1.4 電動汽車關鍵技術在電動挖掘機技術的移植性

當前電驅(qū)動系統(tǒng)在車輛上的應用較為成功，但電動汽車用電動機驅(qū)動技術難以直接移植到電動工程機械領域。與車輛相比，應用于工程機械領域的電驅(qū)動系統(tǒng)與車輛領域的電驅(qū)動系統(tǒng)有著顯著的區(qū)別，下面以典型工程機械液壓挖掘機為例進行說明。

（1）電動機的負載特性不同

液壓挖掘機作為一種多用途的工程機械，可進行挖掘、平地、裝載、破碎等多種工作模式；挖掘機的工況也較為復雜，一般把工況分為重載、中載、輕載三種。液壓挖掘機在工作中通常重復地進行同樣的動作，動力源的輸出功率波動劇烈并具有一定周期性（15~20s）。以某小型液壓挖掘機為例（圖1-24），動力源輸出功率在大約20s時間里，負載功率在2~15kW之間劇烈變化，導致電動工程機械的運行工況、環(huán)境較為復雜且功率密度大，對其各主要部件有更高的動態(tài)響應和脈沖過載能力要求。而汽車工況較為平穩(wěn)，主要包括起動、加速、勻速、制動、上下坡等工況，在大多數(shù)平穩(wěn)行駛過程中，負載穩(wěn)定，并不需要時刻跟隨負載變化而變化，通過一定的控制策略可以使電動機比較穩(wěn)定地運行在理想?yún)^(qū)域；而工程機械在工作過程中，負載時刻都在變化，電動機需要隨負載的變化而不斷地調(diào)整以匹配負載需求。

（2）電動機的工作轉(zhuǎn)速范圍不同

如圖1-25所示，電動汽車用電動機主要是發(fā)揮電動機的低速大轉(zhuǎn)矩的特點，在汽車起動時實現(xiàn)快速起動，而在汽車高速行走時，電動機的工作轉(zhuǎn)速較大，但輸出轉(zhuǎn)矩較小，即電動機在高速區(qū)間采用弱磁控制，擴大電動機的工作范圍。而電動液壓挖掘機用電動機與電動汽車的工作轉(zhuǎn)速范圍不同。傳統(tǒng)挖掘機的內(nèi)燃發(fā)動機工作區(qū)域為1600~2000r/min，相對其整個轉(zhuǎn)速范圍（0~2000r/min）為高速區(qū)域。采用電動機驅(qū)動后，可以充分利用電動機具有良好的調(diào)速性能的特點，電動機的工作轉(zhuǎn)速范圍相對原來柴油發(fā)動機驅(qū)動的工作轉(zhuǎn)速范圍更大（300~2500r/min）。但為了保證電動挖掘機在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的作業(yè)性能，一般要求電動機在其工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的最大輸出轉(zhuǎn)矩均不能降低或者恒功率區(qū)間不能較小。

（3）動力源各部件之間協(xié)調(diào)控制問題

挖掘機的負載波動非常劇烈，循環(huán)周期短，控制對象除了電動機外，還有液壓系統(tǒng)各控制元件和各種狀態(tài)量（壓力）的檢測，如何根據(jù)液壓系統(tǒng)的狀態(tài)信號反饋動態(tài)控制電動機，進而使得整機的效率和操作性能最佳，是一個較大的挑戰(zhàn)。而電動汽車領域大都為機械傳動，電動機驅(qū)動器的輸入信號主要為油門信號、制動信號等，無須與液壓系統(tǒng)相結合，與負載的動力匹配也主要通過機械結構的變速箱來優(yōu)化。

（4）再生控制不同

電動汽車中，驅(qū)動途徑和再生途徑為一個相同的系統(tǒng)，而且驅(qū)動車輪是唯一的負載。在制動時，再生控制策略需要協(xié)調(diào)再生制動與摩擦制動的關系，保證整車制動性能的安定性，避免再生制動過程中因天氣原因、路面狀況、制動深度變化引起的制動跑偏、驅(qū)動輪抱死等危險；但是液壓挖掘機為多執(zhí)行器負載，驅(qū)動途徑和能量回收途徑一般為兩個不同的系統(tǒng)，兩者之間通過電能儲存單元耦合。同時對于液壓挖掘機來說，其機械臂制動和回轉(zhuǎn)制動過程中，驅(qū)動器的控制策略側重點在于如何在保證操作性能的前提下最大程度地回收能量，而不是協(xié)調(diào)和摩擦制動的關系。

因此，針對電動汽車所面臨的具體問題而研究開發(fā)的電驅(qū)動系統(tǒng)和技術直接移植到工程機械上是不可行的。為了實現(xiàn)工程機械的節(jié)能目標，必須針對工程機械的實際作業(yè)特點，同樣需要開展工程機械用電驅(qū)動系統(tǒng)及其控制策略的研究。