混凝土攪拌車(chē)微混技術(shù)研究和應(yīng)用

【摘 要】文章將傳統(tǒng)燃油攪拌車(chē)、純電動(dòng)攪拌車(chē)和混動(dòng)攪拌車(chē)的現(xiàn)況進(jìn)行對(duì)比分析。對(duì)攪拌車(chē)微混技術(shù)方案進(jìn)行說(shuō)明，詳細(xì)介紹微混攪拌車(chē)項(xiàng)目上裝電驅(qū)系統(tǒng)的各個(gè)電控器件的功能和該方案節(jié)油原理，為攪拌車(chē)的發(fā)展提供新思路。

【關(guān)鍵詞】混動(dòng)技術(shù);專(zhuān)用汽車(chē);攪拌車(chē)

中圖分類(lèi)號(hào)：U469.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-8639（ 2024 ）09-0066-02

Research and Application of Micro-mixing Technology for Concrete Mixer Truck

WANG Botao，TONG Changwei，LI Jie，CHEN Shaoyang，WU Delong，YU Jinshun

（Sany Special Purpose Vehicle Co.，Ltd.，Research Institute，Shaoyang 422002，China）

【Abstract】This paper compares and analyzes the current situation of traditional fuel mixer，pure electric mixer and hybrid mixer. The micro mixing technology scheme of the mixer is described，and the function of each electronic control device of the electric drive system installed on the micro mixing truck project and the fuel saving principle of the scheme are introduced in detail，which provides new ideas for the development of the mixer truck.

【Key words】hybrid technology;special purpose vehicles;mixer truck

1 攪拌車(chē)現(xiàn)況介紹

當(dāng)前主流的混凝土攪拌車(chē)設(shè)備可以分為傳統(tǒng)燃油攪拌車(chē)、純電動(dòng)攪拌車(chē)和混合動(dòng)力攪拌車(chē)。傳統(tǒng)燃油攪拌車(chē)主要有燃油發(fā)動(dòng)機(jī)底盤(pán)、發(fā)動(dòng)機(jī)取力裝置、攪拌筒及其液壓驅(qū)動(dòng)裝置。攪拌筒的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力來(lái)源于底盤(pán)燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)燃油發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)液壓馬達(dá)，經(jīng)過(guò)減速機(jī)后驅(qū)動(dòng)攪拌筒。攪拌車(chē)待料時(shí)間長(zhǎng)、怠速占比多、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)大、發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載波動(dòng)大等特殊運(yùn)行工況導(dǎo)致了油耗居高不下。攪拌車(chē)運(yùn)行工況參數(shù)曲線(xiàn)如圖1所示。

純電動(dòng)攪拌車(chē)經(jīng)過(guò)數(shù)代發(fā)展，主要由電動(dòng)底盤(pán)、攪拌筒驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器和攪拌筒構(gòu)成，其攪拌筒的動(dòng)力來(lái)源于底盤(pán)的高壓動(dòng)力電池。當(dāng)前純電動(dòng)攪拌車(chē)主要有充電式和換電式兩種方案，兩種方案的造價(jià)都比較高，且需建設(shè)充電樁或換電站。

混合動(dòng)力攪拌車(chē)，即混合動(dòng)力底盤(pán)加電驅(qū)攪拌筒，目前主要由P1混動(dòng)和P2混動(dòng)兩種混動(dòng)模式。微混攪拌車(chē)方案區(qū)別于傳統(tǒng)的混動(dòng)方式，底盤(pán)的驅(qū)動(dòng)仍然為燃油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，僅攪拌筒使用電驅(qū)動(dòng)，并在發(fā)動(dòng)機(jī)的取力位置（P0）處設(shè)計(jì)一臺(tái)發(fā)電機(jī)，用于發(fā)電，為攪拌筒提供電力。微混攪拌車(chē)相較于傳統(tǒng)燃油車(chē)更節(jié)油、發(fā)動(dòng)機(jī)使用時(shí)間更長(zhǎng)、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用更低;相較于純電攪拌車(chē)，由于微混方案的動(dòng)力電池容量?jī)H為其2%～3%，故成本更低，無(wú)需建設(shè)充電裝置且無(wú)里程焦慮;相較于傳統(tǒng)混動(dòng)車(chē)型，由于微混系統(tǒng)基本不參與底盤(pán)的驅(qū)動(dòng)，故沒(méi)有復(fù)雜的控制系統(tǒng)，故障率低，造價(jià)也更便宜，更加適合當(dāng)前市場(chǎng)。

1.1 微混方案簡(jiǎn)介

圖2為微混攪拌車(chē)系統(tǒng)示意圖。發(fā)動(dòng)機(jī)為整個(gè)設(shè)備提供動(dòng)力來(lái)源，行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)為底盤(pán)提供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)底盤(pán)，同時(shí)在動(dòng)力電池電量較低時(shí)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電由發(fā)電機(jī)控制器轉(zhuǎn)換為高壓直流電儲(chǔ)存于動(dòng)力電池當(dāng)中。當(dāng)攪拌筒需要工作時(shí)，由動(dòng)力電池提供高壓直流電，經(jīng)上裝電機(jī)控制器轉(zhuǎn)換為三項(xiàng)交流電并控制驅(qū)動(dòng)上裝電機(jī)旋轉(zhuǎn)，上裝電機(jī)經(jīng)減速機(jī)帶動(dòng)攪拌筒旋轉(zhuǎn)。同時(shí)在有充電樁的條件下，系統(tǒng)還提供了快充接口，方便為動(dòng)力電池補(bǔ)能。

1.2 上裝電驅(qū)系統(tǒng)

上裝電驅(qū)系統(tǒng)主要包括整車(chē)控制器VCU、多合一高壓電控單元、攪拌筒驅(qū)動(dòng)電機(jī)、發(fā)電機(jī)、動(dòng)力電池、散熱風(fēng)扇、散熱水泵、操控屏和電控手柄等。

1）整車(chē)控制器。整車(chē)控制器的主要功能為：①系統(tǒng)上下電控制，包括各上裝控制器的低壓電控制以及高壓系統(tǒng)上下電流程控制;②發(fā)電控制，包括行車(chē)發(fā)電、強(qiáng)制駐車(chē)發(fā)電、能量回收3種發(fā)電模式;③系統(tǒng)熱管理，包括電池制冷、制熱，發(fā)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)電機(jī)散熱控制以及駕駛室制冷控制;④攪拌筒控制，根據(jù)操作屏及電控手柄控制攪拌筒轉(zhuǎn)速。

2）多合一高壓電控單元。多合一電控單元包括攪拌筒驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器、發(fā)電機(jī)控制器、高低壓轉(zhuǎn)換控制器DCDC以及高壓配電繼電器及其預(yù)充繼電器。攪拌筒電機(jī)控制器主要用于控制攪拌電機(jī)，驅(qū)動(dòng)攪拌筒工作。發(fā)電機(jī)控制器主要用于控制發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，同時(shí)在動(dòng)力電池電量充足的條件下也可以將發(fā)電機(jī)當(dāng)做驅(qū)動(dòng)電機(jī)，為發(fā)動(dòng)機(jī)提供額外的動(dòng)力。DCDC主要將動(dòng)力電池的高壓電轉(zhuǎn)換為控制器，控制電路所需的低壓電，以確?？刂葡到y(tǒng)的正常工作。

3）攪拌筒驅(qū)動(dòng)電機(jī)及發(fā)電機(jī)。攪拌筒驅(qū)動(dòng)電機(jī)及發(fā)電機(jī)采用軸向磁通電機(jī)（盤(pán)式電機(jī)），此電機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于質(zhì)量輕、功率大，非常適合應(yīng)用在對(duì)質(zhì)量要求敏感的系統(tǒng)。

4）動(dòng)力電池。動(dòng)力電池目前采用應(yīng)用廣泛的300V高壓平臺(tái)。根據(jù)不同地區(qū)的工況，電池容量可在6～9kW·h之間進(jìn)行選擇。在選擇電池容量時(shí)，可根據(jù)運(yùn)距及工地待料時(shí)長(zhǎng)綜合選擇電池容量，以達(dá)到最優(yōu)的節(jié)能效果以及最高的投資回報(bào)。

5）散熱系統(tǒng)。散熱系統(tǒng)包括：散熱水泵、散熱風(fēng)扇、換熱器、冷凝器和電動(dòng)壓縮機(jī)等。主要為電機(jī)、電機(jī)控制器和動(dòng)力電池提供散熱。

6）操作屏。操作屏主要顯示如下信息：上裝電驅(qū)系統(tǒng)信息，如電池剩余電量、電壓和工作狀態(tài)等;攪拌筒的控制功能，如攪拌筒的轉(zhuǎn)速及旋轉(zhuǎn)方向控制;以及故障診斷和顯示。

7）電控操作手柄。電控手柄位于攪拌車(chē)操作臺(tái)附近，方便工人操作控制卸料。

2 節(jié)油途徑及原理

微混攪拌車(chē)的節(jié)油途徑主要有熄火待料、高效電驅(qū)、能量回收、行車(chē)助力4種場(chǎng)景，使發(fā)動(dòng)機(jī)盡可能工作在高效區(qū)間，相較于傳統(tǒng)燃油車(chē)可綜合節(jié)油10%～20%，如圖3所示。

1）待料熄火。由于攪拌車(chē)的特殊工況，即需要長(zhǎng)時(shí)間在工地等待卸料，傳統(tǒng)燃油車(chē)由于攪拌筒的動(dòng)力來(lái)源于發(fā)動(dòng)機(jī)，所以在工地待料時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)一直不能熄火，長(zhǎng)時(shí)間處于低轉(zhuǎn)速狀態(tài)，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)工作在非高效區(qū)間，導(dǎo)致傳統(tǒng)燃油攪拌車(chē)油耗居高不下。而微混攪拌車(chē)方案正好解決了這一難題，由于其攪拌筒驅(qū)動(dòng)的能量來(lái)源于動(dòng)力電池，在不行駛時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)可以熄火，同時(shí)攪拌筒也可以保持正常工作，避免了發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期工作在非高效區(qū)。

2）高效電驅(qū)。相較于傳統(tǒng)燃油車(chē)的液壓油泵馬達(dá)驅(qū)動(dòng)方式，電機(jī)直驅(qū)的方式減少了能量傳遞的途徑，且驅(qū)動(dòng)的效率更高，綜合系統(tǒng)效率高20%以上。

3）能量回收。VCU通過(guò)CAN總線(xiàn)獲取發(fā)動(dòng)機(jī)ECU的信息以及車(chē)輛的行駛狀態(tài)。當(dāng)車(chē)輛處于帶擋制動(dòng)狀態(tài)或者帶擋滑行狀態(tài)時(shí)，VCU通過(guò)指令控制發(fā)電機(jī)發(fā)電，將車(chē)輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，儲(chǔ)存于動(dòng)力電池中供攪拌筒工作。

4）行車(chē)助力。VCU通過(guò)獲取傳感器信息及發(fā)動(dòng)機(jī)ECU信息，判斷車(chē)輛當(dāng)前的工作狀態(tài)，如車(chē)輛處于起步或者爬坡時(shí)，控制發(fā)電機(jī)切換工作模式，由發(fā)電模式切換為驅(qū)動(dòng)模式，通過(guò)取力軸為發(fā)動(dòng)機(jī)助力，使發(fā)動(dòng)機(jī)始終工作在高效區(qū)間。

3 總結(jié)

微混攪拌車(chē)方案的簡(jiǎn)單實(shí)用為已售燃油車(chē)的改裝提供了可能。其應(yīng)用可分為前裝市場(chǎng)（出廠即裝有上裝電驅(qū)系統(tǒng)）以及后改裝市場(chǎng)。其10%～20%的綜合節(jié)油率和極具性?xún)r(jià)比的運(yùn)營(yíng)成本，為攪拌車(chē)的發(fā)展提供了一條新道路。

（編輯 楊凱麟）

作者簡(jiǎn)介王波濤（1978—），高級(jí)工程師，三一專(zhuān)用汽車(chē)有限責(zé)任公司電氣所所長(zhǎng)，從事專(zhuān)用車(chē)電氣系統(tǒng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)研發(fā)工作;童昌偉（1993—），從事機(jī)器人領(lǐng)域和商用汽車(chē)行業(yè)的嵌入式產(chǎn)品軟硬件開(kāi)發(fā)工作;李潔（1998—），工程師，從事專(zhuān)用車(chē)電氣系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工作。