鋰電池技術在輪胎式起重機上的應用

景慧軍 袁 奕

（上海振華重工（集團）股份有限公司，上海200125）

0 引言

輪胎式集裝箱龍門起重機（簡稱輪胎吊，RTG）是集裝箱堆場裝卸作業的關鍵設備，其靈活的裝卸性能深受用戶歡迎，但大量的燃油消耗和下降過程中的能量浪費一直是這種設備的瑕疵。隨著混合動力汽車技術的發展，在輪胎吊上加裝鋰電池和鋰電池充放電控制系統，與柴油發電機系統配合使用的技術應運而生，降低了柴油機的油耗。這種輪胎吊一般被稱為混合動力輪胎吊。

1 混合動力輪胎吊的工作原理

輪胎吊一般由3大機構組成，即起升機構、小車機構和大車機構，其中起升機構所需要的能量最大，占RTG所需能量的65%以上。起升機構在上升時由柴油發電機提供能量，而起升機構下降時要產生一定的能量，常規輪胎吊是通過能耗電阻把這部分能量消耗掉，但這種方式既不節能又不環保。而在輪胎吊上面加裝鋰電池系統就能很好地解決這個問題。把起升機構下降時產生的能量儲存在鋰電池里面，起升機構上升時由柴油發電機和鋰電池共同驅動。由于鋰電池能提供大部分能量，這樣柴油發電機的容量就可選小很多。鋰電池系統的電池容量越大，柴油發電機組的容量就越小，節能效果就越好。

如圖1所示，當RTG吊起集裝箱時，柴油發電機和鋰電池系統共同提供起升機構的能量（圖1中的黑色箭頭），實線框內為鋰電池系統。當起升機構吊起集裝箱下降時，位能轉變為電能，起升機構通過充放電控制系統將下降的能量儲存到鋰電池中（圖1中的虛線箭頭），從而為下一個循環中起升機構的上升提供能量。

圖1 混合動力系統工作原理示意圖

一般混合動力輪胎吊仍然配制動單元和能耗電阻，主要是考慮當鋰電池系統出現故障時，輪胎吊能夠慢速運行，從而離開作業區域，以保證混合動力輪胎吊的可靠性。但是能耗電阻的功率可以選小一點，只要考慮起升空載時慢速升降和輪胎吊大車機構、小車機構的正常運行即可。

2 鋰電池系統在具體項目中的應用

本文以巴基斯坦混合動力輪胎吊為例，介紹一下鋰電池系統的應用。圖2為巴基斯坦項目驅動單線圖。

圖2 巴基斯坦項目驅動單線圖

如圖2所示，本項目的電控為富士系統，富士系統的起升變頻器HINV集成了整流和逆變2種功能，所以起升變頻器上面為整流部分，下面為逆變部分。INVPWR是從柴油發電機輸出給起升變頻器HINV的電源，經過起升變頻器HINV的整流，變成直流電源P1輸入給鋰電池系統。經過鋰電池系統的升壓、充放電等等處理，輸出電源P＋作為起升變頻器HINV、小車變頻器TINV、大車變頻器GINV的直流母排電源，其中N為P1和P＋的共用零線。

本項目的鋰電池系統為日本住友公司提供，采用14組鋰電池，每組電池有8個，所以總共有112個電池串聯，如圖3所示。

圖3中畫出了電池組BAT1、BAT2和BAT3，BAT4～BAT14省略不畫。這14組電池串聯在一起作為電源05P2、05 N2。

圖3 鋰電池系統電池回路

每一組蓄電池都有監測系統，用來監視蓄電池的儲存電量、每一個電池的電壓／溫度，并且能夠自動均衡每一個電池的容量。蓄電池串聯后接入變頻器CONV2（圖4），P3、N1為變頻器CONV2的輸入電源，輸出P5、N1作為起升、大車、小車變頻器的直流母排電源。

圖4 變頻器CONV2

3 混合動力輪胎吊的優點

混合動力輪胎吊和常規柴油發電機驅動的輪胎吊比較優點非常多，最突出的是節省燃油；其次，由于混合動力輪胎吊使用的是小功率柴油機，從而降低了噪音和廢氣的排放。混合動力輪胎吊消除了常規型輪胎吊的主要弊端，為輪胎吊這種集裝箱作業機器得到廣泛應用提供了技術上的支持。當然還有一種更加環保的輪胎吊，就是市電輪胎吊，這種輪胎吊需要碼頭堆場提供市電電源，用市電電源來代替柴油發電機向輪胎吊供電。混合動力輪胎吊和市電輪胎吊比較優點也是很明顯的：首先，市電輪胎吊需要碼頭堆場提供市電電源，這樣碼頭堆場在規劃設計時就要考慮市電電源的敷設，而混合動力輪胎吊對碼頭堆場的要求比較少；其次，市電輪胎吊在轉場的時候要先斷市電電源，然后用柴油發電機供電來實現轉場，轉好后要重新接入市電電源，這樣一來市電輪胎吊的工作效率和靈活性就比混合動力輪胎吊差很多。總而言之，混合動力輪胎吊比常規輪胎吊和市電輪胎吊更加優越。

［1］巴基斯坦項目電控原理圖［Z］.

［2］住友鋰電池系統原理圖［Z］.