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RTG 混合动力节能改造电池组系统 RTG 节能改造方案节能改造方案 2014 年年 04 月月 RTG 混合动力节能改造电池组系统 一、项目总体结构 （一） 项目总体需求 一、项目总体结构 （一） 项目总体需求 根据用户对码头集吊车电源系统的具体要求， 即原 400KW 柴油发电机组供电 方式，改为混合供电方式（柴油机+动力电池） ，减少大功率柴油机长时间工作造 成的污染，从而减少碳的排放，动力电池要求能连续运行 2 小时： 码头集吊车工作示意图码头集吊车工作示意图 1、电池组额定电压： DC640V 2、电池组最高电压： DC680V 3、电池组最低电压： DC570V 4、电池组最大电流： 600A（（6S）） 5、电池组正常放电电流： 180A 6、电池组正常充电电流： 120A 7、最大充电电流： 340A（（5S）） 8、电池组总内阻不大于 0.1 欧姆 9、400KW 柴油机发电机组改为 80KW 柴油机发电机组 10、电池组满足连续工作 2 小时，即以 4 分钟吊一个标准集装箱，满足吊 30 个标准集装箱 RTG 混合动力节能改造电池组系统 （二）集吊系统介绍 集吊系统介绍 工作循环工况：起始位置 A（轮胎吊空吊具在上停止位置）→空吊小 车行走至海侧位置 B→空吊具下降到位置 C 后吊具闭锁 →吊箱起升到上停止位 置 B→带箱小车行走至陆侧位置 A→带箱下降到位置 D 开锁→空吊具起升到上 停止位置 A。

1、小车从 A 点运行到 B 点的时间≈20 秒； PT=45KW 2、空吊具从 B 点下降到 C 点的时间≈30 秒；PH=160KW（回馈） 3、吊具对箱及闭锁时间≈30 秒； 4、吊箱从 C 点起升到 B 点的时间≈30 秒； PH=160KW 5、小车从 B 点运行到 A 点的时间≈20 秒； 6、吊箱从 A 点下降到 D 点的时间≈30 秒； PH=160KW（回馈） 7、吊箱对位及开锁时间≈30 秒； 8、空吊具从 D 点起升到 A 点的时间≈30 秒；PH=160KW ●假设每小时作业 15 循环,则平均一个循环按 4 分钟(T0)计算 ●一个工作循环内消耗的总能量：1.89kWh RTG 混合动力节能改造电池组系统 ●一个工作循环内回馈电能： 1.21 kWh 二、锂电池动力系统设计方案 二、锂电池动力系统设计方案 1、动力系统基本框图 1、动力系统基本框图 RTG 混合动力节能改造电池组系统 2、动力电池组： 2、动力电池组： 锂电池 3.2V / 100 AH（宽 143*厚 44*高 325） 电池组 2 并 198 串,共 396 只电池 标称容量标称容量/ Nominal capacity 100Ah 最小容量最小容量/ Minimum capacity 100Ah 0.2C rate discharge capacity 交流内阻交流内阻/ Internal resistance ≤0.6mΩ 标称电压标称电压/ Nominal voltage 3.2V 电芯重量电芯重量/ Cell weight 3200g±50g 恒流恒流/Constant current 20A 标准放电方法标准放电方法 Standard discharge （（0.2C）） 截止电压截止电压 /Cut-off-charge voltage 2.0V 恒流恒流/Constant current 20A 标准充电方式标准充电方式 Standard charge 充 电 电 压充 电 电 压 /Charge voltage 3.60V 恒流恒流/Constant current 100A 快速充电方式快速充电方式 Fast charge 充 电 电 压充 电 电 压 /Charge voltage 3.60V 最大持续放电电流最大持续放电电流 Max continues discharge current 300A RTG 混合动力节能改造电池组系统 脉冲放电电流脉冲放电电流 Pulse discharge current at 10 Sec 500A 循环寿命循环寿命 Cycle life 2000 times 80% DOD 3、电池管理系统功能及技术指标 3、电池管理系统功能及技术指标 电池管理系统由 1 个主控盒、1 个高压控制盒、22 个 LECU 采用盒组成 （（1） 、实现电池运行状态的实时监控： 电池组总电压、总电流、SOC、运行状态、电池组温度、电池完全管理； （2） 、荷电量（SOC）估算； （3） 、电池安全： 防止电池过充、过放；对电池运行状态实时监控，及时发出禁用请求 等提示信息。

（4） 、实现电池故障诊断和安全保护：包含电池故障诊断； （5） 、具有自检和自诊断功能：能诊断和处理各类 BMS 故障； （6） 、管理电池，延长电池使用寿命，维持电池 SOC 在合理的区间内，根据 用户使用工况，执行恰当的管理策略 （7） 、具有直流输出绝缘监测功能，保证系统电气安全可靠 （8） 、具有数据显示、记录、处理等功能 （9） 、电池组由 1 个主控制器、1 个高压控制盒、22 个子控制器组成，每个 子控制器(LECU)采集 9 个单体电池电压、 2 个温度， 实现对电池的被动式均 衡 （10） 、电池组的主控制器由 DSP 控制构成，测量电池总电压，测量充电电 压，测量放电电压，测量总电流，控制充电接触器，控制放电接触器，控制放电 预充电接触器等 电池管理系统技术指标： 电池管理系统技术指标： ? 容量 100AH + 100AH ? SOC 工作范围 0.2～100% ? 额定电压： 633.6 V 198 串 ? 工作电压范围 594 V – 673.2 V ； （单体锂电池电压工作范围 3.0 - 3.4V） RTG 混合动力节能改造电池组系统 ? 额定充电电流 120A ? 额定放电电流： 200A ? 最大允许充电电流 300A ? 最大允许放电电流 600A ? 电池组工作环境温度 -20℃～+55℃ ? 控制器工作环境温度 -20℃～+65℃ ? SOC 估算精度 小于 5％ ? 单体电池串数 198 串 22 个电池模块（ 22 个 2 并 9 串模块） 每个电池模块重 62 Kg 尺寸：宽 890*高 185*深 537 mm (暂定) ? 单体电压测量范围 0～4.5V；测量精度 ±5mV ? 总电压测量范围 DC 0V ～ DC750V : 测量精度 ±1V; ? 总电流测量范围 0.6～600A；测量精度 ±0.6A ? 绝缘电阻范围 1MΩ～500MΩ，测试精度：±0.5MΩ ? 温度测量 每个 LECU 采集 2 路； ? 温度范围 -20℃～150℃， 测试精度：±2℃（0～80℃内） ? 均衡电流 被动式，0.1 A； 电池管理系统安装于动力电池组内， 负责对动力电池组进行电压、温度、电流、 容量等信息的采集，实时状态监测和故障 分析，同时通过 CAN 总线与中控室监控调 度系统及集装箱监控系统进行联机，实现 对电池进行优化的充、放电管理控制。

电池管理系统框图： （见图） 电池管理系统框图： （见图） RTG 混合动力节能改造电池组系统 4、显示屏： 4、显示屏： （1）主界面 （2）单体电压 RTG 混合动力节能改造电池组系统 （3）上位机界面 5、结构（初稿） ： 5、结构（初稿） ： RTG 混合动力节能改造电池组系统 RTG 混合动力节能改造电池组系统 RTG 混合动力节能改造电池组系统 主控盒 高压盒 采样盒 三．锂电池动力系统主要功能 （一）主要功能： 主控盒 高压盒 采样盒 三．锂电池动力系统主要功能 （一）主要功能： （1）电池组供电： 3.2V * 198 个 * 200AH（2并） = 126720 VAH = 127 KWH 电池组容量 127 KWH 60KW 供电 2.1 个小时 （2）电池组充电； 80KW对电池组充电 (640V/120A)，充电时间 2小时； （二） 、动力系统主要设备 （二） 、动力系统主要设备 本系统电池组，采用 2 个 3.2V/100AH 电池并联后串联而成，电池组配有一 套电池管理系统。

电池组能单独运行、停止、维护，并能够对电池的可靠运行 提供必要的安全保护电池及其管理系统内部通过 CAN 总线进行通信，并将其所 有数据信息通过串口，送到工控机进行监视 主要设备清单 主要设备清单 序 号 物品名称 数量 外形尺寸 （宽/高/深） 重量 序 号 物品名称 数量 外形尺寸 （宽/高/深） 重量 1 电池模块 22 宽 890*高 185*深 537 mm 65kg/个 2 电池架 1 宽 2728*高 1908*深 546 mm 180 kg 2 电池管理系统 1 450/178/800mm 15kg 4 LECU 采用盒 22 120/100/20mm 1 kg RTG 混合动力节能改造电池组系统 5 高压控制盒 1 150/100/20mm 1 kg 6 7.5 吋显示屏 1 200/133/20mm 1 kg 7 电池均衡器 1 宽 890*高 185*深 537 mm 20 kg （三） 、动力系统特点： （三） 、动力系统特点： 1、动力系统采用充电、放电回路， 确保电池组能充、放电同时进行； 2、动力系统采用充电、放电回路， 可根据需要进行电池组、充电回路 （柴油机发电、市电供电）的扩展； 3、充电系统可根据电池组剩余容量自动控制充电量（确保能量的回收） ； 4、 系统具有能量回收功能， 当升降电机下降时， 产生能量向电池组充电； 5、系统具有软件保护和硬件双重保护功能（干触点输出） ； 6、系统配计算机后可以实现远程监视功能； 。