飞轮电池和化学电池储能应用于港口吊机制动能量再生系统的制作方法

本实用新型涉及制动能量再生技术领域，尤其涉及飞轮电池和化学电池储能应用于港口吊机制动能量再生系统。

背景技术：

近年以来，随着国家海运事业的发展，港口建设的完备性和节能性显得日益重要。港口吊机作为交通运输环节中的高耗能设备，探索其节能技术对港口装卸能耗的控制有着重大的促进作用。

目前港口吊机常见的节能措施有变频改造、应用高效电机，举升高度限位，利用电池、超级电容储存制动能，利用ape电能回馈电网等，上述方法中前三种节能效果通常小于10％，多数港口已经应用；而后2种存在使用寿命和能源流向问题，未能广泛推广。现有技术无法实现兼顾可靠性、寿命、环保性等优点共存的吊机节能设备。

技术实现要素：

变频改造、应用高效电机、举升高度限位，利用电池、超级电容储存制动能，利用ape电能回馈电网以上措施无法实现兼顾可靠性、寿命、环保性等优点共存的吊机节能设备，本实用新型公开了飞轮电池和化学电池储能应用于港口吊机制动能量再生系统，起重机变频器直流母线、飞轮电池控制单元、化学电池控制单元以及主控制系统；

所述主控制系统一端与所述起重机变频器直流母线连接；

所述主控制系统另一端与所述飞轮电池控制单元一端和所述化学电池控制单元一端相连接；

所述飞轮电池控制单元另一端和所述化学电池控制单元另一端与所述起重机变频器直流母线相连接；

所述飞轮电池控制单元包括控制器c、ac滤波器、ac/dc/ac双向变流器a和飞轮电池，所述ac滤波器一端通过三相交流电与所述起重机变频器直流母线相连接，所述ac滤波器另一端与ac/dc/ac双向变流器a一端相连接，所述ac/dc/ac双向变流器a另一端与飞轮电池相连接，通过所述控制器c与ac/dc/ac双向变流器a和飞轮电池相连接；

所述飞轮电池包括电机主轴、电池外壳、电机定子、电机转子、蓄能飞轮、磁悬浮轴承、磁定子和真空泵。所述电机定子通过三相交流电与ac/dc/ac双向变流器a相连接，所述飞轮电池在电机主轴端有转速反馈装置与控制器c相连接；

所述化学电池控制单元包括控制器d、ac/dc/ac双向变流器b和化学电池，所述ac/dc/ac双向变流器b一端通过三相交流电与起重机变频器直流母线相连接，所述ac/dc/ac双向变流器b另一端与化学电池相连接，所述控制器d与ac/dc/ac双向变流器b和化学电池相连接；

所述主控制系统与控制器c和控制器d通过控制电路相连接。

进一步地：所述飞轮电池还包括电池外壳、电机转子、蓄能飞轮、磁悬浮轴承、磁定子和真空泵，所述电机主轴与所述电机转子、所述蓄能飞轮和所述磁悬浮轴承相连接，所述磁定子固定在所述电池外壳的内壁上，所述真空泵与所述电池外壳相连接。

进一步地：所述飞轮电池包括选用高压飞轮电池，所述高压飞轮电池电压范围220v-10kv。

进一步地：所述化学电池包括磷酸铁锂电池组、三元锂电池组和镍氢电池组。

由于采用了上述技术方案，本实用新型提供的飞轮电池和化学电池储能应用于港口吊机制动能量再生系统，运用飞轮电池储能技术，将一部分多余的电能储存在飞轮电池中，在吊机需求电能时再将电能补充到起重机变频器直流母线上，从而将制动能量的回收再利用，起到调频作用，同时利用化学电池的能量密度大的特点储存更多的电能作为起吊过程的能量补充，该系统兼顾可靠性、寿命、环保性等优点，实现了电能的可逆存放，提高了制动能量的利用率，节约了能源，并运用控制系统使整个过程实现上网的智能控制，不仅节约了维护成本，更提高了控制精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型中公开的系统的结构示意图；

图2为本实用新型飞轮电池控制单元的结构示意图；

图3为本实用新型化学电池控制单元的结构示意图；

图4为本实用新型飞轮电池的结构示意图。

图中：3、主控制系统，10、控制器c，11、ac滤波器，12、ac/dc/ac双向变流器a，13、飞轮电池，14、起重机变频器直流母线，15、控制器d，16、ac/dc/ac双向变流器，17、化学电池，20、飞轮电池控制单元，21、化学电池控制单元，30、电机主轴，31、电池外壳，32、电机定子，33、电机转子，34、蓄能飞轮，35、磁悬浮轴承，36、磁定子，37、真空泵。

具体实施方式

为使本实用新型的技术方案和优点更加清楚，下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

如图1所示的飞轮电池和化学电池储能应用于港口吊机制动能量再生系统，具体该系统包括起飞轮电池控制单元20、化学电池控制单元21、重机变频器直流母线14和用于监控起重机工作状态并控制飞轮电池控制单元20和化学电池控制单元的主控制系统3；

所述起重机变频器直流母线14将控制信号传递给所述主控制系统3，所述主控制系统3将接收所述起重机变频器直流母线14的信号传递给飞轮电池控制单元20和化学电池控制单元21。其中重机变频器直流母线14反馈存放能量和调频指令给主控制系统3，所述主控制系统3分别控制飞轮电池控制单元20和化学电池控制单元21充放电。

图2为本实用新型飞轮电池控制单元的结构示意图，所述飞轮电池控制单元20包括控制器c10、ac滤波器11、ac/dc/ac双向变流器a12和飞轮电池13，所述控制器c10控制ac/dc/ac双向变流器a12，使电能通过ac滤波器11过滤杂波后经过ac/dc/ac双向变流器a12实现由三相电转化成单相电再转化为与飞轮电池13反馈给控制器c10频率相同的三相电，将电能储存起来，此过程为可逆过程，可以实现随时快速充放电。其特点包括快速充放电、能源变化为可逆过程、充放电通过控制系统实现、随时根据吊机的升降变化做出调整，实现制动能量存放和调频目的。

图3为本实用新型化学电池控制单元的结构示意图，所述化学电池控制单元21包括控制器d15、ac/dc/ac双向变流器b16和化学电池17，所述控制器d15控制ac/dc/ac双向变流器b16，将电能储存起来，此过程为可逆过程，根据吊机升降变化存放电能，实现大能量存放，所述ac/dc/ac双向变流器b16一端通过三相交流电与起重机变频器直流母线14相连接，所述ac/dc/ac双向变流器b16另一端与化学电池17相连接，所述控制器d15与ac/dc/ac双向变流器b16和化学电池17相连接。

图4为本实用新型飞轮电池的结构示意图，所述飞轮电池13包括电机主轴30、电池外壳31、电机定子32、电机转子33、蓄能飞轮34、磁悬浮轴承35、磁定子36和真空泵37。所述电机定子32通过三相交流电与ac/dc/ac双向变流器a12相连接，所述飞轮电池13在电机主轴30端有转速反馈装置与控制器c10相连接，所述电机主轴30与所述电机转子33、所述蓄能飞轮34和所述磁悬浮轴承35相连接，所述磁定子36固定在所述电池外壳31的内壁上，所述真空泵37与所述电池外壳31相连接。

进一步地，所述飞轮电池13包括选用高压飞轮电池，所述高压飞轮电池电压范围220v-10kv；

进一步地，所述化学电池17包括磷酸铁锂电池组、三元锂电池组和镍氢电池组。

该系统的工作状态下：当起升电机带负载上升时，主控制系统3控制飞轮电池控制单元20和化学电池控制单元21释放电能，起重机变频器直流母线14电压上升；当起升电机制动时，主控制系统3控制飞轮电池控制单元20和化学电池控制单元21吸收电能，起重机变频器直流母线14电压的下降，实现吊机制动能量的回收再利用过程；

进一步的，主控制系统3接到吊机升降和调频指令，通过对飞轮电池控制单元20和化学电池控制单元21的调控将制动产生的电能储存起来，在吊机提升过程时释放出来，达到制动能量回收利用的目的，同时飞轮电池13的快速充放电可实现调频功能，利用化学电池17的能量密度大的特点储存更多的电能提高制动能量利用率。通过上述技术方案本实用新型公开的系统将飞轮电池单元实现智能控制，实现了吊机升降的能量存放和调频功能，显著提升吊机制动能利用率，并节约了能源，实现了良好的经济效益。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。