浅谈低速集装箱牵引车混合动力改造思路

浅谈低速集装箱 牵引车 混合动力改造思路

赵飞

广州南沙联合集装箱码头 有限公司

摘要 随着国内新能源汽车的兴起和环保标准的提升，低速集装箱牵引车，也开始寻求电动化转变，本文结合笔者所参与的低速集装箱牵引车混合动力改造，介绍低速集装箱牵引车改造思路。

关键词 港口生产 低速牵引车 混动

一、项目背景

低速集装箱牵引车用于港口、物流园等半封闭场所，不进入市政道路，最高限速一般不超过30公里/小时，使用柴油、天然气能源，驱动形式为4×2结构。近年来，随着排放法规的升级，多地已停止购买纯柴油动力低速集装箱牵引车。天然气低速集装箱牵引车受港口、物流园内未建设加气站、危险品监管等因素影响，使用率不高。纯电动低速集装箱牵引车受造价、充电时间、纯电作业时间（主流纯电动低速集装箱牵引车约可纯电使用4小时左右）、电池循环寿命等因素影响，除自动化码头外少见配备。

低速集装箱牵引车一个作业循环约6-10分钟，等候时间占比约1/3，1个循环内多次的起停和加减速，并且整体行驶速度较低，非常适合混合动力驱动技术的应用。

图1：低速牵引车典型工况 图2：P0-P4所在位置（K0、K1为离合器）

二、各方案简介

按照电机所处位置，混动可分类为P0-P4、增程式等几种类型，不管哪种类型，主要节油来自以下三个方面1.与电动机高匹配度的发动机；2.发动机尽量在经济区间运转；3.高效动能回收。

三、可选方案的优缺点

低速集装箱牵引车混合动力改造方案有可行性的是P2、P3和增程式，各方案优缺点如下。

（1）P2混动以低速电驱，匀速发动机驱动，动力需求强烈时电机与发动机共同驱动车辆，所有动力均经过变速箱传递，可用较小电机获得较大输出扭矩，同时P2电机也可作为启动电机使用，降低使用成本。

P2混动结构存在缺点：①离合器较为复杂；②集成度和控制精度要求高；③发动机和电机切换时易顿挫；④电机与发动机距离近，高温影响电机寿命和效率；⑤电机驱动时无法进行能量回收；⑥纯电驱动经过变速箱传动效率降低。

（2）P3混动驱动方式与P2类似，低速电驱，匀速发动机驱动，动力需求强烈时电机与发动机共同驱动车辆。电动机驱动未经过变速箱，动力更直接、高效，同时能量回收效率较高。

P3混动缺点：①电机功率和电池容量较大，造价较高；②电动机运行时必须带动变速箱，有一定能量损失；③发动机运行时，处于带动电机给电池充电状态时，油耗增加较多。④发动机运行时，若电机未参与动力输出和充电，随动空转，有一定能量损失。

增程式混动模式结构简单，发动机可以一直在经济转速区间运转，有电池单独供电；发动机供电，多余电量进行充电；电池和发动机同时供电三种工况。增程式混动取消了传统内燃机所匹配的变速箱，造价较低且无需维护变速箱。

增程式混动缺点：①能量传递路径均经过多次转换，对能量转换系统的效率要求较高；②车辆高速运行时，增程式混动传动效率低于传统内燃机驱动。

四、结论

P2和P3形式都保留变速箱，变速箱恰好是低速集装箱牵引车维修成本和维修时间最长的，相比之下，增程式不使用变速箱，改造成本和使用成本都大为降低。

P2和P3混动节油率有限，以笔者曾供职公司为例（改造了P3结构6台，增程式2台），改造P3混动后，油耗约为同类AT变速箱车型的82%，约为手动变速箱的91%，优化潜力不大。增程式混动油耗约为AT变速箱车型的80%，手动变速箱的0.89，通过优化措施，预期可将油耗下降到AT变速箱的70%左右，有较大潜力可挖。

P2和P3机械结构较为复杂，工况复杂，各动力机构匹配要求也要求较高，故障率较高。增程式结构简单，以P3为例，故障率约为增程式故障率的5倍以上。

综上所述，增程式相比P2和P3，在改造成本、节油率、故障率、使用效果都有较大优势，是目前低速牵引车混合动力改造的主要方向。

参考文献：

[1] 董欣阳. 增程式电动轿车动力系统控制策略设计及优化研究[D]. 合肥工业大学, 2015.

[2]赵子亮, 郑益红, 刘建康,等. 混合动力汽车节油因素研究[C]// 2014中国汽车工程学会年会论文集. 2014.

[3]熊演峰, 余强, 李川,等. 基于工况特征的混合动力牵引车动力系统构型与参数匹配[J]. 汽车技术, 2017, 000(012):23-27.

[4]位跃辉. 基于虚拟开发平台的混合动力汽车匹配优化[D]. 河南科技大学, 2013.

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