王照宇

電動汽車技術(shù)發(fā)展使我國汽車產(chǎn)業(yè)面臨轉(zhuǎn)型升級的歷史機遇。早在2005年，我國就出臺《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006―2020年）》，明確提出重點研究開發(fā)低能耗和新能源汽車、集成和制造技術(shù)、動力電池和驅(qū)動電動機等關鍵部件技術(shù)和新能源汽車試驗測試及基礎設施技術(shù)。隨后，我國啟動“十城千輛”節(jié)能與新能源汽車示范推廣應用工程，先后出臺《汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》、私人購買新能源汽車補貼試點等一系列鼓勵政策，從國家政策層面鼓勵和促進新能源汽車發(fā)展。

在港口新能源建設方面，2012年交通運輸部發(fā)布的《關于港口節(jié)能減排工作的指導意見》指出：鼓勵利用清潔能源、可再生能源，提高港口使用清潔能源、可再生能源比例;優(yōu)先采用以電能或其他清潔能源作為動力源的工藝技術(shù)和裝卸搬運設備，使碼頭裝卸工藝系統(tǒng)各環(huán)節(jié)能力匹配，提高裝卸效率，降低能耗;加快港口技術(shù)改造，加快淘汰高耗能、高排放、低效率的老舊設備。自2012年以來，隨著低碳港口建設項目發(fā)揮示范效應，越來越多的港口開

始關注綠色低碳發(fā)展，現(xiàn)有連云港港、天津港、蛇口港、青島港、大連港、廣州港、福州港、日照港等8個港口確定為“低碳港口建設”主題性管理試點。為了響應國家新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，順應市場發(fā)展趨勢，本文提出港口電動集裝箱牽引車技術(shù)改造方案，以期為建設綠色、低碳、環(huán)保港口提供保障。

1 港口電動集裝箱牽引車技術(shù)改造方案

對港口現(xiàn)有集裝箱牽引車進行改造，保持車輛底盤及主體結(jié)構(gòu)不變，用鋰電池和電動機取代原有變速箱和發(fā)動機，同時改造傳動、電氣、液壓及空調(diào)系統(tǒng)，使車輛動力及各項功能滿足正常作業(yè)需求。

1.1 整體方案

拆除集裝箱牽引車發(fā)動機，保留與變速箱相連的變矩器，將電動機布置在原發(fā)動機位置，固定在變矩器上;將2個容量為200 A h的電池箱分別布置在車輛原油箱位置及其對面啟動電池位置（將啟動電池移至駕駛室下方）;在原車液壓管路的基礎上增加電動汽車專用電動液壓站，為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)提供液壓助力;在原車氣動管路的基礎上增加車載電動空氣壓縮機，布置在原發(fā)動機位置上方，為車輛制動等提供氣壓;增加車載空調(diào)系統(tǒng)（冷暖），布置在車頭原空調(diào)系統(tǒng)位置;電動機控制器布置在電動機上方;增加水箱，以解決電動機、電池、控制器等的散熱問題;增加車載直流轉(zhuǎn)換器，以便為車輛啟動電池充電，并為車輛低壓器件（如照明、各輔助系統(tǒng)等）提供電源。

1.2 參數(shù)配置

1.2.1 驅(qū)動系統(tǒng)參數(shù)

驅(qū)動系統(tǒng)采用與原車發(fā)動機性能相匹配的結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、質(zhì)量較輕的大功率三相交流異步電動機。電動機額定功率為130 kW，峰值功率為（最長維持2 min），額定轉(zhuǎn)速為2 500 r/min，最高轉(zhuǎn)速為/min，額定轉(zhuǎn)矩為495 N穖，最大轉(zhuǎn)矩為，足以滿足牽引車的動力要求。用電動機代替發(fā)動機的優(yōu)點是：電動機沒有怠速運行工況，從而既能節(jié)省油耗，又能消除噪聲。

1.2.2 控制系統(tǒng)參數(shù)

電動機控制系統(tǒng)采用與電動機相匹配的三相交流異步電動機控制器，效率可以達到97%，控制功率為150 kW，最大功率為300 kW，以確保牽引車啟動時的瞬時高負載輸出和平穩(wěn)運行。電動機控制器具有電動機制動反饋功能：當牽引車制動時，電動機控制器通過控制電動機反相來輔助牽引車制動，從而提高車輛制動的有效性和安全性。在電動機制動過程中，電動機控制器通過電動機反相制動對電池充電，從而提升電池的續(xù)航能力。電動機控制器具有致命故障保護功能，能夠避免電動機及其控制器因過熱、過流、過載、過壓等而損壞。

1.2.3 動力系統(tǒng)參數(shù)

動力系統(tǒng)采用目前電動汽車標準的磷酸鐵鋰鋰離子電池，具有體積小、質(zhì)量輕、循環(huán)壽命長、安全性高、綠色無污染等優(yōu)點，質(zhì)保期為4年或15萬km。鋰電池標稱電壓為576 V，總?cè)萘繛?07 kW穐。電池管理系統(tǒng)具有低溫加熱功能：當溫度低于0℃時，電池管理系統(tǒng)檢測電池溫度過低，充電前先對電池加熱，待電池達到最佳溫度后，再對電池充電，以保證在北方低溫條件下牽引車續(xù)航能力不受太大影響。按照以上配置方案，牽引車續(xù)駛里程為：當牽引車載運2個20 t集裝箱時，車輛總質(zhì)量為55 t，重載運行速度為20 km/h，重載行駛里程為10 km，空載運行速度為40 km/h，空載行駛里程為10 km;牽引車往返20 km的理論用電量為40 kW穐，電池滿充電量（207 kW穐）的巡航里程為103.5 km，若每天增加1次快充，可行駛207 km。

1.2.4 充電系統(tǒng)參數(shù)

充電柜的功率為75 kW，最高輸出電壓為250～ 750 V，額定輸入電壓為380 V，額定輸入電流為115 A，充電時間為4 h，設置緊急停止充電按鈕，具有密碼確認啟動充電、交流輸入過欠壓保護、交流輸入過流保護、直流輸出過流保護、直流輸出短路保護、直流輸出防止反接、輸出軟啟動、防止電流沖擊等功能。

1.2.5 氣動系統(tǒng)參數(shù)

氣動系統(tǒng)采用原氣動管路，由電動空氣壓縮機實現(xiàn)車輛空氣制動。電動空氣壓縮機的參數(shù)如下：電動機額定輸入功率為4 kW;排氣量為0.45 m3/min;工作壓力為1.0 MPa;加油量為2.5 L;采用風冷冷卻型式;排氣口連接螺絲外徑為22 mm，螺距為1.5 mm;質(zhì)量為82～95 kg。

2 港口電動集裝箱牽引車技術(shù)改造難點及創(chuàng)新點

2.1 改造難點

（1）電動機和電池的使用適應性 港口電動集裝箱牽引車技術(shù)改造的最大難點是如何解決純電動模式下電動機高轉(zhuǎn)速、大功率運行過程中的發(fā)熱和散熱、效率下降以及噪聲較大等問題，這也是目前國產(chǎn)電動機在純電動應用領域面臨的技術(shù)難題。此外，動力電池需要攻克電池失效預警、快速拆解維護等技術(shù)難題，電池管理系統(tǒng)需要解決臨界溫度（高溫或低溫）條件下的電池保護與運行能力維護問題，電池組工藝需要解決電池臨界溫度的保護性設計問題。

（2）規(guī)?；\營機制與商業(yè)化盈利模式 為了實現(xiàn)電動集裝箱牽引車批量化市場運營，需要開發(fā)操作簡便、功能簡化的運營監(jiān)控和故障維護工具，并建立相應的培訓制度，將設備運營監(jiān)控和故障維護技術(shù)研發(fā)從整車工廠和關鍵部件供應商轉(zhuǎn)移至運營單位和維修工廠。為此，需要分析港口電動集裝箱牽引車運營相關方成本和利潤構(gòu)成，努力實現(xiàn)商用過程中各方利益均衡的盈利模式，建立電動集裝箱牽引車產(chǎn)業(yè)化長效發(fā)展的市場運營機制。

2.2 改造創(chuàng)新點

（1）利用機電氣壓復合制動過程整車動力學穩(wěn)定性控制技術(shù)及最優(yōu)化制動能量回饋制動的協(xié)調(diào)控制技術(shù)，形成高性能動力電池管理系統(tǒng)、電池低溫充電加熱功能和電動機控制系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)。

（2）基于系統(tǒng)故障診斷和風險分析技術(shù)開發(fā)多層次安全保障系統(tǒng)，實現(xiàn)高安全性的高低壓電運行環(huán)境。

（3）形成港口電動集裝箱牽引車批量化生產(chǎn)工藝規(guī)范、檢測技術(shù)及市場推廣運營新模式，實現(xiàn)大規(guī)模市場應用。

3 港口電動集裝箱牽引車技術(shù)改造預期

效益

電動集裝箱牽引車的應用能夠使港口設備運營成本大幅下降（見表1），并且使港口年均二氧化碳排放量減少60 t。如果將傳統(tǒng)燃油集裝箱牽引車全部更換為電動集裝箱牽引車，或者進一步將電動技術(shù)應用于場橋、岸橋等其他港口設備領域，無疑將加快實現(xiàn)綠色低碳港口建設目標，產(chǎn)生顯著經(jīng)濟和社會效益。

4 結(jié)束語

港口集裝箱牽引車具有運輸距離短、運行區(qū)間固定、低速重載、連續(xù)工作等特點。研發(fā)高性能電動集裝箱牽引車能夠有力推動傳統(tǒng)汽車產(chǎn)業(yè)升級，帶動行業(yè)技術(shù)進步，產(chǎn)生顯著經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益。相信在國家新能源政策的支持下，港口行業(yè)一定能充分利用上下游關鍵技術(shù)，打造出集裝箱牽引車電動技術(shù)改造品牌，促進我國港口電動集裝箱牽引車技術(shù)實現(xiàn)良性循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展。

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2021-04-15）