油電混合動力叉車的檢驗技術研究

王中偉

（天津市特種設備監督檢驗技術研究院，天津 300192)

油電混合動力叉車的檢驗技術研究

王中偉

（天津市特種設備監督檢驗技術研究院，天津 300192)

介紹了油電混合動力叉車國內外代表性的產品。概述了油電混合動力叉車驅動系統的分類及各自的技術特點、動力電池的安全特性及安全隱患。介紹了油電混合動力叉車及其監督檢驗適用的標準，針對油電混合動力的特點對其進行監督檢驗的內容和方法。分析了油電混合動力叉車的安全問題，以及檢驗面臨的新問題，并有針對性地提出建議，為開展相關試驗提供參考。

油電混合動力叉車；監督檢驗；安全問題

CLC NO.:TH137Document Code:AArticle ID:1671-7988(2015)07-48-03

引言

目前，平衡重式叉車中內燃叉車功率較大，連續作業時間長，但不適用于環境要求較高的場所；蓄電池叉車工作噪音小，節能環保，但不適用于搬運起升重量較大的貨物，而且蓄電池充電時間較長。近年來，油電混合動力叉車兼顧了動力和環保，開始逐步推廣。油電混合動力叉車作為一種特種設備，對其進行法定的監督檢驗對于保證設備的安全使用等方面具有重要意義。

1、油電混合動力叉車的發展

世界第一臺油電混合動力叉車HYBRID由豐田自動織機與豐田汽車共同研發生產，并于2009年12月在日本開始銷售。該款叉車額定載重量為3.5噸，混合動力系統由柴油發動機、電動機和鎳氫燃料電池組成，采用了豐田AC交流動力系統及燃料電池混合動力系統等專利技術。CO2的排出量和燃料的消費量宣稱只有同等柴油車的50%左右。相比電瓶車的定時充電，氫燃料加入氫燃料電池5min后立即使用。動力強勁，工作效率高。

三菱重工推出了世界首臺采用柴油發動機/鋰離子電池的混合動力叉車——Grendia EX系列4.0-5.0噸叉車。采用兩個異步電機，配置高容量電池，減小了發動機尺寸的同時，發動機的使用縮減到三分之一的水平，宣稱比傳統的標準設置內燃叉車節約39%的燃料。該叉車采用了排列組合的行駛模式，車輪可由發動機或由蓄電池單獨控制，也可由發動機及驅動電機同時控制。在進行提升工作時，發動機可同時為液壓泵及提升電機提供動力。

德國STILL額定載重能力為3.0t和3.5t的油電混動叉車RX70（如圖1所示）在歐洲取得了不錯的銷量。該車采用一臺30kW小功率柴油發動機，配備了兩套儲能系統，既能夠從柴油油箱獲得供能，又能從安裝在車身后部的超級電容（高性能雙層電容）獲得供能。行駛和升降運動采用智能化控制，可在標準驅動條件及液壓控制下降低柴油機轉數，可電氣調節的液壓泵降低了升降動作的耗能量。通過再生制動將制動產生的能量儲存到超級電容并可以用于后續的車輛加速。超級電容能快速吸收和釋放高電流，對頻繁加速、停車的叉車來說極為重要，尤其是裝卸貨物時。此外，司機可以按下按鈕激活Blue-Q節能方式，對驅動特性以及耗電設備的切斷進行智能控制。此款叉車宣稱每小時僅需2.0-2.5升柴油，并且具有較長的維修間隔降低了維護成本。

林德也推出了油電混動叉車，起動發電機將承擔發電機和傳動機的雙重功能，充分發揮發動機功率，提高動力傳動系統效率，同時內燃機還附加了自動啟停功能，降低能耗。

國內，2008年無錫開普研制成功中國第一輛擁有完全自主知識產權的油電混合動力叉車。其混合動力系統采用鎳氫電池作為儲能元件，利用發動機的最佳轉速（最佳節油點）把機械能通過發電機轉化為電能，再利用電動機驅動叉車，宣稱油耗和CO2排放均降低30%以上。行走部分采用串聯控制，舉升部分采用直聯方式。搭載功率比同類相同噸位叉車小的2.2L柴油發動機，爬坡能力卻得到了增強。

2、油電混合動力叉車的關鍵技術

叉車工作、前進與停止頻繁，其油電混合動力系統大多根據此特征而開發，按動力傳動系統布置可分為串聯式、并聯式和混聯式。

串聯式混合動力叉車由發動機驅動發電機發電，電能通過控制器送到電動機或電池，由電機通過變速機構驅動叉車。當叉車處在啟動、加速、爬坡工況時，發動機-電動機組和電池組共同向電動機提供電能；當叉車處于低速、滑行、怠速的工況時，則由電池組驅動電動機，當電池組缺電時則由發動機-發電機組向電池組充電。避免了發動機怠速和低速運轉的工況，從而提高了發動機的效率，減少了廢氣排放。它的缺點是能量幾經轉換，機械效率較低。無錫開普的混合動力叉車屬于串聯式。

并聯式混動叉車由發動機和電動機共同驅動，發動機與電動機分屬兩套系統，可以分別獨立地向傳動系統提供扭矩，既可以共同驅動又可以單獨驅動。電動機還可以用作發電機，以平衡發動機所受的載荷，使其在最佳工況點附近工作。由于發動機的機械能可直接輸出到叉車驅動橋，中間沒有能量的轉換，所以系統先率較高，燃油消耗較少，但發動機不一定在最佳工況點附近運行，要受到叉車具體運作工況的影響。林德的混合動力叉車即屬于并聯式。

混聯式裝置包含了串聯式和并聯式的特點。動力系統包括發動機、發電機和電動機，根據助力裝置不同，它又分為發動機為主和電機為主兩種。該結構的優點是控制方便，缺點是結構比較復雜。豐田和三菱的油電混合動力叉車即為混聯式。

油電混合動力叉車通常使用的動力電池有鉛酸電池、鎳氫電池、鋰離子電池以及燃料電池等，不同類型動力電池的安全特性和安全隱患如表一所示。

表1 動力電池的安全隱患

3、混動叉車監督檢驗技術研究

目前叉車法定檢驗須遵守國家質檢總局2002年頒布的國質檢鍋[2002]16號《廠內機動車輛監督檢驗規程》規定的檢驗內容和方法，該規程的指標和要求主要引用的兩個標準現已被《工業車輛 安全要求和驗證 第1部分:自行式工業車輛（除無人駕駛車輛、伸縮臂式叉車和載運車）》（GB10827.1—2014）和《場（廠）內機動車輛安全檢驗技術要求》（GB/T16178—2011）替代，應以最新標準為準[1]。

油電混合動力叉車兼有內燃平衡重叉車和蓄電池平衡重叉車的特征。目前所有相關標準中還未明確提出混合動力的概念，僅有《機動工業車輛 術語》（GB /T 6104- 2005）中按動力源分類中給出了“內燃、電動車輛internal combustion, electric truck”的術語[2]，并未給出具體解釋。但2014年新修訂的《非公路用旅游觀光車通用技術條件》（GB/T 21268-2007）將同樣屬于場（廠）內專用車輛的非公路用旅游觀光車的定義由“以電動機或內燃機驅動”改為“以電動機、內燃機或二者交替驅動”并且對型號表示方法增加了動力型式:“混合動力為DQ:等”，原標準中D代表電動式、Q代表汽油[3]。除此之外該標準對很多指標和要求提高了要求，沒有針對混合動力的特殊要求。

由于油電混動叉車的電池動力系統主要提供輔助動力，除具有與蓄電池叉車相似的電池及其管理系統、驅動電機及其控制系統等電驅動系統，工作電壓較高等特定情況外，叉車其他結構特征及整車特性更接近于內燃平衡重叉車。適用于普通平衡重式叉車和零部件的標準多數都可直接用于油電混合動力叉車。由于有電驅動系統，也有一些技術要求或試驗方法需做針對性調整。同時，原有電池、電機及其控制器、電磁兼容等蓄電池叉車標準和機動工業車輛基礎性標準（術語、儀表、標志等）同樣也適用于油電混合動力叉車。混合動力汽車的相關標準雖然法律上不適用于混合動力叉車，但有助于對相關術語、技術、試驗方法的理解和啟發。混合動力汽車標準中包括安全要求、動力性能試驗方法和定型試驗規程3項共用標準，輕型和重型混合動力汽車的能耗、能耗試驗方法和排放試驗方法的標準，以及2項重型混合動力電動汽車的研究報告[4]。

檢驗中首先應特別注意其是否有特種設備制造許可證或型式試驗合格證，產品質量合格證明，并且核對設備信息與待檢車輛是否一致。督促使用單位建立并認真記錄使用、維修保養情況。認真閱讀產品技術文件，了解產品的結構、性能尤其是傳動布置形式、動力電池類型等。同時記錄下內燃機與電動機的編號，車身兩側不得有超出車身外廓的突出物（后視鏡除外），車身蒙皮應平整。如果車輪安裝在車身下，車輪兩側不得超出車身外廓。檢查內燃機連接管路、導線是否可靠夾固或鎖定。

動力電池安裝的檢驗應達到檢規中對蓄電池車輛的要求并且絕緣良好，如果裝有超級電容，應同樣達到該要求。測量蓄電池帶電部分和金屬蓋板間距離時，盡量使用塑料尺，并用平直的木條等工具輔助。由于混動車有可能采用大功率電池和高壓電路，電池單體組各自的輸出電壓仍可能超過36V的安全電壓，不正確的操作或者事故造成車體變形使電池組或其連接導線與車體接觸，可能導致電擊或漏電，檢驗時必須注意自身的安全防護。高壓電路的線束和連接器一般為橙色，注意高電壓電池等高壓零件是否貼有“高壓”警示，以防人員對高壓系統的誤接觸導致觸電。在高壓系統檢驗過程中，必須帶絕緣手套、斷開電源，注意鋼直尺、卡尺或卷尺等金屬物體要放到遠離電路的地方，防止其掉落引起短路。車輛應設置緊急斷電開關并實物核查有效性，過電流保護應核對電氣原理圖檢查。

混動叉車變速器為電子控制，若采用變速桿控制，應檢查變速桿是否位置適當，自鎖、互鎖可靠。傳動系應運轉平穩，尤其是內燃機、電動機交替工作時，應平滑過渡，無動力丟失現象，且無抖動和異響。混動車型電控變速機構控制內燃機部分原理與內燃自動擋車型相似，也應符合處于空擋位置才能啟動的要求。此處也可參考《工業車輛 電氣要求》（GB/T 27544-2011）中:“運行控制系統應設計成只有當速度和方向控制被激活時，車輛才能夠在水平地面上從靜止開始啟動。另外，應提供一個方法確保當操作者處于操作位置時，只有通過速度和/或方向控制復位，運行控制電路才能夠被激活。”的要求[5]。在制動系的檢驗中，需要注意駐車制動是否滿足必須是機械式的要求。由于混動車型自重較傳統叉車有所增加，需要認真測試其制動效能是否達到相關標準要求。制動聯鎖裝置應齊全、可靠，行車或駐車制動有效時，聯鎖開關必須切斷行車電動機的電源。通過查閱電氣原理圖，查看聯鎖開關是否與行車電動機的電源聯鎖，并通過試驗制動時電動機運轉聲音是否立即停止來驗證。油電混動叉車的油門為電子油門（相當于滑動變阻器），油門踏板被踩下時，電阻變換而使信號電壓輸出發生變化，輸出電壓送到整車控制器處理后，傳遞給發動機ECU，從而發動機根據油門踏板行程調整噴油量。試驗中注意是否出現發動機不受油門踏板控制，即油門踏板未踩下而發動機全速運轉的情況。電子油門踏板失效多為電路的軟件或者硬件故障造成[6]。

油電混合動力叉車與傳統叉車的共同之處，例如燈光電氣、轉向系、工作裝置和專用機械以及液壓系統等和內燃平衡重式叉車或蓄電池平衡重式叉車的檢驗方法和標準是一致的。

此外，電磁輻射及電磁干擾問題，越來越受到人們重視。意大利醫學家研究表明，電磁感應強度超過0.2μT的電磁場可能會誘發癌癥和兒童白血病[7]。油電混合動力叉車在行駛過程中頻繁進行電源變換和能量回饋。研究表明，驅動電機三相工作電流、驅動電機控制器開關器件動作電壓和電源變換器內部IGBT的開關電壓是整車電磁場輻射的主要干擾源[8]。目前我國尚未出臺機動工業車輛（含叉車）電磁場輻射及其測試方法的標準，但為保證駕駛員的健康和設備的正常運行，參考電動汽車等機電產品相關標準對油電混合動力叉車電磁輻射的檢測技術開展研究，會越發地受到重視。

叉車檢驗技術應緊跟叉車技術的發展方向，不但要做到根據經驗判斷叉車的安全隱患，更應隨著科學技術的發展，將新技術引入叉車的檢驗中，為保障設備安全出力，促進叉車監督檢驗事業的可持續發展。

[1] 國質檢鍋[2002]16號，廠內機動車輛監督檢驗規程.

[2] GB/T 6104-2005機動工業車輛術語.

[3] GB/T 21268-2007 非公路用旅游觀光車通用技術條件.

[4] 吳衛. 我國混合動力電動汽車標準的研究和制定[J].. 交通標準化，2005.07:357-361.

[5] GB/T 27544-2011工業車輛電氣要求.

[6] 杜建福,徐順余,肖太清等. 混合動力客車油門踏板安全對策[J].客車技術與研究. 2011,33(2):61-63.

[7] 周紹安.電磁輻射與防護[J].安徽科技. 2006,(6):50-51.

[8] 汪泉弟,劉青松,安宗裕等. 混合動力客車低頻電磁輻射機理及抑制方法[N].電工技術學報. 2014,29(1):202-207.

Research of Inspection Technology on Hybrid Electric Forklift

Wang Zhongwei
( Tianjin Special Equipment Inspection Institute, Tianjin 300192 )

Representative products of hybrid electric forklift (HEF) at home and abroad are introduced. The classification and technical features of HEF drive system, safety features and safety hazards of battery are outlined. Standards of HEF inspection, targeted contents and methods of inspection are introduced. Safety issues, as well as new problems on inspection of HEF are analyzed. Some suggestions are put forward to provide reference for carrying out inspection.

Hybrid electric forklift; Inspection; Safety issues

TH137

A

1671-7988(2015)07-48-03

王中偉，就職于天津市特種設備監督檢驗技術研究院，從事場（廠）內專用機動車輛的檢驗及科研工作。