1.4 电动汽车关键技术在电动挖掘机技术的移植性

当前电驱动系统在车辆上的应用较为成功，但电动汽车用电动机驱动技术难以直接移植到电动工程机械领域。与车辆相比，应用于工程机械领域的电驱动系统与车辆领域的电驱动系统有着显著的区别，下面以典型工程机械液压挖掘机为例进行说明。

（1）电动机的负载特性不同

液压挖掘机作为一种多用途的工程机械，可进行挖掘、平地、装载、破碎等多种工作模式；挖掘机的工况也较为复杂，一般把工况分为重载、中载、轻载三种。液压挖掘机在工作中通常重复地进行同样的动作，动力源的输出功率波动剧烈并具有一定周期性（15~20s）。以某小型液压挖掘机为例（图1-24），动力源输出功率在大约20s时间里，负载功率在2~15kW之间剧烈变化，导致电动工程机械的运行工况、环境较为复杂且功率密度大，对其各主要部件有更高的动态响应和脉冲过载能力要求。而汽车工况较为平稳，主要包括起动、加速、匀速、制动、上下坡等工况，在大多数平稳行驶过程中，负载稳定，并不需要时刻跟随负载变化而变化，通过一定的控制策略可以使电动机比较稳定地运行在理想区域；而工程机械在工作过程中，负载时刻都在变化，电动机需要随负载的变化而不断地调整以匹配负载需求。

图1-24 某小型液压挖掘机的动力源输出功率曲线

（2）电动机的工作转速范围不同

如图1-25所示，电动汽车用电动机主要是发挥电动机的低速大转矩的特点，在汽车起动时实现快速起动，而在汽车高速行走时，电动机的工作转速较大，但输出转矩较小，即电动机在高速区间采用弱磁控制，扩大电动机的工作范围。而电动液压挖掘机用电动机与电动汽车的工作转速范围不同。传统挖掘机的内燃发动机工作区域为1600~2000r/min，相对其整个转速范围（0~2000r/min）为高速区域。采用电动机驱动后，可以充分利用电动机具有良好的调速性能的特点，电动机的工作转速范围相对原来柴油发动机驱动的工作转速范围更大（300~2500r/min）。但为了保证电动挖掘机在工作转速范围内的作业性能，一般要求电动机在其工作转速范围内的最大输出转矩均不能降低或者恒功率区间不能较小。

（3）动力源各部件之间协调控制问题

挖掘机的负载波动非常剧烈，循环周期短，控制对象除了电动机外，还有液压系统各控制元件和各种状态量（压力）的检测，如何根据液压系统的状态信号反馈动态控制电动机，进而使得整机的效率和操作性能最佳，是一个较大的挑战。而电动汽车领域大都为机械传动，电动机驱动器的输入信号主要为油门信号、制动信号等，无须与液压系统相结合，与负载的动力匹配也主要通过机械结构的变速箱来优化。

图1-25 电动汽车和电动液压挖掘机用电动机的外特性曲线

（4）再生控制不同

电动汽车中，驱动途径和再生途径为一个相同的系统，而且驱动车轮是唯一的负载。在制动时，再生控制策略需要协调再生制动与摩擦制动的关系，保证整车制动性能的安定性，避免再生制动过程中因天气原因、路面状况、制动深度变化引起的制动跑偏、驱动轮抱死等危险；但是液压挖掘机为多执行器负载，驱动途径和能量回收途径一般为两个不同的系统，两者之间通过电能储存单元耦合。同时对于液压挖掘机来说，其机械臂制动和回转制动过程中，驱动器的控制策略侧重点在于如何在保证操作性能的前提下最大程度地回收能量，而不是协调和摩擦制动的关系。

因此，针对电动汽车所面临的具体问题而研究开发的电驱动系统和技术直接移植到工程机械上是不可行的。为了实现工程机械的节能目标，必须针对工程机械的实际作业特点，同样需要开展工程机械用电驱动系统及其控制策略的研究。