低温环境下的电动装载机续航能力测试与分析.pdf
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1、34建设机械技术与管理 2023.05 中国基于推动构建人类命运共同体的责任担当,承诺力争在 2030 年前实现碳达峰、2060 年前实现碳中和。在“双碳”战略的推动下,不仅汽车行业在向电动化方向转型,工程机械行业也在大力开展相关电动化研发工作。2019 年中国生产且上市了全球首台电动装载机,尽管相比传统燃油装载机,电动装载机具有零排放、运营成本低、NVH 性能优等优点,但是电池的续航问题,尤其是低温情况下电池续航能力,仍然是影响客户购买欲望和使用焦虑的主要因素。本文针对低温环境下的电动装载机续航能力开展了测试与分析,包括:电池预加热耗电研究、暖风加热驾驶室耗电研究、液压系统预热耗电研究以及实
2、际作业工况下的耗电研究。1 锂电池充放电工作原理如图 1 所示,充电时,正极上的锂原子分解成锂离子和电子,电子通过外电路到达负极,锂离子通过隔膜层到达负极;在负极,锂离子与电子结合变成锂原子。放电时反应刚好相反,负极中的锂原子分解后在正极复合。锂电池的充放电过程实际上就是锂离子不断嵌入和脱出正负极、并在电解质溶液中不断进行交换的过程。锂离子电池最适宜的工作温度是 15 30,40以上要主动放热,0以下要加温。从锂电池机理上看,造成锂离子电池低温性能差的主要原因是随着环境温度的降低,电解液及电极界面膜对锂离子转移阻抗增大,此时 Li+的迁低温环境下的电动装载机续航能力测试与分析Testing a
3、nd Analysis of the Endurance of Electric Loaders in Low Temperature Environments李学 张楠 董利超 郭海滨 邓英群(广西柳工机械股份有限公司 装载机研究院,广西 柳州 545000)摘要:本文针对低温环境下的电动装载机续航能力开展了测试与分析,研究发现:(1)电池电芯温度从 1预加热到 20,需要 1 小时,消耗电量 14kWh,占总电量的 4%;(2)暖风加热驾驶室 30 分钟左右,驾驶室温度基本达到热平衡,此过程耗电 7kWh,占总电量的 2%;(3)液压系统预热 20 分钟消耗电量 10kWh,占总电量的 3
4、%;(4)-2、-22、-32三种环境温度下的一次 V 型铲装过程耗电量基本相当,平均在 0.76kWh 左右。关键词:电动装载机;低温环境;续航能力;电池中图分类号:TH16;TH243 文献标识码:A移和负极碳隙的嵌入将变得十分困难,充放电性能因此变差极端低温情况甚至会出现电解液冻结、电池无法放电等现象,此类低温容量损耗(-30以下)占电池总电量的 19%左右1-5。2 实验说明2.1 整车配置目前,中国已有 20 余家企业在研发生产电动装载机,主流技术路线为“磷酸铁锂电池+双电机+变速箱”方案(图 2),以磷酸铁锂电池为动力源,行走电机控制行走系图 1 锂电池充放电工作原理图2023.0
5、5 建设机械技术与管理 35统,液压电机控制液压系统;磷酸铁锂电池最佳工作温度为 25,此时电池的衰减是最慢的,为保证冬季低温环境下整机的正常工作,整机标配了电池预加热系统。电池容量直接影响整机续航时间,目前,主流电池容量为 282kWh、350kWh、423kWh,客户可根据不同的工况和续航需求,选择不同的电量版本,本文试验用机选取电池容量为350kWh 的电动装载机。2.2 测试内容和要求2.2.1 电池预加热耗电量测试首先,将测试用机置于-18至-22环境中冷冻 14 小时;然后,打开整机负极开关,打开驾驶室内部电锁、启动整机,不做任何动作,使整机进入怠速休眠状态,此时电池进入预加热状态
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