景慧军 袁 奕

（上海振华重工（集团）股份有限公司，上海200125）

0 引言

轮胎式集装箱龙门起重机（简称轮胎吊，RTG）是集装箱堆场装卸作业的关键设备，其灵活的装卸性能深受用户欢迎，但大量的燃油消耗和下降过程中的能量浪费一直是这种设备的瑕疵。随着混合动力汽车技术的发展，在轮胎吊上加装锂电池和锂电池充放电控制系统，与柴油发电机系统配合使用的技术应运而生，降低了柴油机的油耗。这种轮胎吊一般被称为混合动力轮胎吊。

1 混合动力轮胎吊的工作原理

轮胎吊一般由3大机构组成，即起升机构、小车机构和大车机构，其中起升机构所需要的能量最大，占RTG所需能量的65%以上。起升机构在上升时由柴油发电机提供能量，而起升机构下降时要产生一定的能量，常规轮胎吊是通过能耗电阻把这部分能量消耗掉，但这种方式既不节能又不环保。而在轮胎吊上面加装锂电池系统就能很好地解决这个问题。把起升机构下降时产生的能量储存在锂电池里面，起升机构上升时由柴油发电机和锂电池共同驱动。由于锂电池能提供大部分能量，这样柴油发电机的容量就可选小很多。锂电池系统的电池容量越大，柴油发电机组的容量就越小，节能效果就越好。

如图1所示，当RTG吊起集装箱时，柴油发电机和锂电池系统共同提供起升机构的能量（图1中的黑色箭头），实线框内为锂电池系统。当起升机构吊起集装箱下降时，位能转变为电能，起升机构通过充放电控制系统将下降的能量储存到锂电池中（图1中的虚线箭头），从而为下一个循环中起升机构的上升提供能量。

图1 混合动力系统工作原理示意图

一般混合动力轮胎吊仍然配制动单元和能耗电阻，主要是考虑当锂电池系统出现故障时，轮胎吊能够慢速运行，从而离开作业区域，以保证混合动力轮胎吊的可靠性。但是能耗电阻的功率可以选小一点，只要考虑起升空载时慢速升降和轮胎吊大车机构、小车机构的正常运行即可。

2 锂电池系统在具体项目中的应用

本文以巴基斯坦混合动力轮胎吊为例，介绍一下锂电池系统的应用。图2为巴基斯坦项目驱动单线图。

图2 巴基斯坦项目驱动单线图

如图2所示，本项目的电控为富士系统，富士系统的起升变频器HINV集成了整流和逆变2种功能，所以起升变频器上面为整流部分，下面为逆变部分。INVPWR是从柴油发电机输出给起升变频器HINV的电源，经过起升变频器HINV的整流，变成直流电源P1输入给锂电池系统。经过锂电池系统的升压、充放电等等处理，输出电源P＋作为起升变频器HINV、小车变频器TINV、大车变频器GINV的直流母排电源，其中N为P1和P＋的共用零线。

本项目的锂电池系统为日本住友公司提供，采用14组锂电池，每组电池有8个，所以总共有112个电池串联，如图3所示。

图3中画出了电池组BAT1、BAT2和BAT3，BAT4～BAT14省略不画。这14组电池串联在一起作为电源05P2、05 N2。

图3 锂电池系统电池回路

每一组蓄电池都有监测系统，用来监视蓄电池的储存电量、每一个电池的电压／温度，并且能够自动均衡每一个电池的容量。蓄电池串联后接入变频器CONV2（图4），P3、N1为变频器CONV2的输入电源，输出P5、N1作为起升、大车、小车变频器的直流母排电源。

图4 变频器CONV2

3 混合动力轮胎吊的优点

混合动力轮胎吊和常规柴油发电机驱动的轮胎吊比较优点非常多，最突出的是节省燃油；其次，由于混合动力轮胎吊使用的是小功率柴油机，从而降低了噪音和废气的排放。混合动力轮胎吊消除了常规型轮胎吊的主要弊端，为轮胎吊这种集装箱作业机器得到广泛应用提供了技术上的支持。当然还有一种更加环保的轮胎吊，就是市电轮胎吊，这种轮胎吊需要码头堆场提供市电电源，用市电电源来代替柴油发电机向轮胎吊供电。混合动力轮胎吊和市电轮胎吊比较优点也是很明显的：首先，市电轮胎吊需要码头堆场提供市电电源，这样码头堆场在规划设计时就要考虑市电电源的敷设，而混合动力轮胎吊对码头堆场的要求比较少；其次，市电轮胎吊在转场的时候要先断市电电源，然后用柴油发电机供电来实现转场，转好后要重新接入市电电源，这样一来市电轮胎吊的工作效率和灵活性就比混合动力轮胎吊差很多。总而言之，混合动力轮胎吊比常规轮胎吊和市电轮胎吊更加优越。

［1］巴基斯坦项目电控原理图［Z］.

［2］住友锂电池系统原理图［Z］.