1、概述
轮胎式集装箱龙门起重机(简称“RTGC”)是集装箱堆场装卸作业的关键装备，其灵活的装卸特性深受用户欢迎。但大量的燃油消耗和下降过程中的能量浪费一直成为这种设备的瑕疵。
我司自主研发了基于混合动力技术的RTGC节能系统，该系统充分考虑RTGC灵活移动的工作特性和集装箱升降过程中位能的转换，在RTGC上加装了蓄电池和蓄电池充放电控制系统，与柴油发动机系统配合使用。在RTGC运行过程中，通过下降时贮存货物释放出的位能，上升时快速以储存的能量补偿到控制系统来提升货物，从而降低柴油机的油耗；同时，由于蓄电池可以提供能量，从而可以大幅度减少原来机上配备的柴油发动机容量。
在通常的RTGC电气系统中，起升机构电动机的功率大约200KW、能量需求也大，占RTGC总需求容量的65%。上升时由发电机组系统提供提升集装箱的全部能量，当起升机构下降时，采用能耗电阻把集装箱位能转换的能量消耗到电阻上。由此造成能源浪费、污染环境。采用混合动力系统方案后：
采用蓄电池系统把下降过程中的能量进行存储，在上升过程中储存在蓄电池中的能量作为补充，与发电机组配合，共同为起升电动机提供能量。由于蓄电池储存的能量可以提供大部分能量需求，混合动力的发电机组仅需要提供少量的能量就可以达到提升货物的总能量需求。通常可以限制发电机组的能量输出或更换小发电机组。
针对RTGC处于待机状态时间很长，充分降低待机状态的能量消耗是混合动力系统的另一个作用。 因此， 在混合动力系统中，为了提高节能效率，通常选用小容量的发电机组以降低待机油耗。同时发电机组可以根据蓄电池储备的电量状态对其进行能量补充，使蓄电池的能量始终处于就绪状态，以备后续操作使用。在RTG的使用过程中，起升机构的功率大、能量的需求最大、工作频繁，而且是位能性负载---- 即：上升时从系统吸收能量，下降时向系统释放能量。
如下图所示，当RTGC起升机构吊着货物上升时，柴油发动机和蓄电池一起向起升电机提供电能将货物提起（由红色箭头表示）；当起升机构吊着货物下降时，位能转变为电能，起升电机通过充/放电控制系统将重物下降的能量储存到蓄电池中（由蓝色箭头表示）。由于蓄电池的储能作用，重物下降过程中的巨大势能全部由蓄电池储存，为下一个循环的上升提供能量。
l 减少现有柴油发动机约66%的功率,原480KW发电机组降低为160KW，采购柴油发电机组的成本大大降低；
l 在直流母线与蓄电池间采用充放电控制器，母线与蓄电池不是直接连接，这样可以为蓄电池增加一道保护，当充放电回路出现故障或电流过大时，充放电控制器可以很好的保护蓄电池并阻止大电流对蓄电池的损坏；
l 蓄电池是发热部件，我公司设计时每个电池箱采用风冷结构， 当温度达到设定温度时启动电池风扇冷却， 使每个蓄电池能够处于几乎相同的温度环境中，有助于提高蓄电池的一致性，不会引起蓄电池之间差异大造成有些电池早衰，从而延长电池系统使用寿命；
l BMS对每个单体电池电压及电池箱温度实时监控，有电池过压，欠压，过流，高温，低温，单体压差过大，漏电流，采集断线等保护配置全面，通过CAN通讯快速把信息传送给PLC，从而系统可作出判断；
l 减小发电机组输出到RTGC电气系统的电缆截面积；
l 采用技术成熟的充放电装置，提高RTGC运行的稳定性；
l 减少发动机噪音污染和废气排放；
l 保持了RTGC灵活转场作业的特性 ；
l 大幅度降低油耗；
下图是改造前后在相同工作情况下的平均耗油比较。这个数据是打开射灯，步道灯和吊具油泵，并且分别采用30T、15T、空吊具负载从第1排到第6排再回到第1排，重复10个周期取得的。由图可以看到采用蓄电池储能方式后对RTG装卸作业时的节能效果是非常明显的。
l 增加升压变流器，为了将直流电压抬高减小电流，同时可以限制发动机的输出功率；
l 增加充电放电变流器，控制电池的充电和放电过程；
l 增加高充放电倍率的储能电池，将能量储存在电池内；
l 增加电池管理系统（BMS），监视蓄电池储存的电量，每个串联单体电池的电压，蓄电池温度及均衡电池等；
l 增加PLC及监控系统：用于混合动力系统控制，与RTG主控系统的联锁、故障处理和读取BMS数据；监控系统用于充放电控制系统监控，蓄电池充放电流显示，母线电压及电池电压显示，故障记录等。
对于混合动力系统在RTGC上的应用，最大程度上回收了重力势能的能量，并作为重物提升时的能量。不仅大大减少了柴油机的供电功率，节约燃油成本，而且对港口的节能减排，减少废气污染，噪音污染等具有积极的作用。
