CN105196881B - 集装箱跨运车的电能切换系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集装箱跨运车的电能切换系统和方法。系统包括车辆管理系统、受电弓系统、电池动力系统、车用驱动器单元、电网、中控系统和定位系统，受电弓系统、电池动力系统和车用驱动器单元设置在集装箱跨运车上，其中：电网设置在集装箱跨运车的可充电工作区域内；受电弓系统与电池动力系统和车用驱动器单元连接；定位系统能获取集装箱跨运车的位置信息，并发送到中控系统。本发明的集装箱跨运车的电能切换系统和方法可以在集装箱跨运车在进入和离开电网时，根据车辆位置信息和电池电量，在几个不同情况下对集装箱跨运车进行电能切换。

Description

集装箱跨运车的电能切换系统和方法

技术领域

本发明涉及一种集装箱跨运车，尤其是涉及一种集装箱跨运车的电能切换系统。

背景技术

随着电池技术的日益成熟以及各国对环境保护的因素考虑越来越多，以纯电池组为动力的装卸设备越来越多的被用在集装箱码头领域。与传统柴油机组的设备相比，这种新型设备因为使用了电池技术，这使得对一些再生能源的储存和再利用成为了可能。

但是电池使用也存在一定的弊端，即续航能力和作业效率的矛盾。为此对于码头作业流程分解后，寻求合适的充电时机，配合适当的电池容量，以此实现设备续航能力和作业效率最佳配合，这一课题也越来越多的被各大码头和设备供应商所重视。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种集装箱跨运车的电能切换系统。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是一种集装箱跨运车的电能切换系统，包括车辆管理系统、受电弓系统、电池动力系统、车用驱动器单元、电网、中控系统和定位系统，该受电弓系统、该电池动力系统和该车用驱动器单元设置在该集装箱跨运车上，其中：

该电网设置在该集装箱跨运车的可充电工作区域内；

该受电弓系统与该电池动力系统和该车用驱动器单元连接；

该定位系统能获取该集装箱跨运车的位置信息，并发送到该中控系统；

该电池动力系统和该车辆管理系统连接，实时监测电池电量状态，并报告该车辆管理系统；

该车用驱动器单元连接该受电弓系统和该电池动力系统，该车用驱动器单元分别或者同时受该电网和该电池动力系统驱动；

该中控系统通过该车辆管理系统对该集装箱跨运车进行任务调度；

该车辆管理系统连接该中控系统、该受电弓系统、该电池动力系统和该车用驱动器单元，该车辆管理系统根据该中控系统的该集装箱跨运车的位置信息和该电池动力系统的电池电量，决定该集装箱跨运车的电能切换方式，其中：

该集装箱跨运车进入该可充电工作区域内，该受电弓系统与该电网连接，当该电池电量小于或等于该第一阈值时，该电网对该电池动力系统充电，且向该车用驱动器单元提供动力；

该集装箱跨运车进入该可充电工作区域内，该受电弓系统与该电网连接，当该电池电量大于或等于该第二阈值时，该电网停止对该电池动力系统充电，该电网向该车用驱动器单元提供动力；

该集装箱跨运车准备离开该可充电工作区域内，该电网和该电池动力系统共同对该车用驱动器单元提供动力；

该集装箱跨运车离开该可充电工作区域内，该受电弓系统与该电网断开，该电池动力系统对该车用驱动器单元提供动力。

在本发明的一实施例中，该可充电工作区域设置在堆场之间或设置在堆场和岸桥下方工作区之间的集装箱跨运车的能直线行驶的区域。

在本发明的一实施例中，还包括直流至直流整流器，连接在该受电弓系统、该电池动力系统和该车用驱动器单元，该直流至直流整流器将该电网提供的直流电转换为该电池动力系统的电能，将电网提供的直流电转换为驱动该车用驱动器单元的直流电，该直流至直流整流器还能将该电池动力系统的直流电转换为驱动该车用驱动器单元的直流电。

在本发明的一实施例中，该电池动力系统包括电池组和连接该电池组的电池管理器，该电池管理器连接该车辆管理系统，该电池管理器实时监测该电池组的电池电量，并报告该车辆管理系统。

在本发明的一实施例中，该定位系统包括车辆定位装置，该车辆定位装置设置在该集装箱跨运车上。

在本发明的一实施例中，该车辆管理系统包括无线系统和车用控制器，该无线系统以无线方式连接该中控系统，该车用控制器连接该受电弓系统、该电池动力系统和该车用驱动器单元。

在本发明的一实施例中，还包括机械制动控制单元和制动踏板，该车辆管理系统根据该制动踏板的制动信号指示该机械制动控制单元进行制动。

在本发明的一实施例中，在该集装箱跨运车进行制动时，该车辆管理系统指示该车用驱动器单元将制动能转换为电能以对该电池动力系统充电。

本发明还提出一种集装箱跨运车的电能切换方法，包括以下步骤：

第一步，通过定位系统获得集装箱跨运车的位置信息，通过电池动力系统获得电池电量；

从第二步开始根据集装箱跨运车的位置信息和电池动力系统的电池电量，决定电池动力系统的电能切换方式；

第二步，判断集装箱跨运车是否进入可充电工作区域内，如结果为否，转到第一步；

第三步，车辆管理系统指示受电弓系统与电网连接；

第四步，判断电池电量是否小于或等于第一阈值，如结果为否，转到第六步；

第五步，电网对电池动力系统的电池组进行充电，且向车用驱动器单元提供动力；

第六步，判断电池电量大于或等于第二阈值，如结果为否，转到第八步；

第七步，电网停止对电池动力系统充电，电网向车用驱动器单元提供动力；

第八步，判断集装箱跨运车是否准备离开可充电工作区域，如结果为否，转到第四步；

第九步，电网和电池动力系统共同对车用驱动器单元提供动力；

第十步，受电弓系统与电网断开，由电池动力系统对车用驱动器单元提供动力，集装箱跨运车驶出可充电工作区域。

在本发明的一实施例中，还包括直流至直流整流器，连接在该受电弓系统、该电池动力系统和该车用驱动器单元之间；在第五步中，当该电网对该电池动力系统的电池组进行充电时，该直流至直流整流器将该电网提供的直流电转换为该电池动力系统的电能，将电网提供的直流电转换为驱动该车用驱动器单元的直流电；在其余步骤中，当该车用驱动器单元需要该电池动力系统驱动时，该直流至直流整流器将该电池动力系统的直流电转换为驱动该车用驱动器单元的直流电。

本发明的集装箱跨运车的电能切换系统和电能切换方法可以使集装箱跨运车在实行自动化作业时，由中控系统提供集装箱跨运车的位置信息，由车辆控制系统根据位置信息确定受电弓系统与电网的连接及脱离动作，并根据电池动力系统的电池电量情况选择是否充电，受电弓系统脱离前的电池供电切换等功能。整个流程能保证在集装箱跨运车脱离供电网的情况下即能完成对应的任务，而且在电网中又有足够的时间给电池动力系统充电。这样可以减小单机电池的容量配置，最终不但可以实现无污染排放的要求，也提高了电池组的寿命。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1示出本发明一实施例的集装箱跨运车的电能切换系统图。

图2示出本发明一实施例的码头布局示意图(一)。

图3示出本发明一实施例的码头布局示意图(二)。

图4示出本发明一实施例的码头布局示意图(三)。

图5示出本发明一实施例的集装箱跨运车的充电示意图。

图6示出本发明一实施例的系统控制流程图。

具体实施方式

图1示出本发明一实施例的集装箱跨运车的电能切换系统图。参考图1所示，本实施例的集装箱跨运车的电力切换系统100包括车辆管理系统110、受电弓系统120、电池动力系统130、车用驱动器单元140、电网150、中控系统160和定位系统170。这些部件同时作为电能切换系统100的一部分参与电能切换过程。其中，受电弓系统120、电池动力系统130和车用驱动器单元140设置在集装箱跨运车上。

受电弓系统120与电池动力系统130和车用驱动器单元140连接。当集装箱跨运车进入可充电工作区域内，受电弓系统120与电网150连接，集装箱跨运车由电网150供电。当集装箱跨运车离开可充电工作区域内，受电弓系统120与电网150脱离，切断电网150对集装箱跨运车供电。

车用驱动器单元140连接受电弓系统120和电池动力系统130，车用驱动器单元140分别或者同时受电网150和电池动力系统130驱动，完成码头上的各项工作任务。车用驱动器单元140包括车用驱动器141、电动机142和减速箱143，经电动机142进而驱动减速箱143以带动集装箱跨运车的车轮转动。车用驱动器单元140还可包括液压马达144和其它设备145。

定位系统170能获取集装箱跨运车的位置信息，并发送到中控系统160。中控系统160根据定位系统170获取的集装箱跨运车的位置信息，并通过车辆管理系统110对集装箱跨运车进行任务调度。

车辆管理系统110可以通过总线连接中控系统160、受电弓系统120、电池动力系统130和车用驱动器单元140，以交换数据信息和控制信息。车辆管理系统110根据中控系统160的集装箱跨运车的位置信息和电池动力系统130的电池电量，决定集装箱跨运车的电能切换方式，其中：

集装箱跨运车进入可充电工作区域内，受电弓系统120与电网150连接，当电池电量小于或等于第一阈值S1时，电网150对电池动力系统130充电，且向车用驱动器单元140提供动力。

集装箱跨运车进入可充电工作区域内，受电弓系统120与电网150连接，当电池电量大于或等于第二阈值S2时，电网150停止对电池动力系统130充电，电网150向车用驱动器单元140提供动力。

集装箱跨运车准备离开可充电工作区域内，电网150和电池动力系统130共同对车用驱动器单元140提供动力。

集装箱跨运车离开可充电工作区域内，受电弓系统120与电网150断开，电池动力系统130对车用驱动器单元140提供动力。

本实施例的电能切换系统的集装箱跨运车由全电驱动，不使用柴油机发电设备，无污染排放，有利于环保；在可充电工作区域内采用电网150供电，这种类型的集装箱跨运车使用的电池容量较小，相对成本较低，且具有充电时间保障，续航能力强，电池的使用寿命长。

如图1所示，集装箱跨运车的电能切换系统还包括直流至直流(DC-DC)整流器180，连接在受电弓系统120、电池动力系统130和车用驱动器单元140之间。当集装箱跨运车进入可充电工作区域内，且当电池电量小于或等于第一阈值时，直流至直流(DC-DC)整流器180充当充电机的作用，将电网150提供的直流电转换为电池动力系统130所需的电能。当集装箱跨运车准备离开或离开可充电工作区域，直流至直流(DC-DC)整流器将电池动力系统130的电能转换为驱动车用驱动器单元140的电能。同时直流至直流(DC-DC)整流器180还能对电池动力系统130的充电功率和放电功率做保护，对电池动力系统130具有很好的保护作用。

电池动力系统130包括电池组131和连接电池组131的电池管理器132，电池管理器132连接车辆管理系统110。电池管理器132实时监测电池组131的电池电量，并报告车辆管理系统110。电池动力系统130通过受电弓系统120，经直流至直流(DC-DC)整流器180将电网150电能充入电池组131。在脱离电网150的模式下，电池组131经直流至直流(DC-DC)整流器180向车用驱动器单元140提供电力。

定位系统170包括车辆定位装置171，车辆定位装置171设置在集装箱跨运车上。车辆定位装置171可以将集装箱跨运车所在位置信息以无线方式发送到定位系统170，由定位系统170将车辆的位置信息发送到中控系统160。

车辆管理系统110包括无线系统111和车用控制器112。无线系统111以无线方式连接中控系统160，车用控制器110连接受电弓系统120、电池动力系统130和车用驱动器单元140。车辆管理系统110还包括分布模块113，分布模块113与车用控制器112连接。

集装箱跨运车的电能切换系统100还包括机械制动控制单元192和制动踏板194。分布模块113可以采集制动踏板194的制动信号并根据车用控制器的指令来指示机械制动控制单元192进行制动。在集装箱跨运车进行制动时，车辆管理系统110指示车用驱动单元140将制动能转换为电能并通过母排把这些电能充进电池动力系统130的电池组131中储存，进一步提高电池组131续航能力。

电网150设置在集装箱跨运车的可充电工作区域内。在对集装箱跨运车的码头作业分析之后发现，通常码头作业时，集装箱跨运车在堆场之间，或堆场和岸桥下方工作区之间有一段直线行驶区域，该行驶区域可以作为可充电工作区域，相应铺设电网150。即在该可充电工作区域内，两侧设立立柱，其上架设供电电缆，集装箱跨运车在供电电缆下方运行时，由电网150供电。理论上立柱间的距离不小于25米，以方便集装箱跨运车转弯穿越。

图2示出本发明一实施例的码头布局示意图(一)。图3示出本发明一实施例的码头布局示意图(二)。参考图2所示，是一种堆场平行于码头的布局。在该码头布局中主车道210、210’分为纵向和横向两个主车道210、210’，纵向的主车道210在多个堆场交换区210之间，横向的主车道210’在堆场交换区220和岸桥下方作业区230之间，由于集装箱跨运车在这两个主车道210、210’上各有一段直线行驶区域，因此能够作为可充电工作区域铺设电网。集装箱跨运车在电网区域内运行，由电网供电。在两主车道210、210’间有车道过渡区域(图未示)，在该车道过渡区域内、堆场交换区220内和岸桥下方作业区230内，集装箱跨运车离开电网区域，则由电池动力系统130单独供电。

参考图3所示，是一种堆场垂直于码头的布局。在该码头布局中主车道210仅有一个，为横向的主车道210，设置在堆场交换区220和岸桥下方作业区230之间。由于集装箱跨运车在这个主车道210上有一段直线行驶区域，该直线行驶区域能够作为可充电工作区域铺设电网。集装箱跨运车在电网区域内运行，由电网供电。在堆场交换区内220和岸桥下方作业区230内，集装箱跨运车离开电网区域，由电池动力系统130供电。

图4示出本发明一实施例的码头布局示意图(三)。参考图4所示，左侧是岸桥下方作业区230，最右侧的堆场区和集装箱跨运车240之间是堆场交换区220。主车道210设置在堆场交换区220和岸桥下方作业区230之间。集装箱跨运车240在主车道210上有一段直线行驶区域，这里能够作为可充电工作区域铺设电网150。如图示，在堆场交换区和岸桥下方作业区的各侧设立电网150的立柱151，在立柱151上架设供电电缆152。当集装箱跨运车240在供电电缆152下方运行时，通过受电弓系统120连接供电电缆152，当集装箱跨运车240进入堆场交换区220或岸桥下方作业区230内时，受电弓系统120和电网150脱离。

图5示出本发明一实施例的集装箱跨运车的充电示意图。电网150的立柱151设置在两侧，在立柱151之间上架设供电电缆152。受电弓系统120设置在集装箱跨运车240上。受电弓系统120具有升降装置，受电弓系统120接收车辆管理系统110的指令控制升降装置升降，从而让设置在顶部的受电弓实现与电网150的连接与脱离。当集装箱跨运车240进入到供电电缆152下方时，受电弓上升与供电电缆152连接，当集装箱跨运车240驶出供电电缆152下方，受电弓下降和供电电缆152脱离。

本发明还提供了一种集装箱跨运车的电能切换方法。图6示出本发明一实施例的系统控制流程图。电能切换方法包括以下步骤：

在步骤601，通过定位系统获得集装箱跨运车的位置信息，通过电池动力系统获得电池电量；

从步骤602开始根据集装箱跨运车的位置信息和电池动力系统的电池电量，决定电池动力系统的电能切换方式；

步骤602，判断集装箱跨运车是否进入可充电工作区域内，如结果为是则进入下一步；如结果为否，转到步骤601；

步骤603，车辆管理系统指示受电弓系统与电网连接；

步骤604，判断电池电量是否小于或等于第一阈值S1(即判断电池动力系统是否需要充电)，如果结果为是，则进入下一步；如结果为否，转到步骤606；

步骤605，电网对电池动力系统的电池组进行充电，且向车用驱动器单元提供动力；

步骤606，判断电池电量大于或等于第二阈值S2(即判断电池动力系统是否已经充满)，如结果为是，进入下一步；如结果为否，转到步骤608；

步骤607，电网停止对电池动力系统充电，电网向车用驱动器单元提供动力；

步骤608，判断集装箱跨运车是否准备离开可充电工作区域，如结果为是，则进入下一步；如结果为否，转到步骤604；

步骤609，电网150和电池动力系统130共同对车用驱动器单元提供动力；

步骤610，受电弓系统与电网断开，由电池动力系统对车用驱动器单元提供动力。

通过集装箱跨运车的电能切换方法，可以让由全电驱动的集装箱跨运车可以稳定的工作在电网区域和其它非电网区域。其中步骤609是一个过渡步骤，避免车用驱动器单元由电网供电直接切换到电池动力系统供电，使得整个电能切换系统运行更稳定。

集装箱跨运车的电能切换方法还包括使用直流至直流(DC-DC)整流器，连接在受电弓系统、电池动力系统和车用驱动器单元之间。当集装箱跨运车进入可充电工作区域内，且当电池电量小于或等于第一阈值S1时，直流至直流(DC-DC)整流器将电网提供的直流电转换为电池动力系统所需的直流电。当集装箱跨运车准备离开或离开可充电工作区域，直流至直流(DC-DC)整流器将电池动力系统的电能转换为驱动车用驱动器单元的电能。同时直流至直流(DC-DC)整流器还能对电池动力系统的充电功率和放电功率做保护，对电池动力系统具有很好的保护作用。

集装箱跨运车的电能切换方法中的电池动力系统包括电池组和连接电池组的电池管理器，电池管理器连接车辆管理系统。电池动力系统通过受电弓系统，经直流至直流(DC-DC)整流器将电网电能充入电池组。在脱离电网的模式下，电池组经直流至直流(DC-DC)整流器向车用驱动器单元提供电力。

本发明的上述实施例的集装箱跨运车的电能切换系统和方法可以在集装箱跨运车在进入和离开电网时，根据车辆位置信息和电池电量，在几个不同情况下对集装箱跨运车进行电能切换。这一系统及其方法无需柴油机发电设备，集装箱跨运车由全电驱动，从而无污染排放，利于环保；在可充电工作区域内采用电网供电，集装箱跨运车能够使用的较小的电池容量，相对传统车辆而言成本较低，且具有充电时间保障，续航能力强，电池的使用寿命长等多个优点。

虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种集装箱跨运车的电能切换系统，包括车辆管理系统、受电弓系统、电池动力系统、车用驱动器单元、电网、中控系统和定位系统，该受电弓系统、该电池动力系统和该车用驱动器单元设置在该集装箱跨运车上，其中：

该电网设置在该集装箱跨运车的可充电工作区域内；

该受电弓系统与该电池动力系统和该车用驱动器单元连接；

该定位系统能获取该集装箱跨运车的位置信息，并发送到该中控系统；

该电池动力系统和该车辆管理系统连接，实时监测电池电量状态，并报告该车辆管理系统；

该车用驱动器单元连接该受电弓系统和该电池动力系统，该车用驱动器单元分别或者同时受该电网和该电池动力系统驱动；

该中控系统通过该车辆管理系统对该集装箱跨运车进行任务调度；

该车辆管理系统连接该中控系统、该受电弓系统、该电池动力系统和该车用驱动器单元，该车辆管理系统根据该中控系统的该集装箱跨运车的位置信息和该电池动力系统的电池电量，决定该集装箱跨运车的电能切换方式，其中：

该集装箱跨运车进入该可充电工作区域内，该受电弓系统与该电网连接，当该电池电量小于或等于第一阈值时，该电网对该电池动力系统充电，且向该车用驱动器单元提供动力；

该集装箱跨运车进入该可充电工作区域内，该受电弓系统与该电网连接，当该电池电量大于或等于第二阈值时，该电网停止对该电池动力系统充电，该电网向该车用驱动器单元提供动力；

该集装箱跨运车准备离开该可充电工作区域内，该电网和该电池动力系统共同对该车用驱动器单元提供动力；

该集装箱跨运车离开该可充电工作区域内，该受电弓系统与该电网断开，该电池动力系统对该车用驱动器单元提供动力。

2.如权利要求1所述的集装箱跨运车的电能切换系统，其特征在于，该可充电工作区域设置在堆场之间或设置在堆场和岸桥下方工作区之间的集装箱跨运车的能直线行驶的区域。

3.如权利要求1所述的集装箱跨运车的电能切换系统，其特征在于，还包括直流至直流整流器，连接该受电弓系统、该电池动力系统和该车用驱动器单元，该直流至直流整流器将该电网提供的直流电转换为该电池动力系统的电能，将电网提供的直流电转换为驱动该车用驱动器单元的直流电，该直流至直流整流器还能将该电池动力系统的直流电转换为驱动该车用驱动器单元的直流电。

4.如权利要求1所述的集装箱跨运车的电能切换系统，其特征在于，该电池动力系统包括电池组和连接该电池组的电池管理器，该电池管理器连接该车辆管理系统，该电池管理器实时监测该电池组的电池电量，并报告该车辆管理系统。

5.如权利要求1所述的集装箱跨运车的电能切换系统，其特征在于，该定位系统包括车辆定位装置，该车辆定位装置设置在该集装箱跨运车上。

6.如权利要求1所述的集装箱跨运车的电能切换系统，其特征在于，该车辆管理系统包括无线系统和车用控制器，该无线系统以无线方式连接该中控系统，该车用控制器连接该受电弓系统、该电池动力系统和该车用驱动器单元。

7.如权利要求1所述的集装箱跨运车的电能切换系统，其特征在于，还包括机械制动控制单元和制动踏板，该车辆管理系统根据该制动踏板的制动信号指示该机械制动控制单元进行制动。

8.如权利要求7所述的集装箱跨运车的电能切换系统，其特征在于，在该集装箱跨运车进行制动时，该车辆管理系统指示该车用驱动器单元将制动能转换为电能以对该电池动力系统充电。

9.一种集装箱跨运车的电能切换方法，适用于如权利要求1所述的集装箱跨运车的电能切换系统，该方法包括以下步骤：

第一步，通过该定位系统获得该集装箱跨运车的位置信息，通过该电池动力系统获得电池电量；

从第二步开始根据该集装箱跨运车的位置信息和该电池动力系统的电池电量，决定该电池动力系统的电能切换方式；

第二步，判断该集装箱跨运车是否进入可充电工作区域内，如结果为否，转到第一步；

第三步，该车辆管理系统指示该受电弓系统与该电网连接；

第四步，判断电池电量是否小于或等于第一阈值，如结果为否，转到第六步；

第五步，该电网对该电池动力系统的电池组进行充电，且向车用驱动器单元提供动力；

第六步，判断电池电量大于或等于第二阈值，如结果为否，转到第八步；

第七步，该电网停止对该电池动力系统充电，该电网向该车用驱动器单元提供动力；

第八步，判断该集装箱跨运车是否准备离开该可充电工作区域，如结果为否，转到第四步；

第九步，该电网和该电池动力系统共同对该车用驱动器单元提供动力；

第十步，该受电弓系统与该电网断开，由该电池动力系统对该车用驱动器单元提供动力，该集装箱跨运车驶出该可充电工作区域。

10.如权利要求9所述的一种集装箱跨运车的电能切换方法，其特征在于，还包括直流至直流整流器，连接在该受电弓系统、该电池动力系统和该车用驱动器单元之间；

在第五步中，当该电网对该电池动力系统的电池组进行充电时，该直流至直流整流器将该电网提供的直流电转换为该电池动力系统的电能，将电网提供的直流电转换为驱动该车用驱动器单元的直流电；

在其余步骤中，当该车用驱动器单元需要该电池动力系统驱动时，该直流至直流整流器将该电池动力系统的直流电转换为驱动该车用驱动器单元的直流电。