CN210669631U - 混合动力***及运用混合动力***的起重机 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种混合动力***及运用混合动力***的起重机，该***包括电池组、发电机组、电池管理模块、AFE控制模块、以及控制器，电池管理模块设置于电池组与控制器之间，用于对电池组的实时监测；AFE控制模块设置于发电机组的输出端，用于检测发电机组的运转状态、以及对发电机组输出的电流进行整流；控制器连接发电机组和AFE控制模块；电池组用于为***提供动力能源，发电机组用于为电池组充电、以及用于为***提供动力能源，电池组的输出电流、以及发电机组经过AFE控制模块的整流输出电流并联至同一直流母线上。另外，在本实用新型实施例还公开了一种应用起重机混合动力***的起重机。采用本实用新型，可实现发电机组的恒定功率输出。

Description

混合动力***及运用混合动力***的起重机

技术领域

本实用新型涉及混合动力技术领域，尤其涉及一种混合动力***及运用混合动力***的起重机。

背景技术

混合动力***是指驱动***由两个或多个能同时运转的单个驱动***组合形成的动力***，例如在港口集装箱码头，对于集装箱的堆场作业使用的RTG(RubberTyreGantryCrane，轮胎式集装箱龙门起重机)等起重机中的混合动力***，RTG通过包括柴油发电机组和电池组形成的混合动力***实现动力源提供，进而实现RTG的堆场作业；其中，RTG的动力能源为电池组并联在RTG***的直流母线上，以及柴油发电机组经过充电机后也并联到直流母线上提供；但是，这种混合动力***在使用过程中，若电池组SOC(State of Charge，电池荷电状态)值低于预设的工作范围的最低值时，柴油发电机组的启动，其中，在柴油机组刚启动时，柴油机组的输出功率主要用于电池组的充电，且电池组的功率需求较大，但由于此时柴油机组输出功率较小，在起重机负载突变加大时，柴油机组无法一瞬间提供足够的功率至负载时，需要一定时间进行加载才能达到负载所需功率；同样的，在电池组SOC接近设定工作范围的最高值时，柴油机组处于低功率运转状态，此时柴油机组输出功率主要用于起重机，若起重机执行机构执行如吊箱作业等需求大功率的时候，则需要短时的大功率，由此引起低功率运转状态的柴油机组需要一定时间进行加载才能使达到吊箱所需功率，在上述两种柴油机组加载至所需功率的情况下，柴油发电机组均存在熄火可能，导致RTG电力驱动不足无法正常作业。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种混合动力***及运用混合动力***的起重机，用于解决现有技术中的发电机组在电池组充电和作为应急电源时，发电机组工作不平稳、存在熄火情况而导致起重机驱动力不足无法正常作业以及燃油率较低的问题。本实用新型的具体技术方案如下：

一种混合动力***，包括：电池组、发电机组、电池管理模块、AFE控制模块、以及控制器，其中：

所述电池管理模块设置于所述电池组与所述控制器之间，用于对所述电池组的实时监测、以及将所述实时监测的结果传送至所述控制器；

所述AFE控制模块设置于所述发电机组的输出端，用于检测所述发电机组的运转状态、以及对所述发电机组输出的电流进行整流；所述控制器连接所述发电机组和所述AFE控制模块；

所述电池组用于为所述***提供动力能源，所述发电机组用于为所述电池组充电、以及用于为所述***提供动力能源，所述电池组的输出电流、以及所述发电机组经过所述AFE控制模块的整流输出电流并联至同一直流母线上。

可选地，所述***还包括直流控制模块，所述直流控制模块设置于所述电池组的输出端，所述直流控制模块用于控制所述电池组的输出功率，所述电池组的输出电流经过所述直流控制模块后与所述直流母线并联。

可选地，所述AFE控制模块包括检测模块和整流模块，所述检测模块与所述发电机组和所述控制器连接，用于检测所述发电机组的运转电压和运转频率；

所述整流模块与所述发电机组和所述电池组连接，用于对所述发电机组输出的电流进行整流。

可选地，所述检测模块包括电压传感器和转速传感器，所述电压传感器用于检测所述发电机组的运转电压；所述转速传感器用于检测所述发电机组的运转频率。

可选地，所述电池管理模块包括SOC监测单元，所述SOC监测单元用于实时检测所述电池组的SOC值。

可选地，所述混合动力***还包括HMI(Human Machine Interface，人机交互界面)，所述控制器与所述HMI通信连接。

可选地，所述控制器为PLC控制***。

可选地，所述***还设置有DC/AC变换器，所述DC/AC变换器与所述直流母线并联连接。

可选地，所述电池组为动力锂电池组。

一种起重机，包括如上任一项所述的混合动力***。

实施本实用新型实施例，将具有如下有益效果：

采用了上述混合动力***及运用混合动力***的起重机之后，AFE控制模块设置于发电机组与电池组之间，用于检测发电机组的运转状态、以及对发电机组输出的电流进行整流，电池组用于提供***中负载的动力能源，发电机组用于为电池组充电和/或用作负载的应急电源，电池管理模块设置于控制器与电池组之间，用于对电池组的实时监测，同时，控制器连接发电机组；在电池管理模块检测到电池组电量过低时，开启AFE控制模块检测发电机组的运转状态，并通过控制器发出指令控制发电机组的启动，在发电机组运转平稳后通过AFE控制模块整流实现对电池组的稳定功率充电操作；本实施例发电机组在通过AFE控制模块的整流控制后，保证了发电机组的恒定功率输出，实现稳定运行和最佳的燃油效率，从而避免了发电机组发生熄火的现象，有利于延长发电机组的使用寿命，减少保养的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1为一个实施例中所述混合动力***的结构示意图；

图2为一个实施例中所述AFE控制模块的结构及功能实现示意图；

图3为一个实施例中所述电池管理模块的结构及功能实现示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为解决传统技术中使用混合动力***通过发电机组，例如柴油机组等在对电池组充电，以及作为***动力能源时，发电机组的输出电流不稳定和跳变范围比较大，而导致电池组故障而引起安全隐患的问题，在本实施例中，特提出了一种混合动力***，该***采用AFE可控双向整流原理，对发电机组输出的电流进行整流控制，保证发电机输出稳定功率的电流。

本实施例中的发电机组可以为柴油机发电机组等，电池组为动力锂电池组。

如图1所示，图1展示了本实施例中一种混合动力***的结构。

具体的，混合动力***100包括发电机组110、AFE控制模块120、电池组130、电池管理模块140、控制器150、DC/AC变换器160和直流控制模块170。

其中，***通过电池组130提供动力能源；具体的，一般情况下，对于电池组130设置有固定工作范围的SOC，在电池组130的SOC处于设定范围时，由电池组130对整个混合动力***提供动力能源，具体的，电池组130的输出端设置有直流控制模块170，电池组130输出电流经过直流控制模块170后并联至直流母线200上，实现对第一负载180和第二负载190的供电；若本实施例中混合动力***运用于起重机，则第一负载180为如信号装置、点火***、仪表装置等辅助用电设备，第二负载190为起重机的执行机构。而若出现电池组130的SOC低于设置的最小值，此时，则通过发电机组110经过AFE控制模块120整流后对电池组130进行充电操作，并在充电过程中，发电机组110与电池组130共同为第一负载180和第二负载190提供动力能源；当电池组130充电完成后，发电机组110关闭，重新由电池组130独自为整个***提供动力能源。

进一步的，为实现通过发电机组110和/或电池组130经过AFE控制模块120对第一负载180进行供电，本实施例在发电机组110、电池组130与第一负载180之间设置由DC/AC变换器160，具体通过DC/AC变换器160对发电机组110和/或电池组130输出的电流转换成合适电流类型，例如将直流电变换成交流电后输出后为第一负载180供电，从而实现不同设备的用电需求。

在一个具体实施例中，电池管理模块140设置于电池组130与控制器150之间，且控制器150连接发电机组110，其中，电池管理模块140用于对电池组130的实时监测，结合图3，例如，若在电池管理模块140中设置有SOC监测单元141，则可SOC监测单元141实时或按照预设时间周期实现对电池组130的SOC检测操作，其中，对电池组130的SOC的具体值获取可通过如安时计量法等实现；也就是说，本实施例会在控制器150中设定电池组130的SOC正常范围值，由电池管理模块140对电池组130进行检测后，将与检测对应的参数(电压、电流、温度、SOC等)传送至控制器150，控制器150将电池管理模块140监测获取的SOC的值与设定范围的SOC值进行分析比较，若比较后监测获取的SOC值低于最低SOC值时，则可判定电池组130需要执行充电操作，此时，控制器150发出控制指令控制发电机组110启动为电池组130充电。

进一步的，在可通过电池管理***140对电池组130的电压、电流和温度等进行检测操作时，具体可通过如现有的电压传感器、电流传感器、温度传感器等实现。

在通过发电机组110为电池组130进行充电操作过程中，为避免传统混合动力***中充电电流不确定且跳变范围比较大的问题，本实施例在发电机组110的输出端设置有AFE控制模块120，通过AFE控制模块120对发电机组110输出的电流进行可控整流，使其保持恒定的功率输出；同时，AFE控制模块120还与控制器150之间连接；优选地，AFE控制模块120与控制器150之间通过如Porfibus总线连接，实现两者间的通信连接。

优选地，本实施例中整流模块121通过IGBT单元实现整流操作。

具体的，在电池组140的SOC值低于设定的最低SOC值，控制器150控制启动发电机组110，同时，通过AFE控制模块120检测发电机组110的运转状态，其中，运转状态包括发电机组110的运转电压和运转频率；如图2所示，AFE控制模块120中设置由整流模块121和检测模块122，整流模块121的输入端连接发电机组110的输出端，整流模块121的输出端并联在直流母线200上，用于对发电机组110输出的电流起整流作用，并以设定的恒定电流大小输出；检测模块122与发电机组110和控制器150连接，用于检测发电机组110的运转状态，具体检测发电机组110的运转电压和运转频率。

具体的，通过检测模块122检测发电机组110的运转电压和运转频率，检测模块122由现有的电压检测电路实现运转电压和运转频率；在获取到运转电压和运转频率后，检测模块122将该运转电压和运转频率发送至控制器150，为了实现发电机组110的恒定电流输出，控制器150根据运转电压和运转频率判定发电机组110稳定运行后，由整流模块121按照设定的电压和电流给电池组130充电，同时，因为该整流后电流并联至直流母线200上，因此可以输出的恒定电流输出至直流母线200，同时结合并联在直流母线200上的电池组130输出的电流经过DC/AC变换器后给第一负载180供电；同样的，按照预设的恒定电流大小输出至直流母线200，结合并联在直流母线200上的电池组130输出的电流给第二负载190供电；因为经过AFE控制模块120的整流控制后，发电机组110输出恒定电流大小至直流母线200，即可以提供充足的电力至第二负载190。

在实际操作中，本实施例将经AFE控制模块120整流作用后的电流大小(即功率大小)设定在发电机组110的最经济运行状态，这样，在整个充电过程中，发电机组110因为AFE控制模块120的可控整流作用，第一负载180和第二负载190无论如何变化，都可保证发电机组110平稳运行在最经济的运转功率下。此外，即使在电池组130充电过程中，其实时SOC只接近上限值时，由于AFE控制模块120的可控整流限定，在本实施例中可将发电机组110通过AFE控制模块120输出的直流电压设定成高于电池组130的SOC工作最高值时的电压，从而保障在电池组130的实时SOC值接近上限时仍然保持恒定的功率充电；并在当控制器150获取电池管理模块140检测到电池组130的实时SOC值达到其工作上限值时，控制器150发出指令关闭发电机组110，直到下一次通过电池管理模块140检测到电池组130的实时SOC值低于设定的最低SOC值再度开启，如此循环，实现对电池组130的充电操作。

检测模块122中可设置电压传感器和转速传感器，具体通过电压传感器实现对发电机组110的运转电压检测操作；通过转速传感器实现对发电机组的运转频率检测操作，从而通过AFE控制模块120实现在发电机组110给电池组130充电从开始到结束的过程中，发电机组110始终处在最经济运行功率下，运行平稳，燃油效率最高，保养周期延长，柴油机组寿命大大增加，从而实现良好的经济效益。同时，整个充电过程均保持在恒定的充电功率下，解决了传统充电在充电过程的末期充电电流很小就导致了整个充电时间变长；进一步的，减少了发电机组的运行时间。

在本实施例中，混合动力***还设置有HMI，具体的，控制器150与HMI之间通信连接，通过HMI能够实现可视化的管理控制和操作，从而可以将控制器150从AFE控制模块120获取得到的如发电机组110的运转电压和运转频率数据、以及从电池管理模块140获取得到的电池组的SOC值等通过移动终端实现可视化功能，便于了解整个混合动力***的实际运作情况。

优选地，本实施例中控制器150通过PLC控制***实现上述分析控制功能。

采用了上述混合动力***及运用混合动力***的起重机之后，由电池管理***对电池组的SOC等运行参数进行监测，并传送对应的SOC值至PLC控制器***，PLC控制***对所得SOC值与电池组预设的最小SOC值进行比较，若低于预设最小SOC值，则PLC控制***控制发电机组启动为电池组进行充电；具体的，通过AFE控制模块对发电机组的运转电压和运转频率进行检测，并根据检测结果通过通过PLC控制***判断发电机组是否运转平稳，从而才通过发电机组给电池组进行充电，并且提供稳定功率或稳定电压的充电操作；因此可以避免因为突加载情况而导致熄火可能性，保证了使用混合动力***的起重机电力的充足；同时，通过恒定功率或电压进行充电，可缩短电池组的充电时间，减少发电机组的运行，有利于提高发电机组的运行寿命。

基于同一发明的构思，在一个实施例中，本实用新型还提供一种应用上述混合动力***的起重机，该起重机可实现电池组充电过程充电功率恒定，从而缩短充电时间，减少发电机组的运行；而且由于发电机组110经过AFE控制模块120的整流作用后，在充电的全过程中采用预设恒定的功率对电池组进行充电、以及结合电池组130的输出至直流母线200上的电流对第一负载180(即如起重机的信号装置、点火***、仪表装置等用电设备)和第二负载190(起重机的执行机构)进行能量供应操作，且可设置充电的功率/电压在发电机组110的最经济运行状态，使得通过如柴油机组等发电机组110在充电和/或作为起重机的动力来源时，其燃油燃烧效率高，减少尾气排放对大气的污染；此外，在开启发电机组110充电的过程中AFE控制模块120可以检测发电机组110的运转电压和运作频率，从而可在发电机组运转平稳后才开启AFE控制模块120，对发电机组110输出的电流经过整流后，以恒定大小输出电流至直流母线200上，避免传统混合动力***中存在的由于负载加大时而导致的突加载情况，避免了传统方式开启发电机组充电容易导致熄火的问题，即能够延长发电机组的运行寿命并加大保养周期，又使得起重机能满足不同工况对电池组的要求及码头安全、高效生产的标准。

以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种混合动力***，其特征在于，包括：电池组、发电机组、电池管理模块、AFE控制模块、以及控制器，其中：

所述电池管理模块设置于所述电池组与所述控制器之间，用于对所述电池组的实时监测、以及将所述实时监测的结果传送至所述控制器；

所述AFE控制模块设置于所述发电机组的输出端，用于检测所述发电机组的运转状态、以及对所述发电机组输出的电流进行整流；所述控制器连接所述发电机组和所述AFE控制模块；

所述电池组用于为所述***提供动力能源，所述发电机组用于为所述电池组充电、以及用于为所述***提供动力能源，所述电池组的输出电流、以及所述发电机组经过所述AFE控制模块的整流输出电流并联至同一直流母线上。

2.如权利要求1所述的混合动力***，其特征在于，所述***还包括直流控制模块，所述直流控制模块设置于所述电池组的输出端，所述直流控制模块用于控制所述电池组的输出功率，所述电池组的输出电流经过所述直流控制模块后与所述直流母线并联。

3.如权利要求1所述的混合动力***，其特征在于，所述AFE控制模块包括检测模块和整流模块，所述检测模块与所述发电机组和所述控制器连接，用于检测所述发电机组的运转电压和运转频率；

所述整流模块与所述发电机组和所述电池组连接，用于对所述发电机组输出的电流进行整流。

4.如权利要求3所述的混合动力***，其特征在于，所述检测模块包括电压传感器和转速传感器，所述电压传感器用于检测所述发电机组的运转电压；所述转速传感器用于检测所述发电机组的运转频率。

5.如权利要求4所述的混合动力***，其特征在于，所述电池管理模块包括SOC监测单元，所述SOC监测单元用于实时检测所述电池组的SOC值。

6.如权利要求1所述的混合动力***，其特征在于，所述混合动力***还包括HMI，所述控制器与所述HMI通信连接。

7.如权利要求6所述的混合动力***，其特征在于，所述控制器为PLC控制***。

8.如权利要求1或2所述的混合动力***，其特征在于，所述***还设置有DC/AC变换器，所述DC/AC变换器与所述直流母线并联连接。

9.如权利要求1所述的混合动力***，其特征在于，所述电池组为动力锂电池组。

10.一种起重机，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的混合动力***。

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