CN203301188U - 场桥转场过街节能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种场桥转场过街节能系统。其是在电池管理系统与起升变频器之间设有双向DC/DC转换器，其中，所述电池管理系统由电池组柜和充电机构组成，电池组柜通过所述转换器、直流母线接触器组与起升变频器的充电端相接，起升变频器的交流输入端与市电相接，其交流输出端与龙门起重机的电机相接。该结构可将龙门起重机吊钩下降时产生的电能储存于电池组柜中，吊箱起升时再将所存电能用于辅助性供电；过街时由电池组柜给龙门起重机供电，代替现有的柴油机发电，其可在场桥过街时由市电供电无缝过渡至电池组柜供电，转换时间为20ms。本实用新型降耗环保、性能稳定可靠。

Description

场桥转场过街节能系统

技术领域

本实用新型涉及一种港口码头专用设备的节能系统，特别涉及一种用于场桥转场时的节能系统。 

背景技术

随着人们节能意识的提高以及近年来石油产品价格的大幅上涨，节能工作已越来越受到各方人士的重视。 

在港口码头，场桥（即轮胎式集装箱龙门起重机）是采用柴油发电机组作为动力源的机械设备。当场桥过街或者待命时所需电力均由功率高达500KW左右的柴油机全速运行，因此发电机利用效率大大降低。另外，缘于柴油机的固有特性以及场桥的工作特点，场桥的能量使用效率并不高，能耗也非常大。就目前采用流行配置和装机容量的场桥看，通常单台场桥工作时每小时耗油约25公升（根据装机容量、柴油机的型号以及使用情况，每个码头的油耗情况不太一样，这里的数据是一个近似的平均值）。大约每装卸一个TEU（即集装箱）耗油在1.2公升上下。因此，使用柴油发电机组作为动力源不仅浪费资源，而且不利于环保。 

场桥的工作特点比较明显。作为起重机，场桥的最大功率比较大，而平均使用功率不大，突加、突卸时载荷较大；更重要的是，每当场桥的起升机构下降、小车或大车机构制动时，都会将一些能量由机上的制动电阻释放烧掉，因此，如何将该部分损失的能量再利用起来，是行内技术人员攻关的一个课题。 

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种可将所述起升机构下降、小车或大车机构制动时产生的能量重新利用储存起来并在场桥转场过街时使用的节能系统。 

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为： 

本实用新型的场桥转场过街节能系统，包括控制显示单元、场桥的起升机构、起升变频器、电池管理系统、数字信号处理器，在电池管理系统与起升变频器之间还设有双向DC/DC转换器，其中， 

所述电池管理系统由电池组柜和充电机构组成，电池组柜的正极通过隔离开关、滤波电感与所述转换器的正向侧正端相接，其负极与所述转换器的正向侧负端相接； 

所述转换器的反向侧正端和反向侧负端分别通过直流母线接触器组与起升变频器的充电“+2”端和充电“-”端相接，充电“+2”端通过储能电感接于充电“+1”端； 

起升变频器的充电“+3”端通过P21端口输出直流电压； 

所述起升变频器的三相交流输入端通过市电进线开关与市电相接，其三相交流输出端通过起升接触器与所述起升机构中的龙门起重机的电机相接。 

所述电池组柜由过街电池组和助力电池组构成，所述双向DC/DC转换器由两个结构相同功率不同的第一转换器和第二转换器构成，第一转换器与过街电池组匹配连接，第二转换器与助力电池组匹配连接。 

所述过街电池组和助力电池组均由10—31个电池包组成，每个电池包设有12节电池，过街电池组输出直流电压为518V，助力电池组输出直流电压为460V， 所述电池为锂电池、锂电瓶、铅酸电池、铅酸电瓶或超级电容电池。 

所述电池管理系统采用CAN2.0B通讯协议，总线速率为125kbit/s—1Mbit/s。 

所述起升变频器为日本安川公司生产的型号为VS686CR5的变频器。 

与现有技术相比，本实用新型采用在起升变频器与电池管理系统之间设置DC/DC转换器及将龙门起重机主钩下降时产生的电能储存于电池管理系统的电池组中的连接结构，使得采用本实用新型的场桥在作业运行时，将龙门起重机主钩下降产生的电能存储起来，吊箱起升时再将储存于电池组中的能量用于辅助性供电；过街时由电池管理系统给龙门起重机电机供电，代替了先前的柴油机发电，而且场桥过街时所用电能由市电供电无缝过渡至电池组供电，其转换时间可降至20ms。本实用新型结构简单、降耗环保、性能稳定可靠，而且在转场过街时无噪音、无烟气排放。 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。 

图1为本实用新型的等效电路原理图。 

图2为本实用新型的电路连接框图。 

附图标记如下： 

起升变频器1、双向DC/DC转换器2、第一转换器21、第二转换器22、电池组柜3、过街电池组31、助力电池组32、第一隔离开关K1、第二隔离开关K2、第一滤波电感L1、第二滤波电感L2、接触器组Q2、交流输入端R、S、T、交流输出端U、V、W、第一开关管S1、第二开关管S2、储能电感L、第一续流二极管FWD1、第二续流二极管FWD2，输入端侧Bus、输出端侧Batt。 

具体实施方式

如图1、2所示，本实用新型的场桥转场过街节能系统，包括控制显示单元和与该单元连接的场桥起升机构、起升变频器1、电池管理系统、数字信号处理器。 

本实用新型是在电池管理系统与起升变频器1之间还设有双向DC/DC转换器2。 

所述DC-DC转换器，通常至少会使用一个电感器作为电能储存元件，此外需要输出电容器。在所有的直流转换方法中，这种技术提供最高的电源转换效率。相较于线性稳压器和电荷泵浦，交换式转换器能在更宽广的负载范围内提供高的电源转换效率，其可将散热问题减至最少，热管理更简单。能量损失较少，也可进而延长产品的工作时间。除了这个主要的优点，还能支援反相、降压、升压或是降升压等电路拓朴。直流电源转换器通常利用脉冲宽度调变（PWM）机制来控制导通元件，此技术会改变工作週期（Duty Cycle），也就是电晶体导通时间和截止时间的比值，再配合电感的电力储存能力，让输出电压在有限的输入电压和负载电流范围内保持固定；FET（英文全称：Field Effect Transistor，中文名：场效应晶体管）导通阻抗和电感的直流阻抗越小，功耗就越少，转换效率也越高。然而负载电流越小，PWM控制电路的效率就越低，因此过街机使用PFM调制方式，以便在整个负载范围内都保持很高的转换效率。 

本实用新型节能系统的等效电路原理如图1所示的开关电路，图中的输入端侧Bus与直流母线相连，其输出端侧Batt与电池管理系统中的电池组柜3相连，在控制显示单元的控制下，当由第二开关管S2（该开关管可为IGBT或MOS管）、储能电感L和第一续流二极管FWD1构成的BUCK电路形成回路时，在数字 信号处理器DSP的控制下，通过第二开关管S2的导通与关断，可以实现对所述电池组柜3的恒流、恒压充电。当由第一开关管S1（该开关管可为IGBT或MOS管）、储能电感L和第二续流二极管FWD2构成的BOOST电路形成回路时，可以实现将电池组柜3中的能量由直流母线向外输出，并且通过控制第一开关管S1的占空比，对BUS侧的平均输出功率进行控制。 

所述电池管理系统由电池组柜3和充电机构组成，所述电池组柜3由过街电池组31和助力电池组32构成，所述过街电池组31和助力电池组32均由10—31个电池包组成，每个电池包设有12节电池，过街电池组31输出直流电压为518V，助力电池组32输出直流电压为460V，所述电池为锂电池、锂电瓶、铅酸电池、铅酸电瓶或超级电容电池。该电池管理系统采用CAN2.0B通讯协议，总线速率为125kbit/s—1Mbit/s。 

所述双向DC/DC转换器2由两个结构相同功率不同的第一转换器21和第二转换器22构成，第一转换器21与过街电池组31匹配连接，第二转换器22与助力电池组32匹配连接。 

过街电池组31的正极通过第一隔离开关K1、第一滤波电感L1与第一转换器21的正向侧正端相接，其负极与第一转换器21的正向侧负端相接；助力电池组32的正极通过第二隔离开关K2、第二滤波电感L2与第二转换器22的正向侧正端相接，其负极与第二转换器22的正向侧负端相接。 

第一转换器21的反向侧正端和第二转换器22的反向侧正端并接且通过直流母线接触器组Q2与起升变频器1的充电“+2”端相接，第一转换器21的反向侧负端和第二转换器22的反向侧负端并接且通过接触器组Q2与起升变频器1的充电“-”端相接，充电“+2”端通过储能电感L接于充电“+1”端。 

所述起升变频器1为日本安川公司生产的型号为VS686CR5的变频器。起升变频器1的充电“+3”端通过P21端口向其他变频器直流“+”端输出直流电压，其负极通过N21端口与其他变频器直流“-”端相接； 

所述起升变频器1的三相交流输入端R、S、T通过市电进线开关与市电相接，其三相交流输出端U、V、W通过起升接触器与所述起升机构中的龙门起重机电机相接。 

所述起升机构包括龙门起重机电机、大车和小车逆变器。 

本实用新型的充放电管理：对电池充放电过程进行管理，其主要由电力电子器IGBT或MOSFET件构成，在充电时，首先通过市电整流转换为620V的直流电经双向DC/DC，通过数字控制器DSP自动实现电池充电过程中的恒流，恒压与浮充过程。当市电断开时，电池总电压直接通过DC/DC输出恒压直流620V。 

充电阶段，当龙门起重机电机接市电时，软件通过通讯判定电池是否该充电，如果电池电压小于事先设定好的电压，那么由DC-DC通过检测母线电压和电池电压得出占空比，控制充电电流，如此循环，直到电压达到软件设定值。 

当龙门起重机电机令其吊具下降时，电机产生电能由起升变频器1的交流输出端U、V、W输出三相交流电并经整流、滤波给所述电池组柜3充电，当龙门吊接市电时，第一隔离开关K1和第二隔离开关K2吸合，根据电池电压多少给电池充电，当场桥出场准备过街时，断开市电，此时，由所述电池组柜3通过双向DC/DC转换器2稳定输出电压为场桥供电，从而实现由市电至电池组柜3供电的无缝切换。 

本实用新型的控制显示单元负责系统管理与数据显示：此部分由嵌入式控制器构成，与充电管理单元通过串口232协议通讯，可读取当前市电电压，电 池电压，充放电电流，电池电量，用于实现对系统过街次数的记录，相关数据的显示与报警。当使用系统过街时，系统自动记录过街次数并在屏幕上显示，当系统有不正常数据时，屏幕会发出显示及声音报警，以便能维护电池使用寿命。 

本实用新型的数字信号处理器为嵌入式的以计算机技术、通信技术、半导体技术、微电子技术、语音图象数据传输技术和传感器等先进技术相结合的更新换代产品。嵌入式系统一般指非PC系统，有计算机功能但又不称之为计算机的设备或器材。它是以应用为中心，软硬件可裁减的，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入式操作系统及应用软件系统等组成，它是可独立工作的“器件”。 

本实用新型的电池管理系统具有过充保护、过放保护、温度保护、主动均衡、电池参数显示等功能。而且均衡电流可以持续恒流（2A），而且在场桥过街时的主动均衡是用整组能量给电池能量低的电池充电，就是把能量从能量高的电池转移到能量低的电池上面，从而大大减少了对能量的浪费。电池管理系统采用CAN2.0B通讯协议与上位机通讯，总线速率从125Kbit/s到1Mbit/s，可以快速的进行相应的操作，防止电池的过充或过放。 

Claims (5)

1.一种场桥转场过街节能系统，包括控制显示单元、场桥的起升机构、起升变频器（1）、电池管理系统、数字信号处理器，其特征在于：在电池管理系统与起升变频器(1)之间还设有双向DC/DC转换器(2)，其中， 

所述电池管理系统由电池组柜(3)和充电机构组成，电池组柜(3)的正极通过隔离开关、滤波电感与所述转换器的正向侧正端相接，其负极与所述转换器的正向侧负端相接； 

所述转换器的反向侧正端和反向侧负端分别通过直流母线接触器组(Q2)与起升变频器(1)的充电“+2”端和充电“-”端相接，充电“+2”端通过储能电感(L)接于充电“+1”端； 

起升变频器(1)的充电“+3”端通过P21端口输出直流电压； 

所述起升变频器(1)的三相交流输入端(R、S、T)通过市电进线开关与市电相接，其三相交流输出端(U、V、W)通过起升接触器与所述起升机构中的龙门起重机的电机相接。 

2.根据权利要求1所述的场桥转场过街节能系统，其特征在于：所述电池组柜(3)由过街电池组(31)和助力电池组(32)构成，所述双向DC/DC转换器(2)由两个结构相同功率不同的第一转换器(21)和第二转换器(22)构成，第一转换器(21)与过街电池组(31)匹配连接，第二转换器(22)与助力电池组(32)匹配连接。 

3.根据权利要求2所述的场桥转场过街节能系统，其特征在于：所述过街电池组(31)和助力电池组(32)均由10—31个电池包组成，每个电池包设有12 节电池，过街电池组(31)输出直流电压为518V，助力电池组(32)输出直流电压为460V，所述电池为锂电池、锂电瓶、铅酸电池、铅酸电瓶或超级电容电池。 

4.根据权利要求1所述的场桥转场过街节能系统，其特征在于：所述电池管理系统采用CAN2.0B通讯协议，总线速率为125kbit/s—1Mbit/s。 

5.根据权利要求1所述的场桥转场过街节能系统，其特征在于：所述起升变频器(1)为日本安川公司生产的型号为VS686CR5的变频器。 

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