，13A，39A和39A，执行N个周期，直至第二个浮充阶段结束；第三个浮充阶段同样以4分钟为一个充电周期，在每个充电周期内，每分钟充电电流改变一次，依次为13A，13A，13A和39A，直至动力蓄电池的充电电流下降到小于设定值I2，转为关机模式；

S6.关机阶段：所述的处理器进入软关机模式，在软关机模式下，处理器通过CAN网络向所述直流变换器发送请求，逐级降低动力蓄电池的充电电压和充电电流，当动力蓄电池的充电电压和充电流降低到指定的值时，处理器向直流转换器发送关机指令，并控制所述的充电开关断开，断开所述充电机与动力蓄电池之间的连接。

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