全锂电池轮胎式龙门起重机技术应用
来源:用户上传
作者:
近年来，为实现节能减排和经济可持续发展，国内集装箱码头纷纷实施轮胎式龙门起重机（以下简称“轮胎吊”）“油改电”项目。“油改电”轮胎吊以市电为主要动力源，作业时由市电提供动力，仅在转场时由柴油发动机提供动力，具有较好的节能效果，但仍然存在不足之处：（1）“油改电”轮胎吊转场时由柴油发动机提供动力，未彻底解决高污染和高油耗等问题;（2）轮胎吊“油改电”项目涉及市电设施建设，工期较长且投资较大，对码头日常运营产生一定影响。全锂电池轮胎吊能够较好地解决上述问题。与传统的“油改电”轮胎吊相比，全锂电池轮胎吊以大功率锂电池组为动力源，主要涉及设备单体改造，而不要求码头堆场实现市电设施全覆盖，具有低能耗、零排放、投资小、对码头日常运营影响较小等优点。本文介绍全锂电池轮胎吊技术应用，以期为集装箱码头实施轮胎吊“油改电”项目提供参考。
1 全锂电池轮胎吊动力配置及技术要求
1.1 动力配置
全锂电池轮胎吊动力配置如下：起升电机额定功率为210 kW;小车电机额定功率为30 kW;大车电机有2台，每台额定功率为45 kW;转场电机有2台，每台额定功率为15 kW;吊具电机额定功率为7.5 kW。上述电机均采用交流电，额定电压为380 V。
1.2 技術要求
（1）每个工作日2个作业班次，每个作业班次的作业时间为，轮胎吊平均作业效率为15自然箱/h。
（2）轮胎吊大车转场时的最长移动距离为300 m。
（3）断开市电后，轮胎吊自动切换为锂电池供电模式;接入市电后，轮胎吊自动断开锂电池电源并转为充电模式。
（4）锂电池系统具有电池监测功能，能够实时监测锂电池组的电压和内阻等数据。
（5）轮胎吊司机室设置一键启停按钮并安装指示灯，通过指示灯显示锂电池系统的工作状态，并在系统异常或故障情况下发出警示。
（6）交流转直流充电器不受启停按钮影响，一旦接入市电，即开始对锂电池充电;当发生充电故障时，故障信息自动发送至电气房和电池房的可编程逻辑控制器，同时司机室内的指示灯发出警示。
（7）在锂电池供电模式下，通过恒压恒频逆变器为整机辅助设备提供交流电源。
2 全锂电池轮胎吊电力系统构成
2.1 概述
全锂电池轮胎吊电力系统（见图1）由动力锂电池系统、锂电池管理系统、锂电池充电系统和应急供电系统构成。锂电池充电系统采用交流电转直流电的充电形式;恒压恒频逆变器为锂电池充电器和轮胎吊辅助设备提供恒压恒频的不间断电源;应急供电系统由原柴油机供电线路改造而成。
2.2 动力锂电池系统
动力锂电池系统由112个电池标准箱按照4组并联、每组28个串联的形式组成，设计容量400 A h，荷电状态25%～95%，直流电压534～656 V。电池标准箱由额定电压3.55 V、标称容量9 A h的多元复合锂电池以串联和并联方式组成，并与锂电池管理系统采样单元组成电池箱（堆）。电池箱（堆）针对全锂电池轮胎吊的结构特点和技术要求采用模块化设计，布局合理，便于安装和维护。动力锂电池系统采用公共直流母线技术，能够将设备下降和制动过程中产生的势能回馈至锂电池充电系统，实现能量回收。按照轮胎吊平均作业效率15自然箱/h、单箱耗电量1 kW h（不含轮胎吊停机和转场时的耗电量）的工况计算，动力锂电池系统容量达到396 A h且直流电压达到568 V即可满足轮胎吊作业要求，最大充电电流为200 A，充满电仅需90 min。
2.3 锂电池管理系统
锂电池管理系统内部及其与整机控制器和锂电池充电器之间均采用控制器局域网络总线通信方式，并通过与整机控制器的配合，实现对动力锂电池系统充放电功能的控制和动力锂电池系统运行状况的实时监测。当动力锂电池系统发生故障时，锂电池管理系统能够及时上传故障信息，并根据控制策略采取相应措施。锂电池管理系统主要有以下功能。
（1）监测功能 实时监测锂电池单体的电压和温度以及锂电池组的电压、充电电流、放电电流和绝缘电阻等。
（2）报警功能 对过压、欠压、过温、过流、绝缘故障等情况发出报警信息，并调整参数或停机，以确保动力锂电池系统运行安全。
（3）保护功能 在过压、欠压、过温、过流、绝缘故障等情况下，若未在规定时间内收到整机控制器或锂电池充电器的响应信息，则自行控制故障锂电池组退出运行。
（4）通信功能 以控制器局域网络总线通信方式或RS485通信方式与其他设备（如整机控制器等）通信，接收和发送动力锂电池系统运行信息。
（5）自动诊断功能 自动诊断通信异常情况，上传故障信息并作相应处理。
（6）荷电状态标定功能 预估锂电池组荷电状态，并在荷电状态算法中考虑锂电池组自放电、温度等外部因素，当满足条件时标定荷电状态。
（7）均衡功能 采用被动均衡方式实现锂电池组的均衡，根据锂电池组的运行状态控制相应的均衡通道，从而改善锂电池组的一致性。
3 全锂电池轮胎吊的经济和社会效益
（1）经济效益 从单箱能耗成本来看：柴油轮胎吊单箱耗油量为2.1 L，按柴油价格5.8元/L计算，单箱能耗成本为12.18元;全锂电池轮胎吊单箱耗电量为2.49 kW h（包含轮胎吊停机和转场时的耗电量），按电力价格1.053元/（kW h）计算，单箱能耗成本约2.62元，比柴油轮胎吊的单箱能耗成本下降近80%。
（2）社会效益 柴油轮胎吊由大功率柴油发动机驱动，不仅能量转换效率低，而且会排放氮氧化物、硫氧化物、挥发性有机化合物、颗粒物等污染物并产生噪声，造成严重环境污染;相比之下，全锂电池轮胎吊实现污染物零排放，具有能源利用效率高、节能环保的优点。
（编辑：张敏 收稿日期：2018-11-26）
转载注明来源:https://www.xzbu.com/3/view-14847632.htm
