Akkukäyttöisen kumipyöräkonttinosturin dynaaminen lataus

Abstract

Lataamisesta liikkeen aikana on tullut kasvava teknologinen kiinnostuksen kohde useilla teollisuuden aloilla, kuten sähköisessä liikenteessä sekä materiaalin käsittelyssä satamissa. Dynaaminen lataus voidaan toteuttaa joko langattoman tai konduktiivisen tehonsiirron avulla. Satamasovelluksissa dynaaminen lataus voi mahdollistaa kumipyöräkonttinosturin keskeytyksettömän toiminnan ilman, että operaatio pysähtyy latauksen takia. Lisäksi jatkuva lataus vähentää sataman sähköverkon huipputehoa, koska tarvittava jatkuva latausteho on alhaisempi. Tämä voi pienentää sataman sähköinfrastruktuurin kustannuksia, kun sähkönsyötön suunnittelua tehdään RTG-nostureiden lataustoimintaa varten.

Konduktiivinen tehonsiirto on vakiintunut teknologia, jota on käytetty RTG-nostureissa jo usean vuoden ajan. Nykyinen sovellus konduktiivisesta dynaamisesta latauksesta on E-Hybrid RTG, jossa akkua ladataan virtakiskon avulla. Virtakiskojärjestelmä vaatii tilaa konttirivin vierestä, joka aiheuttaa tilahaasteita jälkiasennuksessa. Sähköinen tiejärjestelmä voidaan asentaa RTG:n ajoreitille, joka mahdollistaa dynaamisen latauksen käytön aikana. Nosturin latausjärjestelmä sijaitsee akkuhuoneessa, jossa laahaimet ovat yhteydessä sähköiseen tiejärjestelmään. Langaton dynaaminen lataus voidaan toteuttaa induktiivisen magneettisen resonanssiteknologian avulla, jossa sarja lähetinkeloja asennetaan tiehen ja vastaanotinkelat asennetaan akkuhuoneen alle mahdollistamaan langaton tehonsiirto ilmavälin läpi. Molemmille teknologioille toteutettiin simulaatiot, joiden tarkoituksena oli tutkia lataustoimintaa yhden tunnin RTG-operaation aikana. Sähköisen tiejärjestelmän pituudeksi valittiin 30 % konttipinon pituudesta. 27 minuutin latausaika tunnissa pystyttiin saavuttamaan, joka johti akun varaustilan positiiviseen muutokseen molemmilla teknologioilla. Langattomalla latauksella minimiaika akun varaustilan ylläpitoon oli 23.5 minuuttia. Konduktiivisella latauksella tarvittiin 18 minuuttia latausaikaa tunnissa varaustilan ylläpitoon.

Charging while moving has become a growing technology of interest in several industries, including container handling. Dynamic charging can be achieved with wireless or conductive power transfer. In port applications, dynamic charging has the potential to enable continuous operation without any interruptions in operation due to charging. In addition, continuous charging has a lower peak power demand from the port electric grid due to lower charging power levels. This can decrease port infrastructure costs when dimensioning and designing the electric supply system for RTG charging operations.

Conductive power transfer is a well-known technology that has been used in RTG’s for many years. Existing application of conductive dynamic charging is the E-Hybrid RTG, which uses a busbar to charge the battery. The busbar system requires space along the container stack, which creates an infrastructural challenge when retrofitting to brownfields. An electric road system can be installed into the travel path of the RTG to enable conductive dynamic charging during operation. Wireless dynamic charging can be achieved using magnetic resonance technology, where an array of transmitter coils is placed in the road and receiver coils are installed under the battery house to enable power transfer through an air gap. Simulations for both technologies were done to study the charging operation during 1 hour of RTG operation. The electric road length was selected to be 30% of the container stack length to investigate the sufficiency of charging. A 27-minute charging time was achieved for both technologies that resulted in a positive change in battery state of charge. For wireless charging, 23.5 minutes of charging was needed to maintain the battery state of charge. For conductive charging, 18 minutes of charging was needed to maintain state of charge. Conductive charging demonstrated a better charging capability due to higher charging power levels.