2.4.3 纯电动工程机械的关键技术

1.电动机及其驱动技术

工业用电动机一般直接从电网取电，而纯电动工程机械采用电量储能单元供电，同时工程机械运行工况复杂。因此，与工业用电动机控制系统相比，工程机械电驱动系统对驱动电动机、用电安全及控制系统要求更高。

1）电动工程机械为了动态匹配液压泵和负载的流量，在一个标准工作周期（大约15～20s）能够频繁加速/减速，加速性能好。

2）电动工程机械采用调速电动机后，为了发挥电动机的优势和简化液压系统，可采用定量泵代替原来的变量泵，必然要求电动机有较宽的调速范围（由液压泵的工作转速范围决定）。

3）电动挖掘机需要长时间工作在挖掘模式，过载能量强。

4）为了提高蓄电池一次充满电后的工作时间，要求动力系统效率高。

5）电动工程机械需要户外作业，对整机用电安全性、可靠性要求更高。因此，工业用电动机驱动系统相关技术不能完全移植到电动工程机械。

2.储能单元及管理技术

储能单元为纯电动工程机械提供能量，是目前制约纯电动工程机械发展的最为关键因素。纯电动工程机械能与传统柴油机驱动相竞争，必须要研究开发出比功率大、比能量高、使用寿命长的高效动力储能单元。到目前为止，纯电动汽车上使用的动力电池经过了三代的发展。第一代是铅酸电池，目前主要是阀控铅酸电池，由于其比能量较高、价格低和能高倍率放电，因此是目前唯一能大批量生产的纯电动汽车用电池。第二代是碱性电池，主要有镍氢（Ni-MH）、镍镉（NJ-Cd）、钠硫（Na/S）、锂离子（Li-ion）和锌空气（Zn/Air）等多种动力电池，其比功率和比能量都比铅酸电池高，因此此类动力电池在纯电动系统上使用，可以大大提高纯电动系统的动力性能和工作时间，但是此类电池价格却比铅酸电池要高出许多，并且锂离子电池等对环境的安全条件要求比较高。第三代是以燃料电池为代表的动力电池。燃料电池可以直接将燃料的化学能转变为电能，能量转变效率高，比能量和比功率都比前两代电池高，并且反应过程可以进行控制，能量转化过程可以连续进行，因此是理想的动力电池，但目前还处于研制阶段，一些关键技术还有待突破。

3.能量管理技术

纯电动工程机械要获得良好的动力特性，必须装备比能量高、使用寿命长、比功率大的动力电池作为动力源。然而，性能再好的动力电池，其储存的能量也是有限的。因此要对动力电池有限的能量进行合理的分配，提高整机的能量利用率和作业时间。这就必须对动力电池进行系统管理。能量管理系统是纯电动工程机械的智能核心。一辆设计优良的纯电动工程机械，除了有良好的机械性能、电驱动性能、选择适当的动力电池外，还应该有一套协调纯电动工程机械各个功能部件工作的能量管理系统，它的作用是检测单个电池或电池组的工作状态，并根据各种传感信息，包括先导压力信号、液压泵出口压力信号、负载压力信号、动力电池工况、环境温度等，以及空调等用电设备工作状况，合理地调配和使用有限的能量；它还能够根据电池组的使用情况和充放电历史选择最佳充电方式，以便尽可能延长电池的寿命。

4.整机节能技术的突破

纯电动工程机械采用变频电动机代替传统的柴油机驱动后，再结合工程机械自身为液压驱动的特点，应该在电液融合方向挖掘节能的新途径，至少可以在以下几个方面实现突破。

1）电动机的调速特性与发动机调速不同。随着新能源电动机的飞速发展，电动机的调速特性已经得到了较大的发展，因此应该充分发挥电动机的调速特性来实现节能。比如是否还有必要采用变量泵，如果采用定量泵代替变量泵后，整机动力-液压泵-负载的全局功率匹配大多通过变转速来实现。那么基于变转速的负载敏感、负流量、正流量等各种传统的液压驱动系统如何实现？这些都会给纯电动挖掘机带来较大的改变。

2）能量回收。当整机有电储能单元，而液压系统中也已经配置液压蓄能器后，能量回收必须和再利用结合在一起，必须在操控性和节能性的整体效果上实现最优化。必须充分分析几个可回收能量的工况特点，获得最优的能量回收和释放的方案。

3）采用纯电驱动后，整机的液压系统如何改进？这点恰恰是目前在整机节能改进时很容易被忽略的地方。主要原因在于我国的液压水平不高，整机的高端液压元件基本依赖进口，自身并不敢轻易改进液压系统。但液压系统必须结合动力系统在一起，才能全面提高整机的节能效果。以纯电动挖掘机为例，回转是采用电动机驱动、液压马达驱动还是液压马达-电动机的复合驱动都值得去研究。同样对于动臂、斗杆和铲斗是否可以采用电动机-闭式泵的闭式驱动系统等。