HORNER OCS在RTG混合動力改造中的應(yīng)用

一．系統(tǒng)介紹

輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)（簡稱RTG）是集裝箱堆場裝卸作業(yè)的關(guān)鍵裝備。盡管其靈活的裝卸特性深受用戶歡迎，但大量的燃油消耗和下降過程中的能量浪費一直成為這種設(shè)備的瑕疵。

隨著混合動力汽車技術(shù)的發(fā)展，基于混合動力技術(shù)的RTG節(jié)能系統(tǒng)出現(xiàn)并發(fā)展了起來。該系統(tǒng)充分考慮RTG靈活移動的工作特性和集裝箱升降過程中位能的轉(zhuǎn)換，在RTG上加裝了蓄電池和蓄電池充放電控制系統(tǒng)，與柴油發(fā)動機(jī)系統(tǒng)配合使用。在RTG運行過程中，通過下降時貯存貨物釋放出的位能，上升時快速以儲存的能量補(bǔ)償?shù)娇刂葡到y(tǒng)來提升貨物，從而降低柴油機(jī)的油耗；同時，由于蓄電池可以提供能量，從而可以大幅度減少原來機(jī)上配備的柴油發(fā)動機(jī)容量，不僅可以節(jié)能，還能節(jié)約柴油機(jī)的維護(hù)成本。

二．工作原理

在通常的RTG電氣系統(tǒng)中，起升機(jī)構(gòu)的功率大（約200KW）、能量需求最大，占總需求容量的65%。上升時由發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)吸收提升集裝箱的全部能量，當(dāng)起升機(jī)構(gòu)下降時，采用能耗電阻把集裝箱位能轉(zhuǎn)換的能量消耗到電阻上。由此造成能源浪費、污染環(huán)境。采用混合動力系統(tǒng)方案后： 1.采用蓄電池系統(tǒng)把下降過程中的能量進(jìn)行存儲，在上升過程中儲存在蓄電池中的能量作為補(bǔ)充，與發(fā)電機(jī)組配合，共同 為起升電動機(jī)提供能量。由于蓄電池儲存的能量可以提供大部分能量需求，混合動力的發(fā)電機(jī)組僅需要提供少量的能量 就可以達(dá)到提升貨物的總能量需求。通?？梢韵拗瓢l(fā)電機(jī)組的能量輸出或更換小發(fā)電機(jī)組。 2.針對處于待機(jī)狀態(tài)時間很長，充分降低待機(jī)狀態(tài)的能量消耗是混合動力系統(tǒng)的部分。因此，在混合動力系統(tǒng)中，為了提高節(jié)能效率，通常選用小容量的發(fā)電機(jī)組以降低待機(jī)油耗。同時發(fā)電機(jī)組可以根據(jù)蓄電池儲備的電量狀態(tài)對其進(jìn)行能量補(bǔ)充，使蓄電池的能量始終處于就緒狀態(tài)，以備后續(xù)操作使用。

如上圖所示，當(dāng)起升機(jī)構(gòu)吊著貨物上升時，柴油發(fā)動機(jī)和蓄電池一起向起升電機(jī)提供電能將貨物提起（由紅色箭頭表示；當(dāng)起升機(jī)構(gòu)吊著貨物下降時，位能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，起升電機(jī)通過充、放電控制系統(tǒng)將重物下降的能量儲存到蓄電池中（由藍(lán)色箭頭表示〉。由于蓄電池的儲能作用，重物下降過程中的巨大勢能全部由蓄電池儲存，為下一個循環(huán)的上升提供能量。 三．系統(tǒng)構(gòu)

混合動力系統(tǒng)新增的元件主要包括：升壓控制器，充、放電控制器，蓄電池，蓄電池管理系統(tǒng)和HORNER OCS控制器等。 1.升壓控制器：提升直流母線電壓，同時可以限制發(fā)動機(jī)的輸出功率 2.充電、放電控制器：控制蓄電池的充電和放電過程 

3.蓄電池：選用具有高放電功率的儲能電池， 4.蓄電池管理系統(tǒng)(BMS)：監(jiān)視蓄電池儲存的電量（SOC），每個串聯(lián)單體電池的電壓，蓄電池溫度和自動均衡蓄電池能量。

5.HORNER OCS控制器： （1）通過CAN總線和BMS控制器通信，監(jiān)控電池狀態(tài)； （2）通過CAN，485或者以太網(wǎng)和沖、放電控制器通信，控制其工作； （3）通過485，以太網(wǎng)或Profibus等現(xiàn)場總線和主PLC通信，進(jìn)行系統(tǒng)的解鎖和連鎖； （4）進(jìn)行數(shù)據(jù)，操作和故障的本地顯示和記錄。  

四．系統(tǒng)特點 1.減少現(xiàn)有柴油發(fā)動機(jī)約2/3的功率，原480KW發(fā)電機(jī)組降低為160KW，采購柴油發(fā)電機(jī)組的成本降低了70%; 2.減小制動單元和制動電阻系統(tǒng)的容量，電阻系統(tǒng)不再是常工作部件，僅僅是安全保護(hù)裝置; 3.減小發(fā)電機(jī)組輸出到RTG控制系統(tǒng)的電纜截面積; 4.采用恒定直流母線電壓技術(shù)，提高了RTG控制系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性; 5.減少發(fā)動機(jī)噪音污染和廢氣排放; 6.保持了靈活轉(zhuǎn)場作業(yè)的特性; 7.大幅度降低油耗。 同常見的RTG節(jié)能方式進(jìn)行比較，本系統(tǒng)特點如下：