CN112865274A - 一种燃料电池-锂电池驱动的龙门吊电路结构及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池‑锂电池驱动的龙门吊电路结构及控制方法。龙门吊电路主要由燃料电池供电电路、超级电容供电电路、锂电池供电电路、直流母线电路、负载电路以及其他辅件电路组成，通过母线电路将燃料电池电路、超级电容电路、锂电池供电与负载电路连接起来，电路内部包括各种电流、电压传感器、直流变换器、熔断器、继电器、能量管理控制器等。在传统龙门吊电路的基础上增加了燃料电池、超级电容、锂电池供电电路，有效利用了燃料电池效率高且清洁无污染的特点；利用了超级电容高功率密度的特性，解决龙门吊提升重物的瞬间出现供电不足的问题，并且高效回收了重释放时的制动能量。

Description

一种燃料电池-锂电池驱动的龙门吊电路结构及控制方法
技术领域
本发明属于龙门吊电路系统领域，特别涉及一种龙门吊用的由燃料电池和超级电容、锂电池组成的多能量源电路充放电电路结构及控制方法。
背景技术
港口是海上运输网络的综合枢纽，在整个国际货物运输业务中占有十分重要的地位，是货物装卸和运输工具交换的场所。近20年来，中国港口发展举世瞩目，随着沿海主要港口的货运量从1994年的7.43亿吨飙升至76.96亿吨，近年来，中国沿海港口货物吞吐量保持了两位数的增长，预计中长期来看，这一增长速度将保持强劲。尽管港口业对区域经济增长有贡献，但它需要大量的能源消耗，并且是全球气候变化和公共卫生排放的来源。根据中国运输行业标准，每百万吨货物吞吐量的能耗为360吨标准煤当量。2014年的货物装卸能耗比1994年增长了约9倍，这些污染物已成为我国环境能源消费的重要来源之一。由于柴油发电机被广泛用作其动力源，港口起重机(龙门吊)是港口地区和更广泛港口地区能源和环境问题的推动者，为了减少其不利影响，采用能量再生技术的混合动力或多台电动起重机正在考虑取代传统的起重机系统。
根据能量守恒原理，起重机在提升或加速集装箱时，将燃料或电能转化为动能和重力势能；当提升或制动集装箱时，如果系统能够回收或提供一定的储能，则可以将大量能量反馈给系统。传统上，反馈能量被电阻消耗，并作为热量浪费。电网供电的龙门吊配有一个连接到电网终端的电缆盘，是一种再生能量回收的解决方案。与传统龙门吊相比，它可将油耗和排放量降低约90％。虽然该方案在能源消耗和排放方面有了显著改善，但仍需要进行大规模的港口改造。电网供电的龙门吊也带来了一些问题，包括对电网的影响，特别是龙门吊的移动性差。
龙门吊在提升集装箱的瞬间需求功率最大，释放集装箱短时间内需要回收大量制动能量。采用燃料电池、超级电容和锂电池的多电源能源结构方案可以较好的利用超级电容能瞬间提供较大能量的优点来解决上述难题，并且回收制动时的重力势能。但是这种电路相较于传统龙门吊电路更加复杂混乱，因此急需设计一种安全可靠的可满足龙门吊的能量需求又能便于维修的龙门吊高压电路，并且该电路能够按照能量需求来协调多电源的能量输出，而现阶段并没有一种合适的电路可以满足以上需求。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提出一种电路结构简单、实用、有效的龙门吊电路系统及控制方法。
本发明的技术方案为：一种燃料电池-锂电池驱动的龙门吊电路结构，包括：燃料电池供电电路，超级电容供电电路，锂电池供电电路，直流母线电路，负载电路，能量管理控制器；所述燃料电池供电电路，超级电容供电电路，锂电池供电电路，负载电路均并联接入直流母线电路；
所述能量管理控制器，用于控制燃料电池供电电路输出、超级电容供电电路和锂电池供电电路的输入输出，满足负载电路的电流需求；所述直流母线电路，用于吸收燃料电池电路电能、吸收或者反馈超级电容/锂电池电能、吸收或者反馈负载电路电能。
进一步，所述燃料电池供电电路包括燃料电池发动机、熔断器1、继电器DK1、绝缘检测仪K1、电流传感器1、电压传感器1以及直流变换器1；所述燃料电池发动机负极连接熔断器1，燃料电池接口正极连接继电器DK1后串联电流传感器1后接入直流变换器1正极输入端；直流变换器1的正负输出端接入母线电路；所述绝缘检测仪K1与电压传感器1并联接入燃料电池供电电路；所述电流传感器1、电压传感器1分别用于实时测量燃料电池供电电路电流、电压并将测量数值通过CAN网络传递给能量管理控制器；所述绝缘检测仪K1用于检测电路是否发生短路，若发生短路，将短路信号通过CAN网络传递给能量管理控制器，能量管理控制器通过CAN网络发送控制信息给全部继电器控制其断开电路连接。
进一步，所述超级电容供电电路包括超级电容、第一预充回路、熔断器2、继电器DK2、绝缘检测仪K2、电流传感器2、电压传感器2以及直流变换器 2；所述第一预充回路由DK3串联电阻预充R1后并联DK4构成，用于给后端负载内部的电容元件进行预充，防止电路直接导通烧毁电容元件；所述超级电容负极连接熔断器2，熔断器2串联第一预充回路后接入直流变换器2负极输入端，超级电容接口正极连接继电器DK2后串联电流传感器2后接入直流变换器2正极输入端；直流变换器2的正负输出端接入母线电路；所述绝缘检测仪2与电压传感器2并联接入超级电容供电电路；所述电流传感器2、电压传感器2分别用于实时测量超级电容供电电路电流、电压并将测量数值通过 CAN通讯反馈给能量管理控制器；所述绝缘检测仪K2用于检测电路是否发生短路，若发生短路，将短路信号通过CAN网络传递给能量管理控制器，能量管理控制器通过CAN网络发送控制信息给全部继电器控制其断开电路连接。
进一步，所述锂电池供电电路包括锂电池、熔断器3、继电器DK5、绝缘检测仪K3、电流传感器3、电压传感器3以及直流变换器3；所述锂电池负极连接熔断器3，然后接入直流变换器3负极输入端，锂电池正极连接继电器 DK5后串联电流传感器3后接入直流变换器3正极输入端；直流变换器3的正负输出端接入母线电路；所述绝缘检测仪K3与电压传感器3并联接入燃料电池供电电路；所述电流传感器3、电压传感器3分别用于实时测量锂电池供电电路电流、电压并将测量数值通过CAN网络传递给能量管理控制器；所述绝缘检测仪K3用于检测电路是否发生短路，若发生短路，将短路信号通过 CAN网络传递给能量管理控制器，能量管理控制器通。过CAN网络发送控制信息给全部继电器控制其断开电路连接。
进一步，所述负载电路包括：逆变器1/2/3/4/5，起重电机、龙门电机1/2/3/4，小车电机；所述逆变器1将直流母线电路的高压直流电转换为三相电给起重电机和龙门电机1使用；所述逆变器2/3/4将直流母线电路的高压直流电转换为三相电分别给龙门电机2/3/4使用；所述逆变器5将直流母线电路的高压直流电转换为三相电给小车电机使用；所述起重电机用于提升、释放重物；所述小车电机用于平行移动重物；所述龙门电机1/2/3/4用于将龙门架进行转场移动，龙门架转场时起重电机和小车电机处于不工作状态；所述龙门电机1和起重电机共用逆变器1。
进一步，所述直流母线电路包括：继电器DK6、电流传感器4，电压传感器4，绝缘检测仪K4和辅助电路；所述继电器DK6、电流传感器4串接在直流母线正端，电压传感器4，绝缘检测仪K4和辅助电路并联在直流母线正负端，所述电流传感器4、电压传感器4分别用于实时测量母线供电电路电流、电压并将测量数值通过CAN通讯反馈给能量管理控制器；所述绝缘检测仪K4 用于检测电路是否发生短路，若发生短路，将短路信号通过CAN网络传递给能量管理控制器，能量管理控制器通过CAN网络发送控制信息给全部继电器控制其断开电路连接，所述辅助电路用于将直流母线电路的高压直流电转换为其他诸如空调、收音机可以使用的低压直流电；所述直流母线电路与超级电容供电电路，燃料电池供电电路，锂电池供电电路、负载电路相连接。
本发明的方法的技术方案为：一种燃料电池-锂电池驱动的龙门吊电路结构控制方法，所述能量管理控制器通过内部单片机集成的控制算法控制直流变换器1/2/3、继电器DK1～6的工作状态；包括以下步骤：
步骤1、钥匙启动，燃料电池开始正常工作后，能量管理控制模块通过 CAN通讯发送指令使接触器DK1、DK2、DK3、DK5、DK6接通开始为后端负载内的电容部件进行预充，预充结束后DK3断开，DK4吸合，其他继电器保持吸合，此时龙门架各部件处于待机状态；
步骤2、龙门架开始正常由阶段(1)～阶段(4)的循环工作：
阶段(1)：起重电机垂直提升重物，提升瞬间需求功率最大，燃料电池与超级电容、锂电池协同供电，能量管理控制器通过控制直流变换器1/2/3的变压比使其满足作业需求；
能量分配具体方法为：
为了避免燃料电池和电池频繁的功率频繁波动，将母线需求功率进行解耦，其中母线功率中的高频分量由所提出的自适应低通滤波器提供，并分配给超级电容由其提供相应能量；低通滤波的传递函数G(s)为
Figure RE-GDA0003034851380000051
Uf为调节频率，并通过模糊控制调整Uf，使滤波器能够自动适应超级电容SOC和需求功率；所述模糊控制输入为母线需求功率和超级电容SOC，输出为Uf；
剩余低频部分由燃料电池和超级电容提供，为减少燃料电池功率波动，采用离散小波变换DWT的方法对剩余燃料电池加锂电池功率x(t)中的高频和低频部分进行解耦；龙门吊需求功率是离散信号，通过使用离散小波分解函数与重构函数将离散功率需求信号(一维)分解到不同的分解层，离散小波变换公式与其逆变换公式分别如下:
Figure RE-GDA0003034851380000061
Figure RE-GDA0003034851380000062
式中:t为时间，λ为比例因子，r为平移因子，x(t)为原始信号，W(λ,r)为原始信号通过离散小波变换之后的信号，Ψ为母小波具体表达如下：
Figure RE-GDA0003034851380000063
通过使用3阶的Haar小波变换，将原始信号x(t)经过低通滤波l0(z)和高通滤波h0(z)，从而分解成一个高频分量和低频分量，并通过重构滤波器重建；
因为燃料电池只能对外输出功率，不能吸收能量，所以燃料电池承担低频信号的正功率部分，锂电池承担负的功率部分，同时分解出的高频功率需求部分也由锂电池承担，并通过直流变换器1/3实现上述功能；
阶段(2)：小车电机平行转移重物，此阶段功率需求较大，能量管理控制器控制直流变换器1变压比，关闭DK2/5，超级电容、锂电池供电电路停止工作，燃料电池提供全部母线需求电量；
阶段(3)：起重电机释放重物，此阶段无能量需求且持续时间较短主要是能量回收，能量管理控制器控制吸合DK2/5，燃料电池从全功率发电转为低功率发电状态，起重电机回收重物释放的重力势能，能量管理控制器控制直流变换器2变压比使超级电容回收相应能量；若回收能量超过超级电容自身容量 SOC最大值，能量管理控制器控制直流变换器3变压比使锂电池吸收多余母线能量；
阶段(4)：起重机和小车电机回到初始位置，能量管理控制器控制DK1 保持吸合，并控制直流变换器1变压比使其燃料电池输出电量满足母线功率需求，此时DK2/5继续处于吸合状态，燃料电池低功率给母线提供相应能量，多于能量给超级电容补充电量使其处于合适的荷电状态，能量管理控制器控制直流变换器2变压比使超级电容回收相应能量；若超过超级电容自身容量SOC 最大值，能量管理控制器控制直流变换器3变压比使锂电池吸收多余燃料电池产生的能量；
步骤3，钥匙关闭龙门架停机，能量管理控制器通过CAN通讯发送指令给所有继电器，断开所有继电器的电路连接；
特殊的所述燃料电池功率选型时，燃料电池额定功率为阶段(2)平行转移重物的功率；燃料电池、锂电池、超级电容三者的额定功率相加应大于阶段 (1)提升重物的最大功率。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、电路能够有效监测电路中的故障情况，当出现严重短路故障时，熔断器立即熔断，最大程度保护其他电路元件。
2、电路结构简单实用便于后期维护和修理；电路中的预充回路能够有效保护后端电器中的电容元件，防止电路接通瞬间电容部件被短路击穿。
3、能够合理地按照作业需求分配多电源的输出能量，控制效果理想，能有效提高双电源工作效率。
4、能量管理方法利用了超级电容的充放电特性，既能提供瞬间大电流又能回收制动过程中的电能。
5、龙门吊能量管理控制器采用滤波算法，分频解耦需求功率中的高低频部分，并与各个电源特性相结合，能够高效利用各个电源满足功率需求并延长多电源使用寿命。
附图说明
图1是本发明提出的龙门吊电路系统原理图；
图2是本发明提出的直流变换器1控制原理图。
具体实施方式
本发明提出一种燃料电池驱动的龙门吊电路系统及控制方法，详细设计了双电源能量分配及控制的具体方法。下面结合附图，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的一部分实施例，而不是全部的实施例。
一种燃料电池驱动的龙门吊电路系统如图1所示包括：超级电容供电电路，燃料电池供电电路，锂电池供电电路，负载电路，直流母线电路，能量管理控制器如图1所示。
步骤1、钥匙启动，燃料电池开始正常工作后，能量管理控制模块通过 CAN通讯发送指令使接触器DK1、DK2、DK3、DK5、DK6接通开始为后端负载内的电容部件进行预充，预充结束后DK3断开，DK4吸合，其他继电器保持吸合，此时龙门架各部件处于待机状态；
步骤2、龙门架开始正常由阶段(1)～阶段(4)的循环工作：
阶段(1)：起重电机垂直提升重物，提升瞬间需求功率最大，燃料电池与超级电容、锂电池协同供电，能量管理控制器通过控制直流变换器1/2/3的变压比使其满足作业需求。
能量分配具体方法为：
为了避免燃料电池和电池频繁的功率频繁波动，将母线需求功率进行解耦，其中母线功率中的高频分量由所提出的自适应低通滤波器提供，并分配给超级电容由其提供相应能量；低通滤波的传递函数G(s)为
Figure RE-GDA0003034851380000091
Uf为调节频率，并通过模糊控制调整Uf，使滤波器能够自动适应超级电容SOC和需求功率；所述模糊控制输入为母线需求功率和超级电容SOC，输出为Uf。
剩余低频部分由燃料电池和超级电容提供，为减少燃料电池功率波动，采用离散小波变换(DWT)的方法对剩余燃料电池加锂电池功率x(t)中的高频和低频部分进行解耦；龙门吊需求功率是离散信号，通过使用离散小波分解函数与重构函数将离散功率需求信号(一维)分解到不同的分解层，离散小波变换公式与其逆变换公式分别如下:
Figure RE-GDA0003034851380000092
Figure RE-GDA0003034851380000093
式中:t为时间，λ为比例因子，r为平移因子，x(t)为原始信号，W(λ,r)为原始信号通过离散小波变换之后的信号，Ψ为母小波具体表达如下：
Figure RE-GDA0003034851380000094
通过使用3阶的Haar小波变换如图2所示，将原始信号x(t)经过低通滤波 l0(z)和高通滤波h0(z)，从而分解成一个高频分量和低频分量，并通过重构滤波器重建。
因为燃料电池只能对外输出功率，不能吸收能量，所以燃料电池承担低频信号的正功率部分，锂电池承担负的功率部分，同时分解出的高频功率需求部分也由锂电池承担，并通过直流变换器1/3实现上述功能。
阶段(2)：小车电机平行转移重物，此阶段功率需求较大，能量管理控制器控制直流变换器1变压比，关闭DK2/5，超级电容、锂电池供电电路停止工作，燃料电池提供全部母线需求电量；
阶段(3)：起重电机释放重物，此阶段无能量需求且持续时间较短主要是能量回收，能量管理控制器控制吸合DK2/5，燃料电池从全功率发电转为低功率发电状态，起重电机回收重物释放的重力势能，能量管理控制器控制直流变换器2变压比使超级电容回收相应能量；若回收能量超过超级电容自身容量 SOC最大值，能量管理控制器控制直流变换器3变压比使锂电池吸收多余母线能量。
阶段(4)：起重机和小车电机回到初始位置，能量管理控制器控制DK1 保持吸合，并控制直流变换器1变压比使其燃料电池输出电量满足母线功率需求，此时DK2/5继续处于吸合状态，燃料电池低功率给母线提供相应能量，多于能量给超级电容补充电量使其处于合适的荷电状态，能量管理控制器控制直流变换器2变压比使超级电容回收相应能量；若超过超级电容自身容量SOC 最大值，能量管理控制器控制直流变换器3变压比使锂电池吸收多余燃料电池产生的能量。
步骤3，钥匙关闭龙门架停机，能量管理控制器通过CAN通讯发送指令给所有继电器，断开所有继电器的电路连接。
特殊的所述燃料电池功率选型时，燃料电池额定功率为阶段(2)平行转移重物的功率；燃料电池、锂电池、超级电容三者的额定功率相加应大于阶段 (1)提升重物的最大功率。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例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。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种燃料电池-锂电池驱动的龙门吊电路结构，其特征在于，包括：燃料电池供电电路，超级电容供电电路，锂电池供电电路，直流母线电路，负载电路，能量管理控制器；所述燃料电池供电电路，超级电容供电电路，锂电池供电电路，负载电路均并联接入直流母线电路；
所述能量管理控制器，用于控制燃料电池供电电路输出、超级电容供电电路和锂电池供电电路的输入输出，满足负载电路的电流需求；所述直流母线电路，用于吸收燃料电池电路电能、吸收或者反馈超级电容/锂电池电能、吸收或者反馈负载电路电能。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池-锂电池驱动的龙门吊电路结构，其特征在于，所述燃料电池供电电路包括燃料电池发动机、熔断器1、继电器DK1、绝缘检测仪K1、电流传感器1、电压传感器1以及直流变换器1；所述燃料电池发动机负极连接熔断器1，燃料电池接口正极连接继电器DK1后串联电流传感器1后接入直流变换器1正极输入端；直流变换器1的正负输出端接入母线电路；所述绝缘检测仪K1与电压传感器1并联接入燃料电池供电电路；所述电流传感器1、电压传感器1分别用于实时测量燃料电池供电电路电流、电压并将测量数值通过CAN网络传递给能量管理控制器；所述绝缘检测仪K1用于检测电路是否发生短路，若发生短路，将短路信号通过CAN网络传递给能量管理控制器，能量管理控制器通过CAN网络发送控制信息给全部继电器控制其断开电路连接。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池-锂电池驱动的龙门吊电路结构，其特征在于，所述超级电容供电电路包括超级电容、第一预充回路、熔断器2、继电器DK2、绝缘检测仪K2、电流传感器2、电压传感器2以及直流变换器2；所述第一预充回路由DK3串联电阻预充R1后并联DK4构成，用于给后端负载内部的电容元件进行预充，防止电路直接导通烧毁电容元件；所述超级电容负极连接熔断器2，熔断器2串联第一预充回路后接入直流变换器2负极输入端，超级电容接口正极连接继电器DK2后串联电流传感器2后接入直流变换器2正极输入端；直流变换器2的正负输出端接入母线电路；所述绝缘检测仪2与电压传感器2并联接入超级电容供电电路；所述电流传感器2、电压传感器2分别用于实时测量超级电容供电电路电流、电压并将测量数值通过CAN通讯反馈给能量管理控制器；所述绝缘检测仪K2用于检测电路是否发生短路，若发生短路，将短路信号通过CAN网络传递给能量管理控制器，能量管理控制器通过CAN网络发送控制信息给全部继电器控制其断开电路连接。
4.根据权利要求1所述的一种燃料电池-锂电池驱动的龙门吊电路结构，其特征在于，所述锂电池供电电路包括锂电池、熔断器3、继电器DK5、绝缘检测仪K3、电流传感器3、电压传感器3以及直流变换器3；所述锂电池负极连接熔断器3，然后接入直流变换器3负极输入端，锂电池正极连接继电器DK5后串联电流传感器3后接入直流变换器3正极输入端；直流变换器3的正负输出端接入母线电路；所述绝缘检测仪K3与电压传感器3并联接入燃料电池供电电路；所述电流传感器3、电压传感器3分别用于实时测量锂电池供电电路电流、电压并将测量数值通过CAN网络传递给能量管理控制器；所述绝缘检测仪K3用于检测电路是否发生短路，若发生短路，将短路信号通过CAN网络传递给能量管理控制器，能量管理控制器通。过CAN网络发送控制信息给全部继电器控制其断开电路连接。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池-锂电池驱动的龙门吊电路结构，其特征在于，所述负载电路包括：逆变器1/2/3/4/5，起重电机、龙门电机1/2/3/4，小车电机；所述逆变器1将直流母线电路的高压直流电转换为三相电给起重电机和龙门电机1使用；所述逆变器2/3/4将直流母线电路的高压直流电转换为三相电分别给龙门电机2/3/4使用；所述逆变器5将直流母线电路的高压直流电转换为三相电给小车电机使用；所述起重电机用于提升、释放重物；所述小车电机用于平行移动重物；所述龙门电机1/2/3/4用于将龙门架进行转场移动，龙门架转场时起重电机和小车电机处于不工作状态；所述龙门电机1和起重电机共用逆变器1。
6.根据权利要求1所述的一种燃料电池-锂电池驱动的龙门吊电路结构，其特征在于，所述直流母线电路包括：继电器DK6、电流传感器4，电压传感器4，绝缘检测仪K4和辅助电路；所述继电器DK6、电流传感器4串接在直流母线正端，电压传感器4，绝缘检测仪K4和辅助电路并联在直流母线正负端，所述电流传感器4、电压传感器4分别用于实时测量母线供电电路电流、电压并将测量数值通过CAN通讯反馈给能量管理控制器；所述绝缘检测仪K4用于检测电路是否发生短路，若发生短路，将短路信号通过CAN网络传递给能量管理控制器，能量管理控制器通过CAN网络发送控制信息给全部继电器控制其断开电路连接，所述辅助电路用于将直流母线电路的高压直流电转换为其他诸如空调、收音机可以使用的低压直流电；所述直流母线电路与超级电容供电电路，燃料电池供电电路，锂电池供电电路、负载电路相连接。
7.根据权利要求1所述的一种燃料电池-锂电池驱动的龙门吊电路结构控制方法，其特征在于，所述能量管理控制器通过内部单片机集成的控制算法控制直流变换器1/2/3、继电器DK1～6的工作状态；包括以下步骤：
步骤1、钥匙启动，燃料电池开始正常工作后，能量管理控制模块通过CAN通讯发送指令使接触器DK1、DK2、DK3、DK5、DK6接通开始为后端负载内的电容部件进行预充，预充结束后DK3断开，DK4吸合，其他继电器保持吸合，此时龙门架各部件处于待机状态；
步骤2、龙门架开始正常由阶段(1)～阶段(4)的循环工作：
阶段(1)：起重电机垂直提升重物，提升瞬间需求功率最大，燃料电池与超级电容、锂电池协同供电，能量管理控制器通过控制直流变换器1/2/3的变压比使其满足作业需求；
能量分配具体方法为：
为了避免燃料电池和电池频繁的功率频繁波动，将母线需求功率进行解耦，其中母线功率中的高频分量由所提出的自适应低通滤波器提供，并分配给超级电容由其提供相应能量；低通滤波的传递函数G(s)为
Figure FDA0002838931320000041
Uf为调节频率，并通过模糊控制调整Uf，S为拉普拉斯变换；使滤波器能够自动适应超级电容SOC和需求功率；所述模糊控制输入为母线需求功率和超级电容SOC，输出为Uf；
剩余低频部分由燃料电池和超级电容提供，为减少燃料电池功率波动，采用离散小波变换DWT的方法对剩余燃料电池加锂电池功率x(t)中的高频和低频部分进行解耦；龙门吊需求功率是离散信号，通过使用离散小波分解函数与重构函数将离散功率需求信号(一维)分解到不同的分解层，离散小波变换公式与其逆变换公式分别如下:
Figure FDA0002838931320000042
Figure FDA0002838931320000043
式中:t为时间，λ为比例因子，r为平移因子，x(t)为原始信号，W(λ,r)为原始信号通过离散小波变换之后的信号，Ψ为母小波具体表达如下：
Figure FDA0002838931320000051
通过使用3阶的Haar小波变换，将原始信号x(t)经过低通滤波l0(z)和高通滤波h0(z)，从而分解成一个高频分量和低频分量，并通过重构滤波器重建；
因为燃料电池只能对外输出功率，不能吸收能量，所以燃料电池承担低频信号的正功率部分，锂电池承担负的功率部分，同时分解出的高频功率需求部分也由锂电池承担，并通过直流变换器1/3实现上述功能；
阶段(2)：小车电机平行转移重物，此阶段功率需求较大，能量管理控制器控制直流变换器1变压比，关闭DK2/5，超级电容、锂电池供电电路停止工作，燃料电池提供全部母线需求电量；
阶段(3)：起重电机释放重物，此阶段无能量需求且持续时间较短主要是能量回收，能量管理控制器控制吸合DK2/5，燃料电池从全功率发电转为低功率发电状态，起重电机回收重物释放的重力势能，能量管理控制器控制直流变换器2变压比使超级电容回收相应能量；若回收能量超过超级电容自身容量SOC最大值，能量管理控制器控制直流变换器3变压比使锂电池吸收多余母线能量；
阶段(4)：起重机和小车电机回到初始位置，能量管理控制器控制DK1保持吸合，并控制直流变换器1变压比使其燃料电池输出电量满足母线功率需求，此时DK2/5继续处于吸合状态，燃料电池低功率给母线提供相应能量，多于能量给超级电容补充电量使其处于合适的荷电状态，能量管理控制器控制直流变换器2变压比使超级电容回收相应能量；若超过超级电容自身容量SOC最大值，能量管理控制器控制直流变换器3变压比使锂电池吸收多余燃料电池产生的能量；
步骤3，钥匙关闭龙门架停机，能量管理控制器通过CAN通讯发送指令给所有继电器，断开所有继电器的电路连接；
特殊的所述燃料电池功率选型时，燃料电池额定功率为阶段(2)平行转移重物的功率；燃料电池、锂电池、超级电容三者的额定功率相加应大于阶段(1)提升重物的最大功率。
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