混凝土搅拌车微混技术研究和应用

【摘 要】文章将传统燃油搅拌车、纯电动搅拌车和混动搅拌车的现况进行对比分析。对搅拌车微混技术方案进行说明，详细介绍微混搅拌车项目上装电驱系统的各个电控器件的功能和该方案节油原理，为搅拌车的发展提供新思路。

【关键词】混动技术;专用汽车;搅拌车

中图分类号：U469.72 文献标识码：A 文章编号：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 搅拌车现况介绍

当前主流的混凝土搅拌车设备可以分为传统燃油搅拌车、纯电动搅拌车和混合动力搅拌车。传统燃油搅拌车主要有燃油发动机底盘、发动机取力装置、搅拌筒及其液压驱动装置。搅拌筒的驱动动力来源于底盘燃油发动机，通过燃油发动机带动液压马达，经过减速机后驱动搅拌筒。搅拌车待料时间长、怠速占比多、发动机转速波动大、发动机负载波动大等特殊运行工况导致了油耗居高不下。搅拌车运行工况参数曲线如图1所示。

纯电动搅拌车经过数代发展，主要由电动底盘、搅拌筒驱动电机及其控制器和搅拌筒构成，其搅拌筒的动力来源于底盘的高压动力电池。当前纯电动搅拌车主要有充电式和换电式两种方案，两种方案的造价都比较高，且需建设充电桩或换电站。

混合动力搅拌车，即混合动力底盘加电驱搅拌筒，目前主要由P1混动和P2混动两种混动模式。微混搅拌车方案区别于传统的混动方式，底盘的驱动仍然为燃油发动机驱动，仅搅拌筒使用电驱动，并在发动机的取力位置（P0）处设计一台发电机，用于发电，为搅拌筒提供电力。微混搅拌车相较于传统燃油车更节油、发动机使用时间更长、运营费用更低;相较于纯电搅拌车，由于微混方案的动力电池容量仅为其2%～3%，故成本更低，无需建设充电装置且无里程焦虑;相较于传统混动车型，由于微混系统基本不参与底盘的驱动，故没有复杂的控制系统，故障率低，造价也更便宜，更加适合当前市场。

1.1 微混方案简介

图2为微混搅拌车系统示意图。发动机为整个设备提供动力来源，行驶时，发动机为底盘提供动力驱动底盘，同时在动力电池电量较低时带动发电机发电，发电机产生的交流电由发电机控制器转换为高压直流电储存于动力电池当中。当搅拌筒需要工作时，由动力电池提供高压直流电，经上装电机控制器转换为三项交流电并控制驱动上装电机旋转，上装电机经减速机带动搅拌筒旋转。同时在有充电桩的条件下，系统还提供了快充接口，方便为动力电池补能。

1.2 上装电驱系统

上装电驱系统主要包括整车控制器VCU、多合一高压电控单元、搅拌筒驱动电机、发电机、动力电池、散热风扇、散热水泵、操控屏和电控手柄等。

1）整车控制器。整车控制器的主要功能为：①系统上下电控制，包括各上装控制器的低压电控制以及高压系统上下电流程控制;②发电控制，包括行车发电、强制驻车发电、能量回收3种发电模式;③系统热管理，包括电池制冷、制热，发电机及驱动电机散热控制以及驾驶室制冷控制;④搅拌筒控制，根据操作屏及电控手柄控制搅拌筒转速。

2）多合一高压电控单元。多合一电控单元包括搅拌筒驱动电机控制器、发电机控制器、高低压转换控制器DCDC以及高压配电继电器及其预充继电器。搅拌筒电机控制器主要用于控制搅拌电机，驱动搅拌筒工作。发电机控制器主要用于控制发电机将机械能转化为电能，同时在动力电池电量充足的条件下也可以将发电机当做驱动电机，为发动机提供额外的动力。DCDC主要将动力电池的高压电转换为控制器，控制电路所需的低压电，以确保控制系统的正常工作。

3）搅拌筒驱动电机及发电机。搅拌筒驱动电机及发电机采用轴向磁通电机（盘式电机），此电机的优势在于质量轻、功率大，非常适合应用在对质量要求敏感的系统。

4）动力电池。动力电池目前采用应用广泛的300V高压平台。根据不同地区的工况，电池容量可在6～9kW·h之间进行选择。在选择电池容量时，可根据运距及工地待料时长综合选择电池容量，以达到最优的节能效果以及最高的投资回报。

5）散热系统。散热系统包括：散热水泵、散热风扇、换热器、冷凝器和电动压缩机等。主要为电机、电机控制器和动力电池提供散热。

6）操作屏。操作屏主要显示如下信息：上装电驱系统信息，如电池剩余电量、电压和工作状态等;搅拌筒的控制功能，如搅拌筒的转速及旋转方向控制;以及故障诊断和显示。

7）电控操作手柄。电控手柄位于搅拌车操作台附近，方便工人操作控制卸料。

2 节油途径及原理

微混搅拌车的节油途径主要有熄火待料、高效电驱、能量回收、行车助力4种场景，使发动机尽可能工作在高效区间，相较于传统燃油车可综合节油10%～20%，如图3所示。

1）待料熄火。由于搅拌车的特殊工况，即需要长时间在工地等待卸料，传统燃油车由于搅拌筒的动力来源于发动机，所以在工地待料时发动机一直不能熄火，长时间处于低转速状态，此时发动机工作在非高效区间，导致传统燃油搅拌车油耗居高不下。而微混搅拌车方案正好解决了这一难题，由于其搅拌筒驱动的能量来源于动力电池，在不行驶时，发动机可以熄火，同时搅拌筒也可以保持正常工作，避免了发动机长期工作在非高效区。

2）高效电驱。相较于传统燃油车的液压油泵马达驱动方式，电机直驱的方式减少了能量传递的途径，且驱动的效率更高，综合系统效率高20%以上。

3）能量回收。VCU通过CAN总线获取发动机ECU的信息以及车辆的行驶状态。当车辆处于带挡制动状态或者带挡滑行状态时，VCU通过指令控制发电机发电，将车辆的动能转化为电能，储存于动力电池中供搅拌筒工作。

4）行车助力。VCU通过获取传感器信息及发动机ECU信息，判断车辆当前的工作状态，如车辆处于起步或者爬坡时，控制发电机切换工作模式，由发电模式切换为驱动模式，通过取力轴为发动机助力，使发动机始终工作在高效区间。

3 总结

微混搅拌车方案的简单实用为已售燃油车的改装提供了可能。其应用可分为前装市场（出厂即装有上装电驱系统）以及后改装市场。其10%～20%的综合节油率和极具性价比的运营成本，为搅拌车的发展提供了一条新道路。

（编辑 杨凯麟）

作者简介王波涛（1978—），高级工程师，三一专用汽车有限责任公司电气所所长，从事专用车电气系统、车联网及大数据研发工作;童昌伟（1993—），从事机器人领域和商用汽车行业的嵌入式产品软硬件开发工作;李洁（1998—），工程师，从事专用车电气系统开发工作。