混凝土攪拌車微混技術研究和應用

【摘 要】文章將傳統燃油攪拌車、純電動攪拌車和混動攪拌車的現況進行對比分析。對攪拌車微混技術方案進行說明，詳細介紹微混攪拌車項目上裝電驅系統的各個電控器件的功能和該方案節油原理，為攪拌車的發展提供新思路。

【關鍵詞】混動技術;專用汽車;攪拌車

中圖分類號：U469.72 文獻標識碼：A 文章編號：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 攪拌車現況介紹

當前主流的混凝土攪拌車設備可以分為傳統燃油攪拌車、純電動攪拌車和混合動力攪拌車。傳統燃油攪拌車主要有燃油發動機底盤、發動機取力裝置、攪拌筒及其液壓驅動裝置。攪拌筒的驅動動力來源于底盤燃油發動機，通過燃油發動機帶動液壓馬達，經過減速機后驅動攪拌筒。攪拌車待料時間長、怠速占比多、發動機轉速波動大、發動機負載波動大等特殊運行工況導致了油耗居高不下。攪拌車運行工況參數曲線如圖1所示。

純電動攪拌車經過數代發展，主要由電動底盤、攪拌筒驅動電機及其控制器和攪拌筒構成，其攪拌筒的動力來源于底盤的高壓動力電池。當前純電動攪拌車主要有充電式和換電式兩種方案，兩種方案的造價都比較高，且需建設充電樁或換電站。

混合動力攪拌車，即混合動力底盤加電驅攪拌筒，目前主要由P1混動和P2混動兩種混動模式。微混攪拌車方案區別于傳統的混動方式，底盤的驅動仍然為燃油發動機驅動，僅攪拌筒使用電驅動，并在發動機的取力位置（P0）處設計一臺發電機，用于發電，為攪拌筒提供電力。微混攪拌車相較于傳統燃油車更節油、發動機使用時間更長、運營費用更低;相較于純電攪拌車，由于微混方案的動力電池容量僅為其2%～3%，故成本更低，無需建設充電裝置且無里程焦慮;相較于傳統混動車型，由于微混系統基本不參與底盤的驅動，故沒有復雜的控制系統，故障率低，造價也更便宜，更加適合當前市場。

1.1 微混方案簡介

圖2為微混攪拌車系統示意圖。發動機為整個設備提供動力來源，行駛時，發動機為底盤提供動力驅動底盤，同時在動力電池電量較低時帶動發電機發電，發電機產生的交流電由發電機控制器轉換為高壓直流電儲存于動力電池當中。當攪拌筒需要工作時，由動力電池提供高壓直流電，經上裝電機控制器轉換為三項交流電并控制驅動上裝電機旋轉，上裝電機經減速機帶動攪拌筒旋轉。同時在有充電樁的條件下，系統還提供了快充接口，方便為動力電池補能。

1.2 上裝電驅系統

上裝電驅系統主要包括整車控制器VCU、多合一高壓電控單元、攪拌筒驅動電機、發電機、動力電池、散熱風扇、散熱水泵、操控屏和電控手柄等。

1）整車控制器。整車控制器的主要功能為：①系統上下電控制，包括各上裝控制器的低壓電控制以及高壓系統上下電流程控制;②發電控制，包括行車發電、強制駐車發電、能量回收3種發電模式;③系統熱管理，包括電池制冷、制熱，發電機及驅動電機散熱控制以及駕駛室制冷控制;④攪拌筒控制，根據操作屏及電控手柄控制攪拌筒轉速。

2）多合一高壓電控單元。多合一電控單元包括攪拌筒驅動電機控制器、發電機控制器、高低壓轉換控制器DCDC以及高壓配電繼電器及其預充繼電器。攪拌筒電機控制器主要用于控制攪拌電機，驅動攪拌筒工作。發電機控制器主要用于控制發電機將機械能轉化為電能，同時在動力電池電量充足的條件下也可以將發電機當做驅動電機，為發動機提供額外的動力。DCDC主要將動力電池的高壓電轉換為控制器，控制電路所需的低壓電，以確保控制系統的正常工作。

3）攪拌筒驅動電機及發電機。攪拌筒驅動電機及發電機采用軸向磁通電機（盤式電機），此電機的優勢在于質量輕、功率大，非常適合應用在對質量要求敏感的系統。

4）動力電池。動力電池目前采用應用廣泛的300V高壓平臺。根據不同地區的工況，電池容量可在6～9kW·h之間進行選擇。在選擇電池容量時，可根據運距及工地待料時長綜合選擇電池容量，以達到最優的節能效果以及最高的投資回報。

5）散熱系統。散熱系統包括：散熱水泵、散熱風扇、換熱器、冷凝器和電動壓縮機等。主要為電機、電機控制器和動力電池提供散熱。

6）操作屏。操作屏主要顯示如下信息：上裝電驅系統信息，如電池剩余電量、電壓和工作狀態等;攪拌筒的控制功能，如攪拌筒的轉速及旋轉方向控制;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操作臺附近，方便工人操作控制卸料。

2 節油途徑及原理

微混攪拌車的節油途徑主要有熄火待料、高效電驅、能量回收、行車助力4種場景，使發動機盡可能工作在高效區間，相較于傳統燃油車可綜合節油10%～20%，如圖3所示。

1）待料熄火。由于攪拌車的特殊工況，即需要長時間在工地等待卸料，傳統燃油車由于攪拌筒的動力來源于發動機，所以在工地待料時發動機一直不能熄火，長時間處于低轉速狀態，此時發動機工作在非高效區間，導致傳統燃油攪拌車油耗居高不下。而微混攪拌車方案正好解決了這一難題，由于其攪拌筒驅動的能量來源于動力電池，在不行駛時，發動機可以熄火，同時攪拌筒也可以保持正常工作，避免了發動機長期工作在非高效區。

2）高效電驅。相較于傳統燃油車的液壓油泵馬達驅動方式，電機直驅的方式減少了能量傳遞的途徑，且驅動的效率更高，綜合系統效率高20%以上。

3）能量回收。VCU通過CAN總線獲取發動機ECU的信息以及車輛的行駛狀態。當車輛處于帶擋制動狀態或者帶擋滑行狀態時，VCU通過指令控制發電機發電，將車輛的動能轉化為電能，儲存于動力電池中供攪拌筒工作。

4）行車助力。VCU通過獲取傳感器信息及發動機ECU信息，判斷車輛當前的工作狀態，如車輛處于起步或者爬坡時，控制發電機切換工作模式，由發電模式切換為驅動模式，通過取力軸為發動機助力，使發動機始終工作在高效區間。

3 總結

微混攪拌車方案的簡單實用為已售燃油車的改裝提供了可能。其應用可分為前裝市場（出廠即裝有上裝電驅系統）以及后改裝市場。其10%～20%的綜合節油率和極具性價比的運營成本，為攪拌車的發展提供了一條新道路。

（編輯 楊凱麟）

作者簡介王波濤（1978—），高級工程師，三一專用汽車有限責任公司電氣所所長，從事專用車電氣系統、車聯網及大數據研發工作;童昌偉（1993—），從事機器人領域和商用汽車行業的嵌入式產品軟硬件開發工作;李潔（1998—），工程師，從事專用車電氣系統開發工作。