目前，我国多数集装箱码头已完成场桥“油改电”项目，实现场桥作业由市电供电，达到降低成本、减排环保的目的；但由于市电无法为场桥转场供电，部分码头为了确保场桥灵活转场，仍保留原柴油发动机组，为场桥转场供电。在场桥转场时，发动机的运行时间较短且启停较为频繁，容易造成发动机损坏，使得设备运行和维护成本较高。为了解决上述问题，在完成场桥“油改电”的基础上，加装小功率锂电池系统替代柴油发动机组为其转场供电，从而使改造后的场桥完全摒弃柴油发动机组。大连集装箱码头有限公司于 2018 年完成 10 台“油改电”场桥的锂电池转场供电系统项目，并基于公共直流母线技术，实现能量回馈充电。基于锂电池储能的场桥转场供电系统的设计和应用实现场桥零排放运行，为集装箱码头节能减排作出重要贡献。
1 基于锂电池储能的场桥转场供电系统设计
基于锂电池储能的场桥转场供电系统是为“油改电”场桥低能耗、环保转过场作业而设计的。在场桥转场时，该系统使用锂电池作为动力源，向场桥大车及整机辅助设备提供动力；场桥进入街区后，系统自动转换为市电供电，同时为锂电池充电。
1.1 锂电池系统
1.1.1 系统组成
采用三元锰酸锂单体电池，额定电压 3.55 V，额定容量 10 A h，其优点为倍率性能好、循环寿命长。采用液冷标准箱，电池模块加上电池模块控制单元
构成电池模组。锂电池组由 2 个串联电池组并联组成，每个串联电池组由 8 个锰酸锂液冷标准箱串联组成。锂电池组的相关参数如下：额定容量为 43.4
kW h；额定工作电压为 543 V；工作电压范围为491~630 V；*大持续放电电流为200 A；*大持续充电电流为 200 A；峰值工作电流为 25 A/s；工作荷电状态范围为 30%~95%；充电、放电和储电状态下工作温度范围分别为 5~45℃、 20~45℃和 5~35℃。
1.1.2 系统保护策略
系统设有硬件和软件保护：硬件保护包括过流保护等；软件保护包括过压保护、欠压保护、过温保护、过流保护、绝缘电阻过低保护等。此外，根据保护策略设置系统运行参数，确保系统运行安全可靠。
1.1.3 电池管理系统
电池管理系统包括电池模块控制单元、高压管理控制单元和电池组管理控制单元，能够实现对整个储能电池系统的智能化管理和控制。电池模块控制单元对电池模块电压和关键点温度实施监测，可同时采集 12 路电池电压和 2 路电池温度，并将采集的数据信息上传至电池组管理控制单元；高压管理控制单元可采集电池组的充放电电流和电池组总电压，同时监测电池组绝缘状况，并将信息上传至电池组管理控制单元；电池组管理控制单元接收电池模块控制单元和高压管理控制单元传送的电池组数据信息，对电池组进行充放电管理和荷电状态修正，监测电池系统继电器开关状态等，并将故障信息发送至可编程逻辑控制器。电池管理系统内部采用控制器局域网络总线通信方式，采用RS485 与可编程逻辑控制器通信，并与可编程逻辑控制器配合，完成电池储能系统的充放电，同时实时监测电池信息、电池储能系统运行状况及绝缘状况等，以便在电池系统发生故障时及时传送故障信息，并根据保护策略采取相应措施。此外，电池管理系统具备故障复位功能：系统发出故障报警后，可手动复位电池系统，**故障状态，或根据故障信息采取相应措施排除故障；若复位电池系统３次以上仍出现相同故障报警，则触发复位锁定，需要排除故障后重启电池系统。
1.2 充电系统
锂电池利用“油改电”滑触线市电实施充电：由中架滑触线680 V直流电源通过直流-直流转换器为“油改电”场桥充电，充电电流维持在 100 A。同时，直流-直流转换器连接滑触线端和电池端，构成势能回充回路，使设备下降势能转化为电能回充锂电池；锂电池充满后，电能回流至市电滑触线，从而使设备下降势能全部实现电能回收，节能效果十分显著。
1.3 电池容量
场桥工作电机包括 1 台 210 kW起升电机、1 台30 kW小车电机、2 台 45 kW大车电机和 2 台 15 kW转向油泵电机。根据场桥电气负载情况，按照场桥转场空载运行的实际工况计算电池容量。
（1）大车运行工况：加速运行阶段，大车电机额定功率为 90 kW，运行时间为 10 s；稳速运行阶段，大车电机稳态功率为 30 kW，运行时间为 1 800 s；减速运行阶段，大车电机能量回馈功率为 45 kW，能量回馈持续时间为 10 s。
（2）小车运行工况：加速运行阶段，小车电机额定功率为 30 kW，运行时间为 6 s；稳速运行阶段，小车电机稳态功率为 10 kW，运行时间为 8 s；减速运行阶段，小车电机能量回馈功率为 15 kW，能量回馈持续时间为 6 s。
（3）转向液压机构运行工况：启动阶段，转场液压泵电机额定功率为 15 kW，加速峰值持续时间为3 s，转场电机数量为 2 台，转向 2 次；稳速运行阶段，转场液压泵电机稳态功率为 3 kW，运行持续时间为120 s，转场电机数量为 2 台，转向 2 次。
（4）辅助机构运行工况：辅助机构（包括 6.4 kW投光灯、6 kW空调和其他设备）功率为 15 kW，转场*长运行时间为 1 800 s。根据以上场桥转场实际工况计算出转场供电系统所需锂电池*大容量为 23.18 kW h，设计电池容量为 28.23 kW h，满足设备使用需求。充电装置充电电流设置为 100 A（可调），补充 80 A h的电能需要 30 min（连续 160 A充电的情况下）。
2 场桥锂电池转场供电系统实际应用
（1）断市电后，场桥自动切换到电池供电；送市电后，场桥自动断开电池电源并转为充电模式。
（2）大车转场时*长移动距离 2 000 m，*长转场时间 30 min，转场次数为 1 次，转向次数为 2 次。
（3）转场电池供电系统具有电池监测功能，可监测电池组电压和内阻。
（4）司机室内设有“启动”和“停止”按钮，并设有显示转场状态的显示屏；直流-直流充电装置不受“启动”按钮的控制，在电池组不满电的情况下，下降势能即刻开始对电池组充电；充电故障信息自动传送至电气房可编程逻辑控制器和电池房可编程逻辑控制器，并通过司机室的指示灯报警。
（5）安装辅助设备用逆变器，为电池状态和市电状态下的场桥整机提供交流电。
（6）司机室安装指示灯，用以显示电池工作状态以及报警，方便司机了解设备运行状态。
（7）转向泵由变频器控制，可与大车变频器相互切换。
（8）设置应急插座箱，供场桥从地面移动柴油机组的 480 V电源取电，以维持场桥各机构低速运行；另外，可以通过起升整流单元的母排电源为锂电池应急充电。
（9）在无交流电的情况下，恒压恒频逆变器和变频器可以自行启动。
（10）在整机断电的情况下，由不间断电源为火灾报警装置供电，满足断电情况下的报警需求。
（11）锂电池供电系统可编程逻辑控制器与主系统可编程逻辑控制器之间采用光纤通信。
（12）在锂电池供电的情况下，大车可以全速运行，其他机构可以慢速运行。
3 结束语
锂电池储能技术的应用使得场桥转场摒弃发动机组发电模式，实现场桥纯电动转场。基于锂电池储能的场桥转场供电系统对降低码头运营成本、推动码头节能减排、提高码头经济效益具有积极意义，其应用前景十分光明。
