一种基于动力电池供能的轮胎式龙门吊动力系统的制作方法

本发明涉及轮胎式龙门吊动力系统领域，特别是涉及一种基于动力电池供能的轮胎式龙门吊动力系统。

背景技术：

轮胎式龙门吊(Rubber Tyred Gantry Crane,RTG)是港口码头，铁路货场，集装箱堆运场等吊、运集装箱的主力设备，其使用量相当庞大。

传统的RTG由柴油内燃机拖动交流发电机，向全机的电动和液压系统供电。然而由于发电机对转速恒定的要求，因此不论负荷状况，即在重负荷时，或者轻负荷时，甚至完全怠速运行时，柴油机都要耗油，通过调查研究柴油发电机组的有效负荷率不足40％，且燃油效率很低，排放极重。

2004年开始，业界对RTG提出了“油改电”，即使用电网电力作能源向RTG供电，称为ERTG。ERTG的运行费用降低，排放也有了大幅降低，但是由于ERTG不能回避运行中的转场需要，且仍由柴油维持转场所需动力，故其排放还是不能彻底消除，且这种方式需要庞大的基础设施投资与建造。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于动力电池供能的轮胎式龙门吊动力系统，包括：全机控制系统、易装卸式动力电池柜、DC/DC功率柜、机载公共直流母排、多个变频器以及与所述多个变频器对应的多个交流电动机；

全机控制系统，用于控制龙门吊动力系统中各组件的工作状态；

易装卸式动力电池柜，包括有动力电池，为所述龙门吊动力系统供电；

DC/DC功率柜，一端与所述易装卸式动力电池柜连接，另一端与所述机载公共直流母排连接，通过对所述易装卸式动力电池柜输出的电压完成二次变换，使得所述机载公共直流母排电压保持恒定；

同时，所述DC/DC功率柜将所述龙门吊动力系统作业过程中产生的势能或/和动能进行转换，向所述易装卸式动力电池柜充电储能；

多个变频器，一端均与所述机载公共直流母排连接，另一端分别连接一个交流电动机，用于驱动所述交流电动机工作。

进一步地，还包括智能电池管理系统，与所述易装卸式动力电池柜连接，用于对所述易装卸式动力电池放电的控制。

进一步地，还包括脱机直流充电柜，用于供所述易装卸式动力电池柜充电。

具体地，所述动力电池为锂离子电池组。

优选地，所述锂离子电池组为磷酸铁锂电池组。

进一步地，还包括辅助系统。

进一步地，还包括逆变器，产生三相辅助电源，用于给所述辅助系统供电。

进一步地，所述辅助系统至少为照明系统、空调系统、音响系统、通信系统中的一种。

进一步地，还包括电池柜定位及锁紧机构，用于防止所述易装卸式动力电池柜移位或滑出。

进一步地，其特征在于，还包括电池柜杠杆式装卸机构，用于装卸所述易装卸式动力电池柜。

有益效果：

本发明提供的一种基于动力电池供能的轮胎式龙门吊动力系统，采用的易装卸式动力电池柜(内装有动力电池)可实现整个龙门吊动力系统的零排放且耗能低，DC/DC功率柜由多个准Z源变换功率直流变换模块并联组成，可完成对易装卸式动力电池柜输出的电压二次变换，使得机载公共直流母排电压保持恒定；从而使得变频器稳定地驱动交流电动机工作，同时，可将龙门吊动力系统作业时产生的势能或/和动能进行转换，又为易装卸式动力电池柜反馈电能，从而实现节能，且本发明不需要庞大基础设施，从而降低了投资成本与配电系统扩容投资成本。

附图说明

图1是本发明的原理结构示意图；

图2是本发明的实施例结构图。

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，都属于本发明保护范围。

如图1所示的一种基于动力电池供能的轮胎式龙门吊动力系统，包括机载公共直流母排、易装卸式动力电池柜、全机控制系统、脱机直流充电柜以及与机载公共直流母排连接的DC/DC功率柜、多个变频器、逆变器以及与易装卸式动力电池柜连接的智能电池管理系统。以下对各个元件进行介绍：

全机控制系统，用于控制龙门吊动力系统中各组件的工作状态；具体地，通过接收信号和传送信号控制该龙门吊动力系统中各组件的工作状态，同时持续地检测该龙门吊动力系统中的电压和电流，当该龙门吊动力系统发送故障时，发出报警信号；

易装卸式动力电池柜，与DC/DC功率柜双向连接，包括有动力电池，如动力锂离子电池(优选磷酸铁锂电池组)，其中，锂离子电池能量168KWhr，标称电压560V，电池容量300Ahr，放电终止电压420V，充电终止电压650V，为整个龙门吊动力系统供电；

易装卸式动力电池柜脱机充电，可缩短换电时间，从而提高RTG作业率，且易装卸式动力电池柜的容量取决于负荷，以常规40.5T的RTG为例，电池柜能量可为150KWhr，易装卸式动力电池柜使用锂离子电池供能，可实现移动机械设备完全零排放且耗能低；

DC/DC功率柜由多个准Z源变换功率直流模块并联组成，一端与易装卸式动力电池柜连接，另一端与机载公共直流母排连接，通过对易装卸式动力电池柜输出的电压进行二次变换，使得机载公共直流母排电压保持恒定，其中，准Z源变换功率模块的一次侧电压可在100～500V直流电的范围内变动，从而适应电池柜的正常使用中端电压的变化；

同时，DC/DC功率柜将龙门吊动力系统作业过程中产生的势能或/和动能进行转换，向所述易装卸式动力电池柜充电储能；即可完成电能双向传递的功能，一个方向将易装卸式动力电池柜的电能用于大、小车行走、集装箱起吊，全机辅助设备用电耗能；另一个方向将集装箱起吊后下放产生的势能，大、小车行走制动产生的动能进行转换，向易装卸式动力电池柜反馈电能，从而实现节能；

机载公共直流母排，由全机控制系统与DC/DC功率柜控制保持恒定电压，以确保变频器与逆变器稳定可靠地运行；

多个变频器，一端均与机载公共直流母排连接，另一端分别连接一个交流电动机，在机载公共直流母排提供的恒定电压下，分别驱动对应的交流电动机工作,则整个龙门吊系统作业，包括车辆行驶，货物升降。

逆变器,与机载公共直流母排连接，产生三相辅助电源，供辅助系统如照明系统、空调系统、音响系统、通信系统用电；

智能电池管理系统，与易装卸式动力电池柜连接，以控制易装卸式动力电池柜中的动力电池合理放电过程，并作简易型SOC(电池荷电状态)控制；

脱机直流充电柜，由多个基于准Z源变换功率整流模块(整流功率为15KW)并联组成，与货场、码头等配电系统连接受电，为易装卸式动力电池柜充电，其中，可通过手柄选择准Z源变换功率直流模块的个数来确定充电方式：具体地，稳充时由4个准Z源变换功率整流模块并联组成，充电恒流段电流为90A，充电恒压段电压为650V，充电柜稳充功率为58.5KW；强充时由13个准Z源变换功率整流模块并联组成，此时电流为300A，充电功率为195KW。

图2所示的一种基于动力电池供能的轮胎式龙门吊，可包括机载公共直流母排1、动力与控制柜2、易装卸式动力电池柜3和直流充电柜6，其中，动力与控制柜2包括DC/DC功率柜、变频器、逆变器、全机控制系统和智能电池管理系统，其各部分元件工作原理与上述描述一致，这里不再赘述。

本实施例还包括电池柜杠杆式装卸机构4，由于易装卸式动力电池柜内装有多个动力电池，如动力锂离子电池(优选磷酸铁锂电池组)，其重量大，柜底四角装有滑轮，RTG电池柜平台装有滑轮轨。在需要装卸更替时，即装入充满电的“新”柜和卸下放电完毕的“旧”柜时，通过杠杆式装卸机构，以减轻人力消耗以及重型接插组件的咬入和分离，从而大幅度提高RTG的作业率，易装卸式动力电池柜4可快速装与卸，使得非作业时间短至数分钟级。

进一步地，本实施例还包括电池柜定位及锁紧机构5，由于RTG是宽范围运动的大型机械，在RTG电池柜平台上装于滑轮轨，通过电池柜定位及锁紧机构5来防止RTG运动和作业时发生电池柜移位甚至滑出，倒伏等事故。

以上是对本发明所提供的一种基于动力电池供能的轮胎式龙门吊动力系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。