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1、基于能耗经济性分析的锂电挖掘机基于能耗经济性分析的锂电挖掘机液压系统方案液压系统方案青岛大学青岛大学 马永志马永志E-mail:E-mail:高等学校工程热物理第二十届全国学术会议学术报告高等学校工程热物理第二十届全国学术会议学术报告目录目录引言引言挖掘机动力系统能耗分析挖掘机动力系统能耗分析Li-EEHSLi-EEHS方案方案结论结论高等学校工程热物理第二十届全国学术会议学术报告高等学校工程热物理第二十届全国学术会议学术报告引言引言挖掘机整机有效效率低下的现状没有得以根本挖掘机整机有效效率低下的现状没有得以根本改变：改变：能源输出部分，挖掘机发动机中燃油燃烧的效能源输出部分，挖掘机发动机中燃

2、油燃烧的效率只有率只有30%-4030%-40；能源传动部分，仅有能源传动部分，仅有2020的发动机输出功转变的发动机输出功转变为有效功。为有效功。提出了提出了锂电挖掘机液压系统锂电挖掘机液压系统（Lithium-electric Lithium-electric Excavator Hydraulic System Excavator Hydraulic System，简称，简称Li-EEHSLi-EEHS）；）；设计了设计了4 4种种典型的典型的Li-EEHSLi-EEHS，并对其工作特点和应用，并对其工作特点和应用进行了分析。进行了分析。高等学校工程热物理第二十届全国学术会议学术报告高等

3、学校工程热物理第二十届全国学术会议学术报告挖掘机动力系统能耗分析挖掘机动力系统能耗分析Li-EEHSLi-EEHS方案方案基本方案构想基本方案构想四种典型四种典型Li-EEHSLi-EEHS方案方案液压挖掘机原方案整机能源利用率液压挖掘机原方案整机能源利用率液压挖掘机方案液压挖掘机方案1 1整机能源利用率整机能源利用率液压挖掘机方案液压挖掘机方案1 1能耗经济性分析能耗经济性分析基于发动机功率角度验证分析基于发动机功率角度验证分析高等学校工程热物理第二十届全国学术会议学术报告高等学校工程热物理第二十届全国学术会议学术报告挖掘机动力系统能耗分析挖掘机动力系统能耗分析Li-EEHSLi-EEHS方

4、案方案基本方案构想：将挖掘机配重改为锂离子动力基本方案构想：将挖掘机配重改为锂离子动力电池电池+无刷直流电动机以取代发动机。无刷直流电动机以取代发动机。四种典型四种典型Li-EEHSLi-EEHS方案：方案：（1 1）液压挖掘机采用磷酸铁锂电池）液压挖掘机采用磷酸铁锂电池+无刷直流电动机，无刷直流电动机，液压系统不变；液压系统不变；（2 2）液压挖掘机采用磷酸铁锂电池）液压挖掘机采用磷酸铁锂电池+无刷直流电动机无刷直流电动机+电容器，回收动臂的可回收势能；电容器，回收动臂的可回收势能；（3 3）液压挖掘机采用磷酸铁锂电池）液压挖掘机采用磷酸铁锂电池+无刷直流电动机，无刷直流电动机，回收斗杆以及

5、动臂的可回收能；回收斗杆以及动臂的可回收能；（4 4）液压挖掘机采用磷酸铁锂电池）液压挖掘机采用磷酸铁锂电池+无刷直流电动机，无刷直流电动机，回收所有的可回收能，具体包括斗杆以及动臂的可回收回收所有的可回收能，具体包括斗杆以及动臂的可回收能、行走装置以及回转装置的制动能。能、行走装置以及回转装置的制动能。高等学校工程热物理第二十届全国学术会议学术报告高等学校工程热物理第二十届全国学术会议学术报告挖掘机动力系统能耗分析挖掘机动力系统能耗分析高等学校工程热物理第二十届全国学术会议学术报告高等学校工程热物理第二十届全国学术会议学术报告挖掘机动力系统能耗分析挖掘机动力系统能耗分析液压挖掘机方案液压挖掘

6、机方案1 1能耗经济性分析能耗经济性分析因工作一天因工作一天1010小时需要电能小时需要电能198.62198.62度电，若算作度电，若算作400400度度电，电价为电，电价为0.600.60元元/度电，则每天仅需费用为度电，则每天仅需费用为240240元，而元，而若用发动机，则需柴油若用发动机，则需柴油100100升，按目前柴油价格升，按目前柴油价格7.507.50元元/升，则每天费用为升，则每天费用为750750元，由此可见，每天可以节省元，由此可见，每天可以节省510510元。元。按一年工作按一年工作300300天，则天，则980/3003.3980/3003.3年，也即是说，大约年，也

7、即是说，大约需要需要3.33.3年就可以回收动力电池投入的成本。年就可以回收动力电池投入的成本。基于发动机功率角度验证分析基于发动机功率角度验证分析计算中选取计算中选取40kW40kW的无刷直流电动机是可行的。的无刷直流电动机是可行的。高等学校工程热物理第二十届全国学术会议学术报告高等学校工程热物理第二十届全国学术会议学术报告Li-EEHSLi-EEHS方案方案方案方案1 1动力源采用磷酸铁锂电池+无刷直流电动机，液压系统保持不变，前面分析可知，采用此种方案液压挖掘机的整机能源（柴油）的利用率为17.1%。高等学校工程热物理第二十届全国学术会议学术报告高等学校工程热物理第二十届全国学术会议学术

8、报告Li-EEHSLi-EEHS方案方案方案方案2 2动力源采动力源采用用磷酸铁磷酸铁锂电池锂电池+无刷直流无刷直流电动机电动机，液压回路液压回路增加增加回收回收动臂油缸动臂油缸势能势能的液的液压系统，压系统，并增加储并增加储能元件，能元件，能能有效回有效回收大部分收大部分动臂的可动臂的可回收能回收能。高等学校工程热物理第二十届全国学术会议学术报告高等学校工程热物理第二十届全国学术会议学术报告Li-EEHSLi-EEHS方案方案方案方案3 3动力源采动力源采用用磷酸铁磷酸铁锂电池锂电池+无刷直流无刷直流电动机电动机，液压回路液压回路增加增加回收回收动臂油缸、动臂油缸、斗杆油缸斗杆油缸的势能的势

9、能的的液压系统。液压系统。能有效回能有效回收收大部分大部分动臂和铲动臂和铲斗的可回斗的可回收能收能。高等学校工程热物理第二十届全国学术会议学术报告高等学校工程热物理第二十届全国学术会议学术报告Li-EEHSLi-EEHS方案方案方案方案4 4动力源采用动力源采用磷酸磷酸铁锂电池铁锂电池+无刷无刷直流电动机直流电动机，液，液压回路压回路增加回收增加回收动臂油缸、斗杆动臂油缸、斗杆油缸的势能的液油缸的势能的液压系统压系统，同时，同时，利用电动利用电动/发电机发电机将将回转液压马达回转液压马达的可回收能量的可回收能量以以及及左右行走装置左右行走装置的制动能的制动能加以回加以回收，通过逆变器收，通过逆

10、变器将回收的能量将回收的能量（电能）存储于（电能）存储于蓄电池中。蓄电池中。高等学校工程热物理第二十届全国学术会议学术报告高等学校工程热物理第二十届全国学术会议学术报告结论结论无论从技术角度以及从经济角度看，无论从技术角度以及从经济角度看，Li-EEHSLi-EEHS都都是完全可行的。是完全可行的。Li-EEHSLi-EEHS将挖掘机配重改为锂离将挖掘机配重改为锂离子动力电池子动力电池+无刷直流电动机以取代发动机，从无刷直流电动机以取代发动机，从根本上解决挖掘机能源输出部分发动机效率低下根本上解决挖掘机能源输出部分发动机效率低下的问题；的问题；Li-EEHSLi-EEHS挖掘机液压回路增加回收

11、所有挖掘机液压回路增加回收所有或者部分可回收能，从而解决挖掘机液压传动部或者部分可回收能，从而解决挖掘机液压传动部分效率低下的问题。分效率低下的问题。以青岛重工以青岛重工HW130HW130挖掘机为例计算分析表明没有挖掘机为例计算分析表明没有采用能量回收措施的采用能量回收措施的Li-EEHSLi-EEHS可使液压挖掘机的可使液压挖掘机的整机效率从整机效率从7%7%提升至提升至17.1%17.1%，使用成本从，使用成本从750750元元/天降至天降至240240元元/天，大约需要天，大约需要3.33.3年就可以回收动年就可以回收动力电池投入的成本（约力电池投入的成本（约5050万元）。万元）。高等学校工程热物理第二十届全国学术会议学术报告高等学校工程热物理第二十届全国学术会议学术报告谢谢！谢谢！