混合動力rtg動力電池儲能放能分級限制裝置及其限制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種混合動力RTG動力電池儲能放能分級限制裝置，所述的裝置包括實時檢測動力電池充/放電工作電流的電流傳感器、實時檢測動力電池工作溫度的溫度傳感器、分級限制運算器、參數(shù)調(diào)節(jié)器、分級限制開關(guān)和分級限制電位器。還公開了一種混合動力RTG動力電池儲能放能分級限制方法。本發(fā)明分級限制裝置能對動力電池儲能放能進行實時分級安全限制，保證混合動力RTG的安全運行，防止動力電池因長期劇烈的沖擊性充/放電而造成電池過熱、過流、損害電池壽命等現(xiàn)象，且分級限制方法容易實現(xiàn)，實用性強。
【專利說明】混合動力RTG動力電池儲能放能分級限制裝置及其限制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及混合動力RTG動力電池,具體地說,是混合動力RTG動力電池儲能放能分級限制裝置及其限制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]輪胎式集裝箱起重機(Rubber tyre gantry,簡稱RTG)是世界各大集裝箱專業(yè)化碼頭堆場的主要裝卸設(shè)備。傳統(tǒng)的RTG由機載柴油發(fā)電機組(簡稱柴電機組)作為主動力電源，其能量轉(zhuǎn)換效率低、能耗大，作業(yè)時排放大量廢氣、黑煙且產(chǎn)生高噪音，這些突出問題越來越不能滿足日益嚴格的節(jié)能環(huán)保要求。由鋰離子電池作為主動力電源并匹配小功率柴電機組，組成的新型RTG混合動力供電系統(tǒng)能大幅度降低RTG的能源消耗，降低噪音，減少大氣污染，可顯著地節(jié)能節(jié)支。
[0003]但是，RTG在提箱和落箱的循環(huán)裝卸作業(yè)過程中，其起升機構(gòu)的負荷波動劇烈。驅(qū)動電機在提箱過程中作為電動機運行，由動力電池供電，而在落箱過程中，因集裝箱重力位能的作用而使得驅(qū)動電機作為發(fā)電機運行，需由動力電池吸收這部分的再生能量。動力電池在RTG重箱高速運行作業(yè)中，不斷地快速、頻繁、高功率、大電流儲能放能(充/放電)，會導(dǎo)致動力電池的運行存在安全隱患。
[0004]因此，為了保證混合動力RTG的安全運行，防止動力電池因長期劇烈的沖擊性充/放電而造成電池過熱、過流、損害電池壽命等現(xiàn)象，需要一種儲能放能安全限制裝置。關(guān)于本發(fā)明的混合動力RTG動力電池儲能放能分級限制裝置，目前還未見報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種混合動力RTG動力電池儲能放能分級限制裝置。該分級限制裝置能實時檢測和計算動力電池實際充/放電過載倍數(shù)和動力電池溫度倍數(shù)，通過對RTG起升操作主令控制器輸出的起升(提箱)信號和下降(落箱)信號的限制，來對動力電池儲能放能(充/放電)進行分級安全限制，從而實現(xiàn)對動力電池的安全保護。
[0006]本發(fā)明的另一個目的是，提供一種混合動力RTG動力電池儲能放能分級限制方法。
[0007]為實現(xiàn)上述第一個目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
一種混合動力RTG動力電池儲能放能分級限制裝置，所述的裝置包括實時檢測動力電池充/放電工作電流的電流傳感器、實時檢測動力電池工作溫度的溫度傳感器、分級限制運算器、參數(shù)調(diào)節(jié)器、分級限制開關(guān)和分級限制電位器；所述的電流傳感器和溫度傳感器將信號送入分級限制運算器中，分級限制運算器實時計算、檢測當前動力電池的充/放電過載倍數(shù)和溫度倍數(shù)，再輸出信號通過分級限制開關(guān)控制RTG起升操作主令控制器輸出的提箱/落箱信號，通過提箱/落箱信號使分級限制電位器作分級限制，最后經(jīng)由輸出端口控制RTG的DC/AC變流器，限制動力電池的充/放電電流；所述的參數(shù)調(diào)節(jié)器為分級限制運算器設(shè)定額定電流、限制電流倍數(shù)、額定溫度和限制溫度倍數(shù)。
[0008]進一步地，所述的分級限制運算器設(shè)有電流限制運算單元、溫度限制運算單元和分級限制判別單元，所述電流限制運算單元和溫度限制運算單元的信號均輸出給分級限制判別單元。
[0009]進一步地，所述的電流限制運算單元和溫度限制運算單元均設(shè)有乘法器和對應(yīng)每個乘法器的比較器。
[0010]進一步地，所述的電流限制運算單元的乘法器設(shè)有兩個，分別輸出一級和二級電流限制設(shè)定信號，各乘法器對應(yīng)的比較器將當前電流分別與一級和二級電流限制設(shè)定信號進行比較，比較后的差值分別作為一級和二級電流限制信號。
[0011]進一步地，所述的溫度限制運算單元的乘法器設(shè)有兩個，分別輸出一級和二級溫度限制設(shè)定信號，各乘法器對應(yīng)的比較器將當前溫度分別與一級和二級溫度限制設(shè)定信號進行比較，比較后的差值分別作為一級和二級溫度限制信號。
[0012]進一步地，所述的分級限制判別單元設(shè)有加法器和控制分級限制開關(guān)的觸發(fā)器。
[0013]進一步地，所述的加法器設(shè)有兩個，其中一個加法器輸出電流和溫度的一級綜合限制信號，另一個加法器輸出電流和溫度的二級綜合限制信號。
[0014]進一步地，所述分級限制判別單元的觸發(fā)器設(shè)有三個，分別控制分級限制開關(guān)中的零級限制開關(guān)、一級限制開關(guān)和二級限制開關(guān)。
[0015]進一步地，所述的參數(shù)調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)定面板上設(shè)有六個電位器，分別設(shè)定額定電流、一級限制電流倍數(shù)、二級限制電流倍數(shù)、額定溫度、一級限制溫度倍數(shù)和二級限制溫度倍數(shù)。
[0016]為實現(xiàn)上述第二個目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:
一種混合動力RTG動力電池儲能放能分級限制方法，其特征在于，為動力電池設(shè)置分級限制裝置，所述的分級限制裝置包括實時檢測動力電池充/放電工作電流的電流傳感器、實時檢測動力電池工作溫度的溫度傳感器、分級限制運算器、參數(shù)調(diào)節(jié)器、分級限制開關(guān)和分級限制電位器；
參數(shù)調(diào)節(jié)器為分級限制運算器設(shè)定額定電流厶、一級限制電流倍數(shù)、二級限制電流倍數(shù)I2、額定溫度4、一級限制溫度倍數(shù)L和二級限制溫度倍數(shù)；
分級限制運算器設(shè)有電流限制運算單元、溫度限制運算單元和分級限制判別單元；電流限制運算單元的兩個乘法器分別輸出一級電流限制設(shè)定信號I1Zc和二級電流限制設(shè)定信號kd2Ic,然后各乘法器對應(yīng)的比較器將當前電流I分別與夂Λ和kd2Ic進行比較，比較后的差值和分別作為一級電流限制信號和二級電流限制信號輸出給分級限制判別單元；溫度限制運算單元的兩個乘法器分別輸出一級溫度限制設(shè)定信號久it和二級溫度限制設(shè)定信號44，然后各乘法器對應(yīng)的比較器將當前溫度t分別與久Λ和久義進行比較，比較后的差值和分別作為一級度限制信號和二級溫度限制信號輸出給分級限制判別單元；分級限制判別單元的一個加法器輸出電流和溫度的一級綜合限制信號，另一個加法器輸出電流和溫度的二級綜合限制信號，分級限制判別單元還設(shè)有第一觸發(fā)器、第二觸發(fā)器和第三觸發(fā)器，分別控制分級限制開關(guān)中的零級限制開關(guān)、一級限制開關(guān)和二級限制開關(guān)；
當時，第一觸發(fā)器動作，零級限制開關(guān)閉合，一級限制開關(guān)和二級限制開關(guān)斷開，此時不作限制；當且時，第二觸發(fā)器動作，一級限制開關(guān)閉合，零級限制開關(guān)和二級限制開關(guān)斷開；當時，第三觸發(fā)器動作，二級限制開關(guān)閉合，零級限制開關(guān)和一級限制開關(guān)斷開；分級限制開關(guān)控制RTG起升操作主令控制器輸出的提箱/落箱信號，通過提箱/落箱信號使分級限制電位器作分級限制，最后經(jīng)由輸出端口控制RTG的DC/AC變流器，限制動力電池的充/放電電流。
[0017]需要說明的是，本發(fā)明混合動力RTG動力電池儲能放能分級限制裝置的分級限制運算器，既可以采用電子運算模擬電路實現(xiàn)，也可以采用帶CPU的嵌入式數(shù)字電路實現(xiàn)，從而實現(xiàn)RTG動力電池儲能放能分級限制的智能化安全控制。分級限制的級別設(shè)置不限于本發(fā)明所述的零級、一級和二級，可根據(jù)實際需要具體設(shè)定級別數(shù)。
[0018]本發(fā)明優(yōu)點在于:
1、本發(fā)明提供了一種混合動力RTG動力電池儲能放能分級限制裝置，該分級限制裝置能實時檢測和計算動力電池實際充/放電過載倍數(shù)和動力電池溫度倍數(shù)，通過對RTG起升操作主令控制器輸出的起升(提箱)信號和下降(落箱)信號的限制，來對動力電池儲能放能(充/放電)進行分級安全限制；
2、使得動力電池在RTG重箱高速運行作業(yè)中，適應(yīng)快速、頻繁、高功率、大電流儲能放能(充/放電)動作，可保證混合動力RTG的安全運行，防止動力電池因長期劇烈的沖擊性充/放電而造成電池過熱、過流、損害電池壽命等現(xiàn)象；
3、本發(fā)明還提供了一種混合動力RTG動力電池儲能放能分級限制方法，該方法容易實現(xiàn)，實用性強。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]附圖1是混合動力RTG動力電池儲能放能安全限制原理圖。
[0020]附圖2是參數(shù)調(diào)節(jié)器示意圖。
[0021]附圖3是分級限制運算器的原理圖。
[0022]附圖中涉及的附圖標記和組成部分如下所示:
圖1中，001——柴電機組(輔助電源)，002——AC/DC變流器，003——動力電池(主電源)，004——輔助電源斷路器，005——主電源斷路器，006——直流母排，007——DC/AC變流器，008—起升機構(gòu)驅(qū)動電動機，009—起升操作主令控制器；101—分級限制運算器，102—電流傳感器，103—溫度傳感器，104—零級限制開關(guān)，105——一級限制開關(guān)，106—二級限制開關(guān)，107—分級限制電位器，108—參數(shù)調(diào)節(jié)器。
[0023]圖2中，115—額定電流設(shè)定電位器，116——一級限制電流倍數(shù)設(shè)定電位器，117—二級限制電流倍數(shù)設(shè)定電位器，125—額定溫度設(shè)定電位器，126——一級限制溫度倍數(shù)設(shè)定電位器，127——二級限制溫度倍數(shù)設(shè)定電位器。
[0024]圖3中，110—電流限制運算單元，120——溫度限制運算單元，130——分級限制判別單元，111、112、121、122——乘法器，113、114、123、124——比較器，131、132——加法器，133—第一觸發(fā)器，134—第二觸發(fā)器，135——第三觸發(fā)器。
【具體實施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的【具體實施方式】作詳細說明。[0026]請參照圖1，圖1所示為混合動力RTG動力電池儲能放能安全限制原理圖。RTG混合動力供電系統(tǒng)包括作為輔助電源的柴電機組001和作為主電源的動力電池003。柴電機組001通過AC/DC變流器002和輔助電源斷路器004與直流母排006連接，動力電池003通過主電源斷路器005與直流母排006連接。起升機構(gòu)驅(qū)動電動機008通過DC/AC變流器007連接直流母排006。本實施例的分級限制裝置包括實時檢測動力電池003充/放電工作電流的電流傳感器102、實時檢測動力電池003工作溫度的溫度傳感器103、分級限制運算器101、參數(shù)調(diào)節(jié)器108、零級限制開關(guān)104、一級限制開關(guān)105、二級限制開關(guān)106和分級限制電位器107。
[0027]電流傳感器102和溫度傳感器103將實時檢測信號分別通過輸入端口 1/0-2和I/0-1送入到分級限制運算器101中，分級限制運算器101輸出控制信號控制起升操作主令控制器009。起升操作主令控制器009由輸入端口 1/0-3再輸出提箱/落箱信號，通過或不通過分級限制電位器107作相應(yīng)限制，最后由輸出端口 1/0-4控制DC/AC變流器007，來限制動力電池003的充/放電電流。
[0028]請參照圖2，所述的參數(shù)調(diào)節(jié)器108的參數(shù)設(shè)定面板上設(shè)有六個電位器(額定電流設(shè)定電位器115，一級限制電流倍數(shù)設(shè)定電位器116，二級限制電流倍數(shù)設(shè)定電位器117，額定溫度設(shè)定電位器125，一級限制溫度倍數(shù)設(shè)定電位器126，二級限制溫度倍數(shù)設(shè)定電位器127)，分別為分級限制運算器101設(shè)定額定電流厶、一級限制電流倍數(shù)、二級限制電流倍數(shù)I2、額定溫度4、一級限制溫度倍數(shù)L和二級限制溫度倍數(shù)久2。
[0029]請參照圖3，圖3是分級限制運算器101的原理圖。分級限制運算器101設(shè)有電流限制運算單元110、溫度限制運算單元120和分級限制判別單元130。電流限制運算單元110設(shè)有乘法器111 (輸出一級電流限制設(shè)定信號)、乘法器112 (輸出二級電流限制設(shè)定信號)和對應(yīng)的比較器113 (輸出一級電流限制信號)、比較器114 (輸出二級電流限制信號)。溫度限制運算單元120設(shè)有乘法器121 (輸出一級溫度限制設(shè)定信號)、乘法器122 (輸出二級溫度限制設(shè)定信號)和對應(yīng)的比較器123 (輸出一級溫度限制信號)、比較器124 (輸出二級溫度限制信號)。
[0030]分級限制判別單元130設(shè)有加法器131(輸出電流和溫度的一級綜合限制信號)、加法器132(輸出電流和溫度的二級綜合限制信號)、第一觸發(fā)器133(連接零級限制開關(guān)104)、第二觸發(fā)器134 (連接一級限制開關(guān)105)和第三觸發(fā)器135 (連接二級限制開關(guān)106)。
[0031]本發(fā)明一種混合動力RTG動力電池儲能放能分級限制方法，具體步驟為:
(1)通過參數(shù)調(diào)節(jié)器108為分級限制運算器101設(shè)定額定電流厶、一級限制電流倍數(shù)
4、二級限制電流倍數(shù)七2、額定溫度4、一級限制溫度倍數(shù)乜和二級限制溫度倍數(shù)久2 ;電流傳感器102和溫度傳感器103分別為分級限制運算器101送入當前電流J和當前溫度t ；
(2)電流限制運算單元110的乘法器111和乘法器112分別輸出一級電流限制設(shè)定信號I1厶和二級電流限制設(shè)定信號I2Tc，然后對應(yīng)的比較器113和比較器114將當前電流/分別與和進行比較，比較后的差值和分別作為一級電流限制信號和二級電流限制信號輸出給分級限制判別單元130 ；
(3)溫度限制運算單元120的乘法器121和乘法器122分別輸出一級溫度限制設(shè)定信號冬和二級溫度限制設(shè)定信號久2&，然后對應(yīng)的比較器123和比較器124將當前溫度t分別與和冬進行比較，比較后的差值和分別作為一級度限制信號和二級溫度限制信號輸出給分級限制判別單元130 ；
(4)分級限制判別單元130的加法器131輸出電流和溫度的一級綜合限制信號，加法器132輸出電流和溫度的二級綜合限制信號，分級限制判別單元130的第一觸發(fā)器133控制零級限制開關(guān)104，第二觸發(fā)器134控制一級限制開關(guān)105，第三觸發(fā)器135控制二級限制開關(guān)106 ；
(5)當時，第一觸發(fā)器133動作，零級限制開關(guān)104閉合，一級限制開關(guān)105和二級限制開關(guān)106斷開，起升操作主令控制器009輸出的提箱/落箱信號不作限制，直接由輸出端口1/0-4控制DC/AC變流器007 ；
當且時，第二觸發(fā)器134動作，一級限制開關(guān)105閉合，零級限制開關(guān)104和二級限制開關(guān)106斷開，起升操作主令控制器009輸出的提箱/落箱信號通過分級限制電位器107作一級限制，然后由輸出端口 1/0-4控制DC/AC變流器007 ；
當時，第三觸發(fā)器135動作，二級限制開關(guān)106閉合，零級限制開關(guān)104和一級限制開關(guān)105斷開，起升操作主令控制器009輸出的提箱/落箱信號通過分級限制電位器107作二級限制，然后由輸出端口 1/0-4控制DC/AC變流器007。
[0032]這樣，當動力電池003的工作溫度和充/放電電流正常時()、高于一級閾值且低于二級閾值時(且)、高于二級閾值時()，分級限制裝置都能相應(yīng)地對動力電池003儲能放能(充/放電)進行分級安全限制，保證混合動力RTG的安全運行。
[0033]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入本發(fā)明要求保護的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種混合動力RTG動力電池儲能放能分級限制裝置，其特征在于，所述的裝置包括實時檢測動力電池充/放電工作電流的電流傳感器、實時檢測動力電池工作溫度的溫度傳感器、分級限制運算器、參數(shù)調(diào)節(jié)器、分級限制開關(guān)和分級限制電位器；所述的電流傳感器和溫度傳感器將信號送入分級限制運算器中，分級限制運算器實時計算、檢測當前動力電池的充/放電過載倍數(shù)和溫度倍數(shù)，再輸出信號通過分級限制開關(guān)控制RTG起升操作主令控制器輸出的提箱/落箱信號，通過提箱/落箱信號使分級限制電位器作分級限制，最后經(jīng)由輸出端口控制RTG的DC/AC變流器，限制動力電池的充/放電電流；所述的參數(shù)調(diào)節(jié)器為分級限制運算器設(shè)定額定電流、限制電流倍數(shù)、額定溫度和限制溫度倍數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動力RTG動力電池儲能放能分級限制裝置，其特征在于，所述的分級限制運算器設(shè)有電流限制運算單元、溫度限制運算單元和分級限制判別單元，所述電流限制運算單元和溫度限制運算單元的信號均輸出給分級限制判別單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合動力RTG動力電池儲能放能分級限制裝置，其特征在于，所述的電流限制運算單元和溫度限制運算單元均設(shè)有乘法器和對應(yīng)每個乘法器的比較器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混合動力RTG動力電池儲能放能分級限制裝置，其特征在于，所述的電流限制運算單元的乘法器設(shè)有兩個，分別輸出一級和二級電流限制設(shè)定信號，各乘法器對應(yīng)的比較器將當前電流分別與一級和二級電流限制設(shè)定信號進行比較，比較后的差值分別作為一級和二級電流限制信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的混合動力RTG動力電池儲能放能分級限制裝置，其特征在于，所述的溫度限制運算單元的乘法器設(shè)有兩個，分別輸出一級和二級溫度限制設(shè)定信號，各乘法器對應(yīng)的比較器將當 前溫度分別與一級和二級溫度限制設(shè)定信號進行比較，比較后的差值分別作為一級和二級溫度限制信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合動力RTG動力電池儲能放能分級限制裝置，其特征在于，所述的分級限制判別單元設(shè)有加法器和控制分級限制開關(guān)的觸發(fā)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的混合動力RTG動力電池儲能放能分級限制裝置，其特征在于，所述的加法器設(shè)有兩個，其中一個加法器輸出電流和溫度的一級綜合限制信號，另一個加法器輸出電流和溫度的二級綜合限制信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的混合動力RTG動力電池儲能放能分級限制裝置，其特征在于，所述分級限制判別單元的觸發(fā)器設(shè)有三個，分別控制分級限制開關(guān)中的零級限制開關(guān)、一級限制開關(guān)和二級限制開關(guān)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動力RTG動力電池儲能放能分級限制裝置，其特征在于，所述的參數(shù)調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)定面板上設(shè)有六個電位器，分別設(shè)定額定電流、一級限制電流倍數(shù)、二級限制電流倍數(shù)、額定溫度、一級限制溫度倍數(shù)和二級限制溫度倍數(shù)。
10.一種混合動力RTG動力電池儲能放能分級限制方法，其特征在于，為動力電池設(shè)置分級限制裝置，所述的分級限制裝置包括實時檢測動力電池充/放電工作電流的電流傳感器、實時檢測動力電池工作溫度的溫度傳感器、分級限制運算器、參數(shù)調(diào)節(jié)器、分級限制開關(guān)和分級限制電位器； 參數(shù)調(diào)節(jié)器為分級限制運算器設(shè)定額定電流厶、一級限制電流倍數(shù)、二級限制電流倍數(shù)I2、額定溫度4、一級限制溫度倍數(shù)L和二級限制溫度倍數(shù)； 分級限制運算器設(shè)有電流限制運算單元、溫度限制運算單元和分級限制判別單元；電流限制運算單元的兩個乘法器分別輸出一級電流限制設(shè)定信號I1Zc和二級電流限制設(shè)定信號kd2Ic,然后各乘法器對應(yīng)的比較器將當前電流I分別與夂Λ和kd2Ic進行比較，比較后的差值和分別作為一級電流限制信號和二級電流限制信號輸出給分級限制判別單元；溫度限制運算單元的兩個乘法器分別輸出一級溫度限制設(shè)定信號久it和二級溫度限制設(shè)定信號44，然后各乘法器對應(yīng)的比較器將當前溫度t分別與久Λ和久義進行比較，比較后的差值和分別作為一級度限制信號和二級溫度限制信號輸出給分級限制判別單元；分級限制判別單元的一個加法器輸出電流和溫度的一級綜合限制信號，另一個加法器輸出電流和溫度的二級綜合限制信號，分級限制判別單元還設(shè)有第一觸發(fā)器、第二觸發(fā)器和第三觸發(fā)器，分別控制分級限制開關(guān)中的零級限制開關(guān)、一級限制開關(guān)和二級限制開關(guān)； 當時，第一觸發(fā)器動作，零級限制開關(guān)閉合，一級限制開關(guān)和二級限制開關(guān)斷開，此時不作限制；當且時，第二觸發(fā)器動作，一級限制開關(guān)閉合，零級限制開關(guān)和二級限制開關(guān)斷開；當時，第三觸發(fā)器動作，二級限制開關(guān)閉合，零級限制開關(guān)和一級限制開關(guān)斷開；分級限制開關(guān)控制RTG起升操作主令控制器輸出的提箱/落箱信號，通過提箱/落箱信號使分級限制電位器作分級限制，最后經(jīng)由輸出端口控制RTG的DC/AC變流器，限制動力電池 的充/放電電流。
【文檔編號】H01M10/42GK103606714SQ201310589550
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月20日
【發(fā)明者】褚建新, 翟琳, 牛王強, 黃細霞, 甘世紅 申請人:上海海事大學(xué)