电动拖拉机发展现状及关键技术分析.pdf
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1、电动拖拉机发展现状及关键技术分析冯汝广,王梦娇,牛晓硕,贾天具(聊城市农业科学院,山东 聊城 )摘要:电动拖拉机作为一种绿色农机装备,是农业节能减排的重要工具,发展前景可期。以现有研究成果技术特点和性能配置为重点,梳理了电动拖拉机的研究进展,特别是近几年涌现的新成果、新技术、新模式,对电池、燃料电池、驱动系统等核心部件及关键技术进行了分析,指出电动拖拉机发展过程中存在的不足并提出相关建议。关键词:电动拖拉机;发展现状;电池;电机;关键技术中图分类号:文献标志码:文章编号:(),(,):,:;年 月,生态环境部发布的 非道路柴油移动机械污染物排放控制技术要求()明确自 年 月 日起,所有生产、进
2、口和销售的 以下非道路移动机械及其装用的柴油机应符合中国第四阶段排放标准要求(简称“国四”)。年 月,农业农村部制定的“十四五”全国农业机械化发展规划 提出因地制宜发展电动农机装备。国家一方面提高农机排放标准和市场准入门槛,减少农业碳排放,一方面积极引导电动农机的发展,加快推动农机装备向绿色转型,为电动农机的研究、应用提供政策支持。拖拉机是农业生产作业中应用最广泛的农机装备,通过配备不同的农机具可用于运输、犁耕、播种、植保、收获等多个环节 。但目前拖拉机基本上是以柴油发动机为动力,其自身的能源消耗和污染物排放是节能减排的重点和难点。随着新能源技术的不断发展,拖拉机电动化已成为未来拖拉机发展的主
3、要方向。发展现状电动拖拉机最早出现在 世纪 年代末,已有 多年的发展历史 ,发展初期主要由电网提供电源,再加上受限于其它相关技术,农艺适用性较差,相对于燃油拖拉机性价比较低,未能大规模应用,总体发展缓慢。进入 世纪后,随着能源危机的加剧、生态环境形势愈加严峻以及新能源技术的飞速发展,相关科研机构、高校、企业对电动拖拉机的研究、应用更加重视,取得了丰硕的成果。国外研究现状 年 月,凯斯纽荷兰在德国汉诺威农业展览会中展出氢动力 拖拉机 ,氢气罐可容纳 的氢气,配备 、的电池,最大输出功率 ,最高速度 。年 月,约翰迪尔在法国 展上发布了世界上首款纯电动拖拉机 。功率为 ,配置两块电池,每块提供 的
4、功率,其中一块为行走供电,另一块为 供电,也可将两块电池连接,提供更大功率,已经完成田间作业测试,可胜任传统拖拉机的任何作业功能。更为关键的是,动力部分电动化为将来农机自动化、智能化奠定了基础。收稿日期:第 卷第 期拖 拉 机 与 农 用 运 输 车 年 月 ,年 月,芬特 纯电动拖拉机亮相 德国汉诺威农机展 ,设计理念与约翰迪尔 基本相同,配备了 、的锂离子电池,标准动力为 ,这是一款中功率段的电动拖拉机。年 月,凯斯纽荷兰推出纽荷兰 电动无人驾驶拖拉机概念机 ,峰值功率输出为 ,最大扭矩为 ,四轮驱动拖拉机的最高速度为 ,采用市售快速充电系统,一小时即可达到 的电量。这款新型拖拉机可将运营
5、成本降低 ,噪音及振动也大大减弱,商业生产预计将于 年底开始。国内研究现状 年 月,国家农机装备创新中心牵头发布了国内首台 氢燃料电动拖拉机 ,以氢燃料电池供电为主,锂电池供电为辅,配备 高清摄像头、蘑菇头 天线、毫米波雷达、大数据云平台等智能设备,能够在平地或坡地工况下实现无人驾驶作业。年 月,首台东方红 混合动力拖拉机 成功下线 ,该机型以中国一拖自主研制的复联式农机混动系统为基础,配套东方红国四高压共轨发动机,国产化率达到 以上,纯电动模式可以满足轻负荷作业需求。年 月,江苏悦达智能农业装备有限公司推出黄海金马 纯电动拖拉机 ,采用磷酸铁锂电池,额定功率 ,双电机工作模式,电机与变速箱直
6、联,总线控制技术,具有远程智能互联功能。年 月,由中联重科农机公司研发制造、负责工业设计的 纯电动大棚拖拉机样车在第 届中国中部(湖南)农业博览会农机装备馆亮相 。纯电动大棚拖拉机采用双电机独立系统、四轮驱动,液压转向,实现行走与作业的无级变速与自动换向;具备定速巡航、液压悬挂位控制功能;可选装电液提升、无人驾驶等智能模块,满足不同的用户需求。动力电池采用 、的磷酸铁锂电池,行走电机和作业电机分别为额定功率 转速 和 的永磁同步电机,拖拉机轴距 ,整机质量 ,最大提升力和牵引力为 、,综合续航时间为,充电时间:交流慢充 ,直流快充 补能 。年 月,在全国农业机械展览会上,国家农机装备创新中心与
7、江苏大学联合研制的 轮边 轮毂电机电动拖拉机成为发布会上的“吸睛”产品 。该款电动拖拉机基于北斗导航系统,具备无线远程遥控功能和无人驾驶功能,可实现无人作业、大规模协同作业,运用“”通讯技术接入网络,与云端交互实现智能化作业监控和管理。其驱动系统、动力输出系统、制动 转向系统、液压提升系统及整车控制系统等已全部实现电控化。电动拖拉机关键技术 燃料电池技术燃料电池是一种将燃料的化学能通过电化学反应直接转换为电能的能量转换装置,是氢能使用最普遍的能量转换方式。燃料电池工作时不涉及做功和其他形式的能量转化过程,能量转换效率非常高,理论上高达 ,实际使用效率 。氢燃料电池主要由 部分组成,即阳极、阴极
8、、电解质和外部电路。氢气和氧气分别由燃料电池的阳极和阴极通入。氢气在阳极上放出电子,电子经外电路传导到阴极并与氧气结合生成离子,离子在电场作用下,通过电解质迁移到阳极上,与氢气反应,构成回路,产生电流 。在实际使用时,燃料电池系统并非一个单一的化学反应堆,还包括:空压机、冷却系统、加热器、燃料电池控制器()、储氢装置等辅助装置,架构图如图 所示。其中,是整个系统的“大脑”,主要功能有:实时电压、电流、储氢压力等相关数据的接收与处理;短路监测;故障诊断,包括温度、电压、电流、通信等;燃料电池系统安全管理功能,包括过流、过热、电压差、温差等保护。图 燃料电池系统架构图 燃料电池电压输出特性偏软,冷
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