鋰電池節(jié)能系統(tǒng)在輪胎吊上的應(yīng)用

袁奕景慧軍

(上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司，上海 200125)

摘要：鋰電池節(jié)能系統(tǒng)輪胎吊，主要通過(guò)電控系統(tǒng)控制鋰電池系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)輪胎吊的節(jié)能。現(xiàn)簡(jiǎn)要介紹了鋰電池節(jié)能系統(tǒng)在輪胎吊應(yīng)用上的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及軟件控制方式，鋰電池應(yīng)用模式下電源的整流情況，可為輪胎吊的技術(shù)革新提供參考。

關(guān)鍵詞：鋰電池；節(jié)能系統(tǒng)；輪胎吊；柴油機(jī)；起重機(jī)

收稿日期:2015-05-11

作者簡(jiǎn)介：袁奕(1982—)，男，江蘇人，工程師，研究方向：自動(dòng)化軌道吊電氣設(shè)計(jì)。

1現(xiàn)狀

輪胎式集裝箱龍門(mén)起重機(jī)(下文簡(jiǎn)稱輪胎吊)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展和演變，已經(jīng)成為相對(duì)成熟的產(chǎn)品，廣泛用于集裝箱碼頭堆場(chǎng)內(nèi)的裝卸。由于石油是稀缺資源，受?chē)?guó)際油價(jià)的影響，油價(jià)將會(huì)越來(lái)越高，使用輪胎吊碼頭油耗運(yùn)營(yíng)成本越來(lái)越高，在供油緊張時(shí)期，已經(jīng)不是錢(qián)的問(wèn)題，而是碼頭能否運(yùn)營(yíng)的問(wèn)題。世界各地碼頭都在進(jìn)行節(jié)能減排的改造，以便降低對(duì)燃油的消耗，減少運(yùn)營(yíng)成本和環(huán)境污染。本文主要介紹一種鋰電池柴油機(jī)自動(dòng)節(jié)能系統(tǒng)在輪胎吊上的應(yīng)用，使柴油機(jī)在鋰電池模式下完成對(duì)輪胎吊主機(jī)構(gòu)的供電。該自動(dòng)節(jié)能系統(tǒng)已經(jīng)在香港輪胎吊上應(yīng)用。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

需要通過(guò)電池管理系統(tǒng)來(lái)優(yōu)化充電過(guò)程，確保電池壽命。在電池管理系統(tǒng)控制下，可以確保鋰電池系統(tǒng)充放電效率，并將能量回收和能量回饋?zhàn)龅阶顑?yōu)化，從而達(dá)到節(jié)能目的。例如，司機(jī)在啟動(dòng)起升等，當(dāng)控制合時(shí)，PLC發(fā)出全速命令，通過(guò)電池管理系統(tǒng)使柴油機(jī)處于節(jié)能工作模式，鋰電池系統(tǒng)向輪胎吊直流母排提供能量，確保輪胎吊可以正常作業(yè)。

3節(jié)能效果

從節(jié)能的角度看，柴油機(jī)、鋰電池混合動(dòng)力系統(tǒng)，通過(guò)能量回收和回饋系統(tǒng)給各大機(jī)構(gòu)變頻器提供能量，既保護(hù)了柴油機(jī)的機(jī)器性能，同時(shí)又達(dá)到了輪胎吊節(jié)能目的，確保了正常作業(yè)時(shí)的能量需求；柴油機(jī)全速狀態(tài)時(shí)，和常規(guī)輪胎吊一樣完成正常作業(yè)，同時(shí)保留了常規(guī)輪胎吊的機(jī)動(dòng)性。對(duì)于碼頭而言，既節(jié)省了柴油，又降低了污染，不過(guò)設(shè)備投資要比常規(guī)軌道吊稍貴一些。

[參考文獻(xiàn)]

[1]香港輪胎吊項(xiàng)目鋰電池系統(tǒng)原理圖[Z]，2012.

[2]香港輪胎吊項(xiàng)目電控原理圖[Z]，2012.

鋰電池柴油機(jī)主要在柴油機(jī)機(jī)組與鋰電池兩種模式下對(duì)輪胎吊電控系統(tǒng)供電，在柴油機(jī)模式時(shí)，其轉(zhuǎn)速1 500 r/min，供電電源為400 VAC、50 Hz；在電池模式時(shí)，通過(guò)Boost-up convert和Batteries convert系統(tǒng)給直流母排提供電源，并能滿足主機(jī)構(gòu)的供電要求，實(shí)現(xiàn)主機(jī)構(gòu)設(shè)備的正常工作。香港輪胎吊項(xiàng)目上主要通過(guò)鋰電池和柴油機(jī)機(jī)組混合動(dòng)力系統(tǒng)給輪胎吊進(jìn)行供電，并利用能力回饋裝置進(jìn)行鋰電池充電。然后，通過(guò)PLC計(jì)算和控制鋰電池系統(tǒng)給輪胎吊供電，滿足各機(jī)構(gòu)的正常工作要求，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。當(dāng)鋰電池系統(tǒng)有問(wèn)題時(shí)，可以通過(guò)柴油機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的正常供電，以便不影響設(shè)備的正常工作。系統(tǒng)設(shè)計(jì)具體如圖1所示。

2.2柴油機(jī)電控部分設(shè)計(jì)

柴油機(jī)電控部分基本和常規(guī)輪胎吊的設(shè)計(jì)沒(méi)有大的變化，主要增加了PLC對(duì)鋰電池能量回收和回饋系統(tǒng)。柴油機(jī)啟動(dòng)分為本地和遠(yuǎn)程操作，在柴油機(jī)怠速/全速控制方面，主要選擇在遠(yuǎn)程操作模式下來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)鋰電池狀態(tài)的監(jiān)控，PLC和鋰電池之間的通訊主要靠以太網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣能更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)鋰電池的監(jiān)控。

2.3變頻電源裝置

該系統(tǒng)采用的是富士高性能多功能性變頻器FRN160VG7-4DP，該型變頻器通過(guò)DC/DC整定出直流母排，給各大機(jī)構(gòu)提供能量。該型變頻器具有超負(fù)荷耐量、沖擊負(fù)荷應(yīng)對(duì)能力，維護(hù)操作便利。通過(guò)操作面板，完成對(duì)變頻器矢量參數(shù)的設(shè)置。

2.4PLC智能控制部分設(shè)計(jì)

柴油機(jī)全速之后，變頻電源裝置開(kāi)始工作，起升機(jī)構(gòu)下降時(shí)，通過(guò)PLC控制模式對(duì)鋰電池系統(tǒng)進(jìn)行充電。完成電池系統(tǒng)充電后，起升機(jī)構(gòu)上升以及其他機(jī)構(gòu)工作時(shí)，釋放電池系統(tǒng)儲(chǔ)存能量。一般設(shè)置在正常模式下，PLC控制電池系統(tǒng)充電時(shí)還