CN210313186U - 一种纯电动港口流动起重机械的动力系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于港口机械的技术领域，公开了一种纯电动港口流动起重机械的动力系统，包括主控制器，所述主控制器与电机控制器、电池管理系统BMS、电气控制系统相连，所述电机控制器通过驱动器与电动机相连，所述电动机的输出轴通过液力耦合器与液压系统齿轮箱、多档位变速箱相连，所述多档位变速箱通过车桥控制港口流动起重机械的行走，所述液压系统齿轮箱通过油泵控制港口流动起重机械的液压系统中各个子系统的工作，所述电池管理系统BMS用于为电动机提供高压电源，为电气控制系统提供低压电源。本实用新型成本低，便于应用，有良好的市场推广价值。

Description

一种纯电动港口流动起重机械的动力系统

技术领域

本实用新型属于港口机械的技术领域，具体涉及一种纯电动港口流动起重机械的动力系统。

背景技术

随着国家对环境保护的日益重视与各级政府对国务院“打赢三年蓝天保卫战”行动的政策响应，港口机械节能减排逐渐成为不容忽视的问题，近年来轮胎吊新能源技术及船用岸电技术不断普及，但在港口流动机械领域的应用却寥寥无几。新能源技术在港口移动设备中的应用，主要目的是通过绿色环保、可再生能源动力系统，优化或代替传统的化石能源内燃机动力系统，达到降低污染排放、节省能源费用的目的，该技术的成功应用将会大幅降低设备运行的污染排放与设备的运营与维护费用。

传统内燃机动力构成分为三大块：内燃机动力系统、动力传动系统、执行子系统，包括液压系统、行走系统、电气控制系统等。内燃机动力系统中蓄电池作为启动电机的启动电源，启动电机与内燃机相连，内燃机与发电机相连，燃油油箱实现内燃机储油和供油功能，发电机给电气设备供电，满足整机的电气控制系统，同时对蓄电池进行充电；内燃机输出轴与动力传动系的液力耦合器输出轴相连，动力传动系统内部液力系统齿轮箱与油泵相连，将动力传输给油泵，实现整机的液压系统包括转向系统、行车制动系统、驻车制动系统等动力传动系统，内部多档位变速箱与车桥相连，实现整机的行走驱动系统。

当前港口流动起重机械采用内燃机组作为动力源，以柴油为原料，因此日常作业会产生CO,HC,NOX及碳烟颗粒PM尾气排放，对环境造成一定污染，而且内燃机自身结构复杂，体积大，重量大，作业时易造成振动大、噪声大等现象；传统流动起重机械将燃料化学能转化为热能，再转化为机械能，内燃机平均能源利用率平均在30％左右，70％左右的能量转换为热能损失，能源利用率较低，并且内燃机需要定期安排保养维护，五年左右及需要进行更换，造成传统流动机械起重设备的运营成本较高。

实用新型内容

本实用新型提供了一种纯电动港口流动起重机械的动力系统，解决了现有内燃机港口流动起重机械尾气污染严重，噪声大，能源利用率低等问题。

本实用新型可通过以下技术方案实现：

一种纯电动港口流动起重机械的动力系统，包括主控制器，所述主控制器与电机控制器、电池管理系统BMS、电气控制系统相连，所述电机控制器通过驱动器与电动机相连，所述电动机的输出轴通过液力耦合器与液压系统齿轮箱、多档位变速箱相连，所述多档位变速箱通过车桥控制港口流动起重机械的行走，所述液压系统齿轮箱通过油泵控制港口流动起重机械的液压系统中各个子系统的工作，

所述电池管理系统BMS用于为电动机提供高压电源，为电气控制系统提供低压电源。

进一步，所述主控制器还与散热系统相连，所述散热系统包括膨胀水箱和温度监测模块，所述膨胀水箱与水泵相连，由水泵所控制的循环水路流经驱动器、电动机，最后再流入膨胀水箱，所述循环水路在流入膨胀水箱的部分设置有散热风扇，所述温度检测模块用于检测驱动器、电动机的温度值，所述散热系统用于接收温度检测模块的温度值，将温度值与温度阈值比较，控制散热风扇对循环水路中的冷却液进行风冷散热。

进一步，所述电池管理系统BMS控制锂电池组提供高压电源和低压电源，所述高压电源用于为电动机提供电源，所述低压电源与蓄电池相连，用于为电气控制系统提供电源。

进一步，所述电动机采用永磁同步电动机。

本实用新型有益的技术效果如下：

采用电动机取代流动起重机械中原有的内燃机，锂电池组作为动力源，将原来机械式的流动起重机械更新为纯电动设备，可以做到零排放，无污染；借助液力耦合器用来将电动机产生的动力源与液压系统齿轮箱、多档位变速箱连接起来，根据与液压系统齿轮箱相连的液压系统中各个子系统所需的动力和，以及与多档位变速箱相连的车桥所需的动力，通过控制液体动量矩的变化传递不同力矩给液压系统和行走系统，从而有效完成对整个流动起重机械的控制，方便可靠，同时电动机较于内燃机组，整体结构简单，体积小，重量轻，因而真正作业时产生的振动较小，噪声较小。

附图说明

图1为本实用新型的动力系统电气连接示意图；

图2为本实用新型的动力系统电路连接框图；

图3为本实用新型的动力系统的水路流通示意图。

具体实施方式

下面结合附图及较佳实施例详细说明本实用新型的具体实施方式。

为满足环境治理要求及节能减排的需要，通过对现有港口运输用的以内燃机为动力的流动起重机械进行改进，如图1和2所示，本实用新型提供了一种纯电动港口流动起重机械的动力系统，包括主控制器，该主控制器与电机控制器、电池管理系统BMS、电气控制系统相连，该电机控制器通过驱动器与电动机相连，该电动机的输出轴通过液力耦合器与液压系统齿轮箱、多档位变速箱相连，该多档位变速箱通过车桥控制港口流动起重机械的行走，该液压系统齿轮箱通过油泵控制港口流动起重机械的液压系统中各个子系统的工作，包括转向系统、行车制动系统、驻车制动系统等等。该主控制器还与显示屏相连，该显示屏用于显示各种报警、故障信息及其处理后的结果，如电气控制系统中的电子油门踏板将动力需求信号传送给主控制器，主控制器解析后与驱动器通讯，驱动器根据预先设定的指令驱动电动机获得相应的动力，进行相应的操作。当然，电机控制器也可以集成到主控制器里，利用一个控制器完成对整个流动起重机械的控制。整个动力系统的相关故障、报警等信息均会通过主控制器处理后传输给故障显示屏进行显示，便于人机交互。

由于流动起重机械最重要的作业机构就是“吊具”或者“排架”，借助液压系统易于实现载荷控制、速度控制和方向控制，再利用本实用新型的以锂电池作为动力源，搭配适型的电动机结合驱动器的纯电力驱动，实现流动起重机械的大负载运行、稳定传动，能够稳定实现集装箱的提升动作，其综合性能优于原内燃机驱动系统。

该液力耦合器又称液力联轴器，是以液体为工作介质的一种非刚性联轴器，由泵轮和涡轮组成一个可使液体循环流动的密闭工作腔，泵轮装在输入轴上，涡轮装在输出轴上。两轮为沿径向排列着许多叶片的半圆环，它们相向耦合布置，互不接触，中间有3mm到4mm的间隙，并形成一个圆环状的工作轮。驱动轮称为泵轮，被驱动轮称为涡轮，泵轮和涡轮都称为工作轮，泵轮和涡轮装合后，形成环形空腔，其内充有工作油液。泵轮通常在内燃机或电机驱动下旋转，叶片带动油液，在离心力作用下，这些油液被甩向泵轮叶片边缘，由于泵轮和涡轮的半径相等，故当泵轮的转速大于涡轮转速时，泵轮叶片外缘的液压大于涡轮叶片外缘的液压，由于压差液体冲击涡轮叶片，当足以克服外阻力时，使涡轮开始转动，即是将动能传给涡轮，使涡轮与泵轮同方向旋转。油液动能下降后从涡轮的叶片边缘又流回到泵轮，形成循环回路，其流动路线如同一个首尾相连的环形螺旋线，从而使液力耦合器靠液体与泵轮、涡轮的叶片相互作用产生动量矩的变化来传递扭矩。本实用新型的液力耦合器用来将电动机产生的动力源与液压系统齿轮箱、多档位变速箱连接起来，根据与液压系统齿轮箱相连的液压系统中各个子系统所需的动力和，以及与多档位变速箱相连的车桥所需的动力，通过控制液体动量矩的变化传递不同力矩给液压系统和行走系统。

该电动机优选永磁同步电动机，该型号的电动机具有结构简单，体积小、效率高、功率因数高等优点，还具有高启动转矩、启动时间较短、高过载能力的优点，可以根据实际轴功率降低设备驱动电动机的装机容量，节约能源同时减少固定资产的投资。永磁同步电动机控制方便，转速恒定，不随负载的波动、电压的波动而变化，只决定于频率，运行平稳可靠，由于转速严格同步，动态响应性能好，适合变频控制。永磁同步电动机的安装外形尺寸符合IEC标准，可以直接替换三相异步电动机，防护等级可以做到IP54和IP55，个别厂家还生产防爆型永磁同步电动机。因此，该型号的电动机是电动汽车驱动机构的优选机型。

这样，通过电池管理系统BMS控制锂电池组为电动机提供高压电源，为电气控制系统提供低压电源，借助电动机代替原来的内燃机，通过液力耦合器就可以分别驱动液压系统和行走驱动系统，由于行走电动机与车桥属于刚性连接，无需变速箱和液力耦合器的配合，可以消除由液力耦合器造成的转差功率损失。同时，借助显示屏可以清楚知道流动起重机械的动力系统的故障所在及处理结果，便于人机互动。本实用新型的动力系统，从能源利用率考虑，用电动机代替传统内燃机，其工作模式为将动力锂电池系统的电能转化为机械能，选用水冷永磁同步电机可将能源转化效率由30％提升至95％以上；从运营成本来看，驱动器组合免维护电动机，搭配全新的车载控制器，出现故障易于排查，可有效降低总体的运营成本，便于应用，有良好的市场推广价值。

如图3所示，该主控制器还与散热系统相连，该散热系统采用水冷和风冷结合的散热方式，包括膨胀水箱和温度监测模块，该膨胀水箱与水泵相连，由水泵所控制的循环水路流经驱动器、电动机，最后再流入膨胀水箱，同时，在循环水路流入膨胀水箱的部分设置有散热风扇，该温度检测模块用于检测驱动器、电动机的温度值，该散热系统用于接收温度检测模块的温度值，将温度值与温度阈值比较，控制散热风扇对循环水路中的冷却液进行风冷散热。而膨胀水箱不仅可以容纳循环水路中由于热胀冷缩造成冷却液的膨胀量，同时还起到定压作用，并且可以通过膨胀水箱随时观察水路中冷却液的损耗情况，一旦超过警戒线，可以人工向膨胀水箱进行补充。另外，锂电池组采用独立散热系统，可选配水冷系统或者空调系统保证电芯的工作环境，司机室散热采用空调系统满足室内的温度要求。

该电池管理系统BMS中的电池组采用先串后并的方式，将锂电池电芯逐一串联成簇满足动力系统的电压平台设计，然后再将电池并联满足系统的电量设计，而其控制系统采用先进智能的电池管理系统，具备安全管理、系统控制、数据记录、动态均衡、热管理等功能，能实时与主控制器总线通讯，依据控制器的指令及车辆状态完成高压的开合。该电池管理系统BMS控制锂电池组提供两路电源，一路为高压电源，用于为电动机提供电源，另一路为低压电源，该低压电源与蓄电池相连，用于为电气控制系统提供电源，主要是24VDC电源。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，因此，本实用新型的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (4)

1.一种纯电动港口流动起重机械的动力系统，其特征在于：包括主控制器，所述主控制器与电机控制器、电池管理系统BMS、电气控制系统相连，所述电机控制器通过驱动器与电动机相连，所述电动机的输出轴通过液力耦合器与液压系统齿轮箱、多档位变速箱相连，所述多档位变速箱通过车桥控制港口流动起重机械的行走，所述液压系统齿轮箱通过油泵控制港口流动起重机械的液压系统中各个子系统的工作，

所述电池管理系统BMS用于为电动机提供高压电源，为电气控制系统提供低压电源。

2.根据权利要求1所述的纯电动港口流动起重机械的动力系统，其特征在于：所述主控制器还与散热系统相连，所述散热系统包括膨胀水箱和温度监测模块，所述膨胀水箱与水泵相连，由水泵所控制的循环水路流经驱动器、电动机，最后再流入膨胀水箱，所述循环水路在流入膨胀水箱的部分设置有散热风扇，所述温度监测模块用于检测驱动器、电动机的温度值，所述散热系统用于接收温度监测模块的温度值，将温度值与温度阈值比较，控制散热风扇对循环水路中的冷却液进行风冷散热。

3.根据权利要求1所述的纯电动港口流动起重机械的动力系统，其特征在于：所述电池管理系统BMS控制锂电池组提供高压电源和低压电源，所述高压电源用于为电动机提供电源，所述低压电源与蓄电池相连，用于为电气控制系统提供电源。

4.根据权利要求1所述的纯电动港口流动起重机械的动力系统，其特征在于：所述电动机采用永磁同步电动机。

Images