[发明专利]一种燃料电池-锂电池驱动的龙门吊电路结构及控制方法

说明书

本发明涉及一种燃料电池‑锂电池驱动的龙门吊电路结构及控制方法。龙门吊电路主要由燃料电池供电电路、超级电容供电电路、锂电池供电电路、直流母线电路、负载电路以及其他辅件电路组成，通过母线电路将燃料电池电路、超级电容电路、锂电池供电与负载电路连接起来，电路内部包括各种电流、电压传感器、直流变换器、熔断器、继电器、能量管理控制器等。在传统龙门吊电路的基础上增加了燃料电池、超级电容、锂电池供电电路，有效利用了燃料电池效率高且清洁无污染的特点；利用了超级电容高功率密度的特性，解决龙门吊提升重物的瞬间出现供电不足的问题，并且高效回收了重释放时的制动能量。

技术领域

本发明属于龙门吊电路系统领域，特别涉及一种龙门吊用的由燃料电池和超级电容、锂电池组成的多能量源电路充放电电路结构及控制方法。

背景技术

港口是海上运输网络的综合枢纽，在整个国际货物运输业务中占有十分重要的地位，是货物装卸和运输工具交换的场所。近20年来，中国港口发展举世瞩目，随着沿海主要港口的货运量从1994年的7.43亿吨飙升至76.96亿吨，近年来，中国沿海港口货物吞吐量保持了两位数的增长，预计中长期来看，这一增长速度将保持强劲。尽管港口业对区域经济增长有贡献，但它需要大量的能源消耗，并且是全球气候变化和公共卫生排放的来源。根据中国运输行业标准，每百万吨货物吞吐量的能耗为360吨标准煤当量。2014年的货物装卸能耗比1994年增长了约9倍，这些污染物已成为我国环境能源消费的重要来源之一。由于柴油发电机被广泛用作其动力源，港口起重机(龙门吊)是港口地区和更广泛港口地区能源和环境问题的推动者，为了减少其不利影响，采用能量再生技术的混合动力或多台电动起重机正在考虑取代传统的起重机系统。

根据能量守恒原理，起重机在提升或加速集装箱时，将燃料或电能转化为动能和重力势能；当提升或制动集装箱时，如果系统能够回收或提供一定的储能，则可以将大量能量反馈给系统。传统上，反馈能量被电阻消耗，并作为热量浪费。电网供电的龙门吊配有一个连接到电网终端的电缆盘，是一种再生能量回收的解决方案。与传统龙门吊相比，它可将油耗和排放量降低约90％。虽然该方案在能源消耗和排放方面有了显著改善，但仍需要进行大规模的港口改造。电网供电的龙门吊也带来了一些问题，包括对电网的影响，特别是龙门吊的移动性差。

龙门吊在提升集装箱的瞬间需求功率最大，释放集装箱短时间内需要回收大量制动能量。采用燃料电池、超级电容和锂电池的多电源能源结构方案可以较好的利用超级电容能瞬间提供较大能量的优点来解决上述难题，并且回收制动时的重力势能。但是这种电路相较于传统龙门吊电路更加复杂混乱，因此急需设计一种安全可靠的可满足龙门吊的能量需求又能便于维修的龙门吊高压电路，并且该电路能够按照能量需求来协调多电源的能量输出，而现阶段并没有一种合适的电路可以满足以上需求。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提出一种电路结构简单、实用、有效的龙门吊电路系统及控制方法。

本发明的技术方案为：一种燃料电池-锂电池驱动的龙门吊电路结构，包括：燃料电池供电电路，超级电容供电电路，锂电池供电电路，直流母线电路，负载电路，能量管理控制器；所述燃料电池供电电路，超级电容供电电路，锂电池供电电路，负载电路均并联接入直流母线电路；

所述能量管理控制器，用于控制燃料电池供电电路输出、超级电容供电电路和锂电池供电电路的输入输出，满足负载电路的电流需求；所述直流母线电路，用于吸收燃料电池电路电能、吸收或者反馈超级电容/锂电池电能、吸收或者反馈负载电路电能。