1.6 工程机械油电混合动力系统的相关技术在电动领域的移植性

当前，油电混合动力系统主要采用并联式动力系统和上车机构回转电驱动方案，整机的节能效果大约在10%~30%之间。由于应用的对象相同，其电动机控制器的相关技术可以为电驱动技术提供借鉴，但和电驱动系统用电动机相比仍然具有以下不同之处。

（1）工作原理不同

油电混合动力系统中电动/发电机主要是平衡负载相对内燃发动机的最佳工作点对应的目标转矩的波动，需要在电动和发电模式之间不断地切换，要求电动机具有较高的功率密度和快速充放电速率，电动机为断续工作制；而电动挖掘机用电动机则为连续工作制，电动机是唯一的动力源，电动/发电机大部分时间都工作在电动模式。

（2）目标不同

油电混合动力电动机的工作转速主要由内燃发动机的油门位置决定，大约在1600~2000r/min之间，电动/发电机主要在某个工作转速范围内提供大范围变化的电动转矩和发电转矩；在电动工程机械中，采用电动/发电机来替代内燃发动机，为了更好地匹配动力源和负载的流量，电动机的工作转速由液压泵的类型限制在500~3000r/min之间，转矩变化范围也很大，而且需要低速大转矩，同时要求电动机运行在较高的效率范围内，避免发生在低速高转矩时烧毁电动机和控制器。电动挖掘机用驱动系统不仅需要追求高效，克服制约电驱动发展的瓶颈问题（动力蓄电池一次充电的工作时间和成本），同时需要保证电动机在宽转速和宽转矩范围内具有良好的工作特性，以适应不同的负载。因此，与混合动力系统相比，电驱动的电动机驱动系统追求的目标更多，且随负载变化而变化。

（3）电动机的工作模式不同

油电混合动力系统中，内燃发动机和电动机机械相连，其工作转速一般通过内燃发动机来设定，电动机倘若也工作在转速模式，必然会导致两个动力源的转矩耦合紊乱，因此，电动机一般主要工作在转矩模式。而电动液压挖掘机中，液压挖掘机的工况更为复杂，要求电动机可以工作在以下多种模式。

● 转速模式

流量匹配：和内燃发动机调速相比，采用电驱动后，考虑到变频电动机在动态响应、速度控制精度等方面的优势，为了提高液压系统的能量利用率，一般通过电动机调速实现液压泵的流量和负载所需要的流量匹配。

精细操作：动作缓慢而细致的作业，如起重、吊装和焊接等。要求液压泵流量较小，但必须稳定。此时电动机的转速较低，但要求转速非常稳定。

● 转矩模式

液压挖掘机在挖掘时，液压系统只需要提供较大的挖掘力，而输出流量非常小，此时电动机工作在低速大转矩模式。同时，当电动挖掘机取消自动怠速时，为了迅速建立起克服负载所需的压力，一般以最大负载压力为目标来驱动电动机，即电动机工作在转矩模式。

（4）对可靠性和安全性的要求更高

与油电混合动力系统相比，在电驱动系统中电动机是唯一的动力源，而电动工程机经常在室外作业，所以必须保证机械装置安全可靠、电路设计合理以及软件稳定安全，要保证小型工程机械的最小返程距离。其次，在某些故障出现时，可以通过切换算法，使电动工程机械能在牺牲一定操作性能的情况下行驶至安全区域或者进站维修。切换过程要保证不损坏硬件电路，切换后工程机械运行平稳。

因此，目前各个领域用的电动机驱动系统都不能直接移植到工程机械用电驱动系统中。