工程机械电动化技术应用与发展探析

引言

在双碳目标的推动下，以及环保政策对传统燃油工程机械的限制日益严格，工程机械行业面临着转型升级的迫切需求。电动化技术凭借节能减排、运营成本低等优势，成为工程机械行业转型的重要方向。目前，工程机械电动化技术已在部分领域取得一定应用成果，不同类型的电动工程机械在市政、港口、矿山等场景中逐步投入使用，但在应用过程中，不同场景对技术的适配要求存在差异。

、工程机械电动化技术应用现状

1.1 典型设备电动化应用实践

工程机械电动化技术已在典型设备领域得到使用。挖掘机是工程机械最常见的机械设备，典型的如电动挖掘机用于小型设备的电动化，因挖掘机自身的作业强度一般比较适中，机型大小基本在小型设备之中，主要用于市政范围内的基础施工，如土方开挖、道路修复等。现阶段的电动化改造，挖掘机能满足一般的日常作业需求。用于中等强度作业的中小型电动化挖掘机正在一些施工场点开始使用，通过对机械动力和能量的控制，基本能满足中等强度机械作业需求。电动化装载机的应用场景主要用于港口、仓储等领域，由于在这些施工场点内，作业场所比较固定，同时，装载机的连续工作性较强，而电动装载机具有稳定、噪音低的优势，会逐渐替代传统装载机。使用较为便捷，易于后期保养。可灵活融入其他作业方式。电动化起重机的应用逐渐推广。主要应用于城市区域内的吊装作业，因其使用的城区对环保和噪音处理要求相对严格，在这种场合下，电动化的起重机，零排放、噪音小的优势比较明显，目前，电动化起重机主要应用于轻型吊装，在技术提升后，适用场合会逐渐扩大。

1.2 应用场景适配性分析

不同应用类型对工程机械电动化技术的适配程度有所差异。市政应用场景对工程机械电动化技术比较友好，该场景作业区域是城市的范围，作业时间具有一定的规律性，作业周边通常具有便捷的充电条件。此外，市政应用场景对噪音和尾气排放的要求比较严苛，电动工程机械能够满足要求，适配度较高。港口场景作业区域固定、设备运行路线相对规整，具有集中建设的充电设施的可能性，电动工程机械能量补给方便。港口作业对设备可靠性和连续性要求高，电动工程机械通过针对性技术改进可达到港口作业的节奏，适配度较高。矿山场景作业环境复杂，作业强度大、作业持续时间长，对设备的动力性和续航能力挑战性比较大。对于电动工程机械在矿山场景的适配程度需进一步完善，在部分设备通过技术改造适应矿山的作业情况时，距离大规模应用落地仍有一定距离。

二、工程机械电动化技术

2.1 工程机械纯电技术

工程机械纯电技术就是采用电能作为工程机械的惟一能量，在驱动结构上应用电机驱动设备，核心在于机电系统结构，必须确保电机输出的扭矩和功率能够满足工程机械不同使用环境需要。由于在应用中省掉了燃油驱动设备的各种机件结构，所以整个结构设计都比较简单，后期维护保养也更加方便。在供能方式上，纯电技术的工程机械主要依赖电池组实现电能存储，在使用纯电技术的工程机械中，电池的性能直接影响到机器的续航能力和工作能力。纯电技术往往配备比较先进的能量管理系统，可以对电机的工作出力和电池的充放电实施一定的智能管理，在提供动力需要时确保能量的充分利用。

2.2 工程机械混合动力技术

工程机械混合动力技术结合了传统燃油动力和电力驱动的优势，通过合理搭配两种动力源，实现高效作业。其动力系统由发动机和电机组成，在不同的作业阶段，系统会自动选择合适的动力输出方式。在启动和低速作业时，主要依靠电机驱动，减少燃油消耗和排放；在高速和高强度作业时，发动机和电机共同发力，保证足够的动力输出。混合动力技术配备了能量回收系统，在设备制动或减速过程中，能将多余的能量回收并储存起来，用于后续作业，提高能源利用效率。这种技术对燃油发动机进行了优化，使其在最佳工况下运行，降低了油耗和磨损，延长了发动机的使用寿命。混合动力技术在续航和动力方面表现较为均衡，能适应多种作业场景，尤其是在充电设施不完善的地区，其优势更加明显。

三、工程机械电动化技术发展趋势

3.1 储能技术升级

储能技术是工程机械电动化的关键支撑，其升级是未来重要的发展趋势。电池的能量密度将不断提高，在相同体积下能储存更多的电能，延长工程机械的续航里程，减少充电次数，提高作业效率。电池的循环寿命将进一步提升，降低电池的更换频率，减少使用成本。电池的安全性也将得到重点提升，通过改进电池材料和结构设计，增强电池在高低温、振动等复杂环境下的稳定性，降低安全隐患。同时，充电技术也将不断优化，快速充电技术的发展将缩短充电时间，让电动工程机械能更快地恢复作业状态。

3.2 智能化融合

智能化与工程机械电动化技术的融合是必然趋势。智能控制系统将对电动工程机械的动力输出进行精准调控，根据不同的作业工况自动调整电机的功率，实现能量的高效利用。通过对设备运行状态的实时监测，智能系统能及时发现潜在故障，并发出预警，便于及时维护，减少故障停机时间。智能化还能实现远程操控和调度，操作人员可以在远程平台上对电动工程机械进行监控和操作，提高作业的安全性和灵活性。同时，智能调度系统能根据作业任务和设备状态，合理安排设备的作业顺序和充电时间，提升整体作业效率。

3.3 多能源互补

多能源互补技术将为工程机械电动化提供更多选择。除了电能外，氢能、太阳能等清洁能源将逐步与电动化技术结合。氢能具有能量密度高、续航能力强的特点，与电动技术结合后，能弥补纯电技术在续航上的不足，适用于长时间、高强度的作业场景。太阳能可以通过安装在设备上的光伏板为电池充电，在光照条件较好的环境下，能为设备提供额外的能源补充，提高能源利用的多样性。多能源互补技术能根据不同的作业环境和需求，灵活切换能源供应方式，提升工程机械的适应性和可靠性。

结语

工程机械电动化技术的应用已在典型设备和部分场景中取得一定进展，不同场景的适配性特点为技术的推广提供了方向。纯电技术和混合动力技术作为核心技术，各有优势和适用范围，共同推动着工程机械电动化的发展。未来，随着储能技术升级、智能化融合以及多能源互补等趋势的推进，工程机械电动化技术将不断完善，适用场景将进一步扩大。这不仅能满足环保要求，还能提升作业效率和经济性，为工程机械行业的可持续发展注入新的动力。

参考文献

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