CN210390847U - 一种集装箱跨运车锂电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集装箱跨运车锂电池管理系统，包括起升机构中的电动机，还包括：柴油发电机，依次通过整流器、逆变器与所述电动机相连接；锂电池组，并联于所述柴油发电机与所述电动机之间；双向DC‑DC变换器，并于所述锂电池组上。本实用新型在跨运车上运用双向DC‑DC变换器并且进行控制管理，在节能的同时又延长了锂电池组的使用寿命。

Description

一种集装箱跨运车锂电池管理系统

技术领域

本实用新型涉及集装箱跨运车上电池管理技术，更具体地说，涉及一种集装箱跨运车锂电池管理系统。

背景技术

根据拓扑结构，双向DC-DC变换器有隔离式和非隔离式两种，其主要区别在于有无变压器。隔离型的双向DC-DC变换器，由于采用了较多的功率开关，只需要通过合理的分时控制就可以人为的实现多种固定的工作模式，而且具有电压变化大，带电气隔离的优点。但是，由于采用了隔离方式，这类变换器存在以下缺点：结构相对比较复杂，并且很难单纯由模拟电路控制其状态切换，控制方式比较复杂。而相对于隔离型，非隔离型有着结构简单、成本低、效率高的优点，但安全性较差。现如今，双向DC-DC变换器凭借其能降低驱动系统成本，提高能源效率等优点，已经在混合动力汽车、电梯、城轨交通及新能源系统等领域都得到了广泛应用，但在集装箱跨运车上，双向DC-DC变换器还并没有使用。

传统的集装箱跨运车在动力配套方面，也已经历了数十年的发展和演变，最初为柴油机-液压驱动系统，但由于先天技术不足，跨运车的行驶性能有限，并且存在危害困难、能力效率低，且污染排放大等问题，目前已逐渐退出市场。随着电控技术发展，逐渐以柴油发电机组-变频电机的驱动形式为主，有效提高了能源的利用率，降低了能耗，减少了排放，但都是以柴油机为主动力源，难以消除运行成本高、故障率高、对环境产生噪声和尾气排放污染严重的缺点。

同时，使用柴油发电机组的传统跨运车在运行时，起升机构在吊具和/或集装箱下降时的重力位能作用于起升电机，使起升电机处于发电运行状态，大车移动需要运行机构刹车制动时，行走电机也会处于发电运行状态，由此产生的位能性再生能量如果回流到柴油发电机组，将导致机组逆功率而遭严重损坏。为此，传统跨运车通过能耗电阻将此再生能量消耗掉而得不到利用，造成了极大的能源和设备浪费。

面对化石能源的不可再生，以及日益恶化的环境污染，世界各国对节能减排的要求越来越严格，集装箱跨运车的动力配套模式已经难以满足要求。

实用新型内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本实用新型的目的是提供一种集装箱跨运车锂电池管理系统，在跨运车上运用双向DC-DC变换器并且进行控制管理，在节能的同时又延长了锂电池组的使用寿命。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种集装箱跨运车锂电池管理系统，包括起升机构中的电动机，还包括：

柴油发电机，依次通过整流器、逆变器与所述电动机相连接；

锂电池组，并联于所述柴油发电机与所述电动机之间；

双向DC-DC变换器，并于所述锂电池组上。

所述双向DC-DC变换器为三相交错并联式双向DC-DC变换器。

所述双向DC-DC变换器的功率为100kW～300kW。

所述双向DC-DC变换器上还配有风冷系统。

所述锂电池组并联于所述整流器与所述逆变器之间。

在上述的技术方案中，本实用新型所提供的一种集装箱跨运车锂电池管理系统，还具有以下几点有益效果：

1)本实用新型锂电池管理系统运用双向DC-DC变换器在高效率充电的同时，还降低电池电流应力，保护了锂电池组；

2)本实用新型锂电池管理方法根据锂电池组特性将电池充放电区域控制在电池合理的电量区域内，延长电池使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型锂电池管理系统的结构框图；

图2是本实用新型锂电池管理系统主回路接线端子图；图中，BUS+、BUS-表示母线侧端子，BATT+、BATT-表示电池侧端子；

图3是本实用新型锂电池管理系统在行驶状态锂电池组管理流程图；

图4是本实用新型锂电池管理系统在起升机构升降过程锂电池组管理流程图；图中，Q表示电池当前电量，Q_EP表示势能预留电量(即起升部分起升时增加的势能所能转化的电量)，Q_总表示电池满电时的电量；

图5是本实用新型锂电池管理系统中整流器控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本实用新型的技术方案。

请结合图1所示，本实用新型所提供的一种集装箱跨运车锂电池管理系统，包括起升机构中的电动机1，还包括：

柴油发电机2，依次通过整流器3、逆变器4与所述电动机1相连接。

锂电池组5，并联于所述柴油发电机2与所述电动机1之间。

双向DC-DC变换器6，并于所述锂电池组5上，所述锂电池组5并联于所述整流器3与所述逆变器4之间。

较佳的，所述双向DC-DC变换器6为三相交错并联式双向DC-DC变换器，为了适应大功率场合，减小输出电流纹波，降低储能元件的电流应力，减小储能元件的体积和提高变换器的开关频率。

较佳的，所述双向DC-DC变换器5的功率为100kW～300kW，并还配有风冷系统，满足跨运车控制系统对体积、重量、可靠性的要求。

本实用新型锂电池管理系统中双向DC-DC变换器6的工作原理：是在保持变换器两端的直流电压极性不变的情况下，改变输入、输出电流的方向，从而实现输入或输出端能量的相互变换与传递。以图2中电感L1所在线路为例，VT1开通、VT2关断时，电路为Buck模式，此时电池充电；相反，VT1关断、VT2开通时，电路为Boost模式，此时电池放电。双向DC-DC变换器6就是通过控制VT1、VT2的通断来控制电池的充放电。

本实用新型集装箱跨运车锂电池管理系统使用如下：

根据锂电池特性可知浅充浅放有利于延长电池寿命，因此，将所述锂电池组5总电量的45％～55％这一区间作为锂电池组充放电区域，通过控制所述双向DC-DC变换器6对所述锂电池组5进行充放电管理，具体充放电管理分为三种情况：

1)行驶状态锂电池组管理，包括：

如图3所示，跨运车行驶时充放电分为两种情况，即加速过程和减速过程。

加速过程，锂电池组5放电，当锂电池组电量降低至45％时停止放电。

减速过程，锂电池组5充电，当锂电池组电量升高至55％时停止充电。

2)起升机构升降过程锂电池组管理，包括：

如图4所示，起升机构升降过程锂电池组管理分为起升过程锂电池组管理和下降过程锂电池组管理。

起升过程，锂电池组5优先做放电处理。当放电后的锂电池组电量与起升部分起升所增加的势能转换成的电量总和达到锂电池组总电量的55％时，停止放电，即保证锂电池组5在回收起升所产生的势能后，电量仍能低于55％。

下降过程，锂电池组5充电。

如：对起升机构重载情况下(50t负载)的充放电控制，通过比对锂电池组5的电池电量(SOC)，和50t负载势能曲线对比。如果势能曲线在SOC％预留5％电量之上，那么在上升过程中，对电池进行优先放电(电池电量为50％，势能预留电量超过5％，回收后电量超过55％，因此先要电池放电)，使得电池电量预留势能空间；而下降时进行慢速限速，牺牲作业效率来削减势能电量的回收。如果曲线在SOC％预留5％电量之下，那么整流侧(即柴油机侧)优先放电，保证在电池过放点(电池电量45％)之上时柴油机和电池混合放电，在过放点之下，则柴油机单独放电并且对机构限速处理(保证电池电量时刻保持在45％-55％之间)。

3)整流器控制，根据锂电池组的电量对电流进行控制，包括：

当锂电池组的电量＜47％，接近于规定电池充放电区域的低点时，通过控制整流器，增加主线路电流，将电流控制在输入电流的60％～75％。

当锂电池组的电量在47％～53％时，整流器正常运行，不做改变。

当锂电池组的电量＞53％时，这时电流接近于55％，通过控制整流器，降低输入电流，将电流控制在输入电流的5％～10％。

综上所述，本实用新型锂电池管理系统运用三相交错并联式双向DC-DC变换器，首次将双向DC-DC变换器应用于集装箱跨运车领域。同时，本实用新型锂电池管理方法对电池电量进行监测，并针对跨运车不同工况，及电池电量状况对电池充放电进行了规划。

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实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。

Claims (5)

1.一种集装箱跨运车锂电池管理系统，包括起升机构中的电动机，其特征在于，还包括：

柴油发电机，依次通过整流器、逆变器与所述电动机相连接；

锂电池组，并联于所述柴油发电机与所述电动机之间；

双向DC-DC变换器，并于所述锂电池组上。

2.如权利要求1所述的一种集装箱跨运车锂电池管理系统，其特征在于：所述双向DC-DC变换器为三相交错并联式双向DC-DC变换器。

3.如权利要求2所述的一种集装箱跨运车锂电池管理系统，其特征在于：所述双向DC-DC变换器的功率为100kW～300kW。

4.如权利要求2所述的一种集装箱跨运车锂电池管理系统，其特征在于：所述双向DC-DC变换器上还配有风冷系统。

5.如权利要求1所述的一种集装箱跨运车锂电池管理系统，其特征在于：所述锂电池组并联于所述整流器与所述逆变器之间。

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