混合动力RTG动力电池储能放能分级限制装置及其限制方法

摘要

本发明公开了一种混合动力RTG动力电池储能放能分级限制装置，所述的装置包括实时检测动力电池充/放电工作电流的电流传感器、实时检测动力电池工作温度的温度传感器、分级限制运算器、参数调节器、分级限制开关和分级限制电位器。还公开了一种混合动力RTG动力电池储能放能分级限制方法。本发明分级限制装置能对动力电池储能放能进行实时分级安全限制，保证混合动力RTG的安全运行，防止动力电池因长期剧烈的冲击性充/放电而造成电池过热、过流、损害电池寿命等现象，且分级限制方法容易实现，实用性强。

说明书

技术领域

本发明涉及混合动力RTG动力电池，具体地说，是混合动力RTG动力电池储能放能分级限制装置及其限制方法。

背景技术

轮胎式集装箱起重机（Rubber tyre gantry，简称RTG）是世界各大集装箱专业化码头堆场的主要装卸设备。传统的RTG由机载柴油发电机组（简称柴电机组）作为主动力电源，其能量转换效率低、能耗大，作业时排放大量废气、黑烟且产生高噪音，这些突出问题越来越不能满足日益严格的节能环保要求。由锂离子电池作为主动力电源并匹配小功率柴电机组，组成的新型RTG混合动力供电系统能大幅度降低RTG的能源消耗，降低噪音，减少大气污染，可显著地节能节支。

但是，RTG在提箱和落箱的循环装卸作业过程中，其起升机构的负荷波动剧烈。驱动电机在提箱过程中作为电动机运行，由动力电池供电，而在落箱过程中，因集装箱重力位能的作用而使得驱动电机作为发电机运行，需由动力电池吸收这部分的再生能量。动力电池在RTG重箱高速运行作业中，不断地快速、频繁、高功率、大电流储能放能（充/放电），会导致动力电池的运行存在安全隐患。

因此，为了保证混合动力RTG的安全运行，防止动力电池因长期剧烈的冲击性充/放电而造成电池过热、过流、损害电池寿命等现象，需要一种储能放能安全限制装置。关于本发明的混合动力RTG动力电池储能放能分级限制装置，目前还未见报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种混合动力RTG动力电池储能放能分级限制装置。该分级限制装置能实时检测和计算动力电池实际充/放电过载倍数和动力电池温度倍数，通过对RTG起升操作主令控制器输出的起升（提箱）信号和下降（落箱）信号的限制，来对动力电池储能放能（充/放电）进行分级安全限制，从而实现对动力电池的安全保护。

本发明的另一个目的是，提供一种混合动力RTG动力电池储能放能分级限制方法。

为实现上述第一个目的，本发明采取的技术方案是：

一种混合动力RTG动力电池储能放能分级限制装置，所述的装置包括实时检测动力电池充/放电工作电流的电流传感器、实时检测动力电池工作温度的温度传感器、分级限制运算器、参数调节器、分级限制开关和分级限制电位器；所述的电流传感器和温度传感器将信号送入分级限制运算器中，分级限制运算器实时计算、检测当前动力电池的充/放电过载倍数和温度倍数，再输出信号通过分级限制开关控制RTG起升操作主令控制器输出的提箱/落箱信号，通过提箱/落箱信号使分级限制电位器作分级限制，最后经由输出端口控制RTG的DC/AC变流器，限制动力电池的充/放电电流；所述的参数调节器为分级限制运算器设定额定电流、限制电流倍数、额定温度和限制温度倍数。

进一步地，所述的分级限制运算器设有电流限制运算单元、温度限制运算单元和分级限制判别单元，所述电流限制运算单元和温度限制运算单元的信号均输出给分级限制判别单元。

进一步地，所述的电流限制运算单元和温度限制运算单元均设有乘法器和对应每个乘法器的比较器。

进一步地，所述的电流限制运算单元的乘法器设有两个，分别输出一级和二级电流限制设定信号，各乘法器对应的比较器将当前电流分别与一级和二级电流限制设定信号进行比较，比较后的差值分别作为一级和二级电流限制信号。

进一步地，所述的温度限制运算单元的乘法器设有两个，分别输出一级和二级温度限制设定信号，各乘法器对应的比较器将当前温度分别与一级和二级温度限制设定信号进行比较，比较后的差值分别作为一级和二级温度限制信号。

进一步地，所述的分级限制判别单元设有加法器和控制分级限制开关的触发器。

进一步地，所述的加法器设有两个，其中一个加法器输出电流和温度的一级综合限制信号，另一个加法器输出电流和温度的二级综合限制信号。

进一步地，所述分级限制判别单元的触发器设有三个，分别控制分级限制开关中的零级限制开关、一级限制开关和二级限制开关。

进一步地，所述的参数调节器的参数设定面板上设有六个电位器，分别设定额定电流、一级限制电流倍数、二级限制电流倍数、额定温度、一级限制温度倍数和二级限制温度倍数。

为实现上述第二个目的，本发明采取的技术方案是：

一种混合动力RTG动力电池储能放能分级限制方法，其特征在于，为动力电池设置分级限制装置，所述的分级限制装置包括实时检测动力电池充/放电工作电流的电流传感器、实时检测动力电池工作温度的温度传感器、分级限制运算器、参数调节器、分级限制开关和分级限制电位器；

参数调节器为分级限制运算器设定额定电流I_C、一级限制电流倍数k_d1、二级限制电流倍数k_d2、额定温度T_C、一级限制温度倍数k_t1和二级限制温度倍数k_t2；

分级限制运算器设有电流限制运算单元、温度限制运算单元和分级限制判别单元；电流限制运算单元的两个乘法器分别输出一级电流限制设定信号k_d1I_C和二级电流限制设定信号k_d2I_C，然后各乘法器对应的比较器将当前电流I分别与k_d1I_C和k_d2I_C进行比较，比较后的差值和分别作为一级电流限制信号和二级电流限制信号输出给分级限制判别单元；温度限制运算单元的两个乘法器分别输出一级温度限制设定信号k_t1T_C和二级温度限制设定信号k_t2T_C，然后各乘法器对应的比较器将当前温度t分别与k_t1T_C和k_t2T_C进行比较，比较后的差值和分别作为一级度限制信号和二级温度限制信号输出给分级限制判别单元；分级限制判别单元的一个加法器输出电流和温度的一级综合限制信号，另一个加法器输出电流和温度的二级综合限制信号，分级限制判别单元还设有第一触发器、第二触发器和第三触发器，分别控制分级限制开关中的零级限制开关、一级限制开关和二级限制开关；

当时，第一触发器动作，零级限制开关闭合，一级限制开关和二级限制开关断开，此时不作限制；当且时，第二触发器动作，一级限制开关闭合，零级限制开关和二级限制开关断开；当时，第三触发器动作，二级限制开关闭合，零级限制开关和一级限制开关断开；分级限制开关控制RTG起升操作主令控制器输出的提箱/落箱信号，通过提箱/落箱信号使分级限制电位器作分级限制，最后经由输出端口控制RTG的DC/AC变流器，限制动力电池的充/放电电流。

需要说明的是，本发明混合动力RTG动力电池储能放能分级限制装置的分级限制运算器，既可以采用电子运算模拟电路实现，也可以采用带CPU的嵌入式数字电路实现，从而实现RTG动力电池储能放能分级限制的智能化安全控制。分级限制的级别设置不限于本发明所述的零级、一级和二级，可根据实际需要具体设定级别数。

本发明优点在于：

1、本发明提供了一种混合动力RTG动力电池储能放能分级限制装置，该分级限制装置能实时检测和计算动力电池实际充/放电过载倍数和动力电池温度倍数，通过对RTG起升操作主令控制器输出的起升（提箱）信号和下降（落箱）信号的限制，来对动力电池储能放能（充/放电）进行分级安全限制；

2、使得动力电池在RTG重箱高速运行作业中，适应快速、频繁、高功率、大电流储能放能（充/放电）动作，可保证混合动力RTG的安全运行，防止动力电池因长期剧烈的冲击性充/放电而造成电池过热、过流、损害电池寿命等现象；

3、本发明还提供了一种混合动力RTG动力电池储能放能分级限制方法，该方法容易实现，实用性强。

附图说明

附图1是混合动力RTG动力电池储能放能安全限制原理图。

附图2是参数调节器示意图。

附图3是分级限制运算器的原理图。

附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示：

图1中，001——柴电机组（辅助电源），002——AC/DC变流器，003——动力电池（主电源），004——辅助电源断路器，005——主电源断路器，006——直流母排，007——DC/AC变流器，008——起升机构驱动电动机，009——起升操作主令控制器；101——分级限制运算器，102——电流传感器，103——温度传感器，104——零级限制开关，105——一级限制开关，106——二级限制开关，107——分级限制电位器，108——参数调节器。

图2中，115——额定电流设定电位器，116——一级限制电流倍数设定电位器，117——二级限制电流倍数设定电位器，125——额定温度设定电位器，126——一级限制温度倍数设定电位器，127——二级限制温度倍数设定电位器。

图3中，110——电流限制运算单元，120——温度限制运算单元，130——分级限制判别单元，111、112、121、122——乘法器，113、114、123、124——比较器，131、132——加法器，133——第一触发器，134——第二触发器，135——第三触发器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的具体实施方式作详细说明。

请参照图1，图1所示为混合动力RTG动力电池储能放能安全限制原理图。RTG混合动力供电系统包括作为辅助电源的柴电机组001和作为主电源的动力电池003。柴电机组001通过AC/DC变流器002和辅助电源断路器004与直流母排006连接，动力电池003通过主电源断路器005与直流母排006连接。起升机构驱动电动机008通过DC/AC变流器007连接直流母排006。本实施例的分级限制装置包括实时检测动力电池003充/放电工作电流的电流传感器102、实时检测动力电池003工作温度的温度传感器103、分级限制运算器101、参数调节器108、零级限制开关104、一级限制开关105、二级限制开关106和分级限制电位器107。

电流传感器102和温度传感器103将实时检测信号分别通过输入端口I/O-2和I/O-1送入到分级限制运算器101中，分级限制运算器101输出控制信号控制起升操作主令控制器009。起升操作主令控制器009由输入端口I/O-3再输出提箱/落箱信号，通过或不通过分级限制电位器107作相应限制，最后由输出端口I/O-4控制DC/AC变流器007，来限制动力电池003的充/放电电流。

请参照图2，所述的参数调节器108的参数设定面板上设有六个电位器（额定电流设定电位器115，一级限制电流倍数设定电位器116，二级限制电流倍数设定电位器117，额定温度设定电位器125，一级限制温度倍数设定电位器126，二级限制温度倍数设定电位器127），分别为分级限制运算器101设定额定电流I_C、一级限制电流倍数k_d1、二级限制电流倍数k_d2、额定温度T_C、一级限制温度倍数k_t1和二级限制温度倍数k_t2。

请参照图3，图3是分级限制运算器101的原理图。分级限制运算器101设有电流限制运算单元110、温度限制运算单元120和分级限制判别单元130。电流限制运算单元110设有乘法器111（输出一级电流限制设定信号）、乘法器112（输出二级电流限制设定信号）和对应的比较器113（输出一级电流限制信号）、比较器114（输出二级电流限制信号）。温度限制运算单元120设有乘法器121（输出一级温度限制设定信号）、乘法器122（输出二级温度限制设定信号）和对应的比较器123（输出一级温度限制信号）、比较器124（输出二级温度限制信号）。

分级限制判别单元130设有加法器131（输出电流和温度的一级综合限制信号）、加法器132（输出电流和温度的二级综合限制信号）、第一触发器133（连接零级限制开关104）、第二触发器134（连接一级限制开关105）和第三触发器135（连接二级限制开关106）。

本发明一种混合动力RTG动力电池储能放能分级限制方法，具体步骤为：

（1）通过参数调节器108为分级限制运算器101设定额定电流I_C、一级限制电流倍数k_d1、二级限制电流倍数k_d2、额定温度T_C、一级限制温度倍数k_t1和二级限制温度倍数k_t2；电流传感器102和温度传感器103分别为分级限制运算器101送入当前电流I和当前温度t；

（2）电流限制运算单元110的乘法器111和乘法器112分别输出一级电流限制设定信号k_d1I_C和二级电流限制设定信号k_d2I_C，然后对应的比较器113和比较器114将当前电流I分别与k_d1I_C和k_d2I_C进行比较，比较后的差值和分别作为一级电流限制信号和二级电流限制信号输出给分级限制判别单元130；

（3）温度限制运算单元120的乘法器121和乘法器122分别输出一级温度限制设定信号k_t1T_C和二级温度限制设定信号k_t2T_C，然后对应的比较器123和比较器124将当前温度t分别与k_t1T_C和k_t2T_C进行比较，比较后的差值和分别作为一级度限制信号和二级温度限制信号输出给分级限制判别单元130；

（4）分级限制判别单元130的加法器131输出电流和温度的一级综合限制信号，加法器132输出电流和温度的二级综合限制信号，分级限制判别单元130的第一触发器133控制零级限制开关104，第二触发器134控制一级限制开关105，第三触发器135控制二级限制开关106；

（5）当时，第一触发器133动作，零级限制开关104闭合，一级限制开关105和二级限制开关106断开，起升操作主令控制器009输出的提箱/落箱信号不作限制，直接由输出端口I/O-4控制DC/AC变流器007；

当且时，第二触发器134动作，一级限制开关105闭合，零级限制开关104和二级限制开关106断开，起升操作主令控制器009输出的提箱/落箱信号通过分级限制电位器107作一级限制，然后由输出端口I/O-4控制DC/AC变流器007；

当时，第三触发器135动作，二级限制开关106闭合，零级限制开关104和一级限制开关105断开，起升操作主令控制器009输出的提箱/落箱信号通过分级限制电位器107作二级限制，然后由输出端口I/O-4控制DC/AC变流器007。

这样，当动力电池003的工作温度和充/放电电流正常时（）、高于一级阈值且低于二级阈值时（且）、高于二级阈值时（），分级限制装置都能相应地对动力电池003储能放能（充/放电）进行分级安全限制，保证混合动力RTG的安全运行。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本技术领域技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。