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揭秘80吨纯电重型牵引车“电拖头”制作过程

张银龙

在纯电动车小型化、尤其是在6米客车“买就送”的市场背景下,中国重汽集团济宁商用车有限公司逆潮流而动,率先打破市场常规,制作了一款满载质量80吨、牵引质量60吨的纯动重型牵引车。信息在网上已经发布,便引来众多的旁观者。我作为纯电驱动系统集成工程师之一,参与了重汽这款豪瀚牌“电拖头”的制作全过程,因此有感而发也不无道理。

通常,这种重型牵引车需要采用操纵不便的多挡手动变速器或者价格昂贵的自动变速器,而这款重型“电拖头”的驱动力和车速,只需驾驶员控制加速踏板即可实现起步和无级变速的提速过程。所提供的自动爬行模式,不仅满足了车辆在特殊工况下的使用要求,坡道起步时的自动爬行功能,更给驾驶人员增添了难得驾驶乐趣。

除此之外,0~20Km/h的加速时间只需9秒钟;最高车速可达52km/h;以及最大爬坡度超过5%等卓越的动力性能,完全满足码头重型牵引车摆渡大型集装箱的任务。

150kW/h的储能装置,在车辆满载情况下一次充电续驶里程超过60km……动力性高、耗电量低、操纵性好等优点,不仅得益于工程师团队的合理设计和制作人员的精心施工,更得益于0~10000转/分的高速、高效电机,以及驱动系统转矩最大可以达到令人惊叹的43500Nm。

揭秘80吨纯电重型牵引车“电拖头”制作过程

图1重汽纯电动码头低速牵引车进行牵引实验

这辆码头牵引车主要用于港口内集装箱的搬运,额定满载质量为80吨,空载质量为20吨。整车满载后的强劲动力来自两个并联的额定功率为85KW的北京永续西门子电机。这种ELFA动力系统是各种工况下的输出功率和转矩一定时,两个电机同时以相同转速、转矩和功率输出工作,即:各自以完全相等的动力按总动力需求的50%做功,其平均工作效率要比一个电机独立输出动力提高5%左右。对于众多电机设计者和制造商,简直就是一个梦寐以求的梦想。

在同一台减速器上安装两个各自重量只有113kg,且转速、转矩实时同步的驱动电机,不仅使电机的工作效率能够在更多工况下始终保持在90%~95%的范围,对电机产品性能、质量的一致性如此之高,更是一个令人难以逾越挑战。此方案非一般技术所能为,然而西门子做到了。安全、高效、可靠、耐用,让此车既有了强劲的动力,又有了超长的续航里程。

揭秘80吨纯电重型牵引车“电拖头”制作过程

图2 “电拖头”双电机驱动系统配置示意图

西门子ELFA 系统产品采用国际电工委员会IEC60034系列和德国的标准化组织DIN EN 60034系列标准。在高铁技术平台上生成的模块化产品,性能和质量的一致性做得非常惊人自不在话下。

这台搭载西门子ELFA动力系统的这款港口牵引车,在操作上更简单更人性化,由于此车的根本没有变速设备,车速的控制完全是靠电机的转速来实现的。电机转速0-10000转之间线性转变转速,加上西门子减速箱后输出给后桥主减。这样就直接实现了无级变速,驾驶员通过加速踏板的开度,直接来控制车速,使得驾驶轻松自如,从而也让动力系统少了一个变速设备。

同时此车搭载的西门子ELFA动力系统还有制动回收能量的功能,在保证动力的同时又能节能。其回收能量的原理是当踩下制动踏板的过程中,两个驱动电机会转变成两个发电机,同时通过逆变器为电池充电。

这辆车的西门子ELFA动力系统只要触及到安全、可靠相关联的不见,都是由西门子的通讯控制单元驱动或者监控下工作的。其中包括高压的通\断。

因为触及到高压,所以此车所遵循的安全标准非常严格。首先从系统上说,西门子动力系统自身要求非常高,保证所有安全条件都满足的情况下才能让电池的控制系统闭合主回路,有不满足的条件就会要求电池控制系统断开电路,从而从根本上保障了车辆的安全。

在这辆车的西门子动力系统中用的高压线束是按照西门子要求,全部采用闭环成组连接和高度集成独立控制。这样的设计可以使高压线束在高度集中的情况下减少故障点的增加。

其中西门子ELFA系统还实施的检测着电池的电压、电流、SOC以及电池的工作状态,过流、过压、欠压保护等功能可以防止驱动系统的损坏并避免因为电池过载发生意外事故。

如果碰到意外情况导致散热系统发生故障,驱动系统可以通过自行限制动力系统功率输出的方式,在保证安全的状况下使车辆继续行驶至目的地。这样就避免车辆抛锚的情况,保证了车辆运输过程中减小故障带来的损害。简而言之,即使电机轴承经过常年运转发生损坏时,系统也能及时提供故障预警信息,这个特点是国内外各类汽车驱动电机所不具备的。

“电拖头”驾驶舱内体现了更多的人性化处理。例如启动钥匙门后西门子动力系统准备状况,电池电压值、电池的SOC值、散热系统的水温值、电机温度值等常规信息和故障,都能显示在仪表中间一块液晶显示屏上,让驾驶员对车辆状况一目了然。

驾驶舱内设置了系统报警设备,例如电机温度报警、水温报警、绝缘问题报警等。在有蜂鸣器声音报警的同时,液晶屏幕上还会闪烁相对应的图案。

此车还对紧急状况发生后,让车辆的转向系统继续使用,给足车辆在这种情况下有充足时间靠边停,可谓是考虑周全。

作者张银龙系北京永续能源科技有限公司纯电驱动系统集成工程师

作者:张银龙

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