一种新型纯电动混凝土泵车底盘设计

杨 辉 李政贤 王浩轩

（1.陕西风润智能制造研究院有限公司；2.质子汽车科技有限公司；陕西 西安 710200）

0 前言

随着国家对车辆排放要求越来越严格，城建商砼等城市工程用车电动化趋势加速，各主机厂及改装厂针对商砼领域均已开始研发纯电动混凝土泵车。混凝土泵车为驻车作业车型，作业时通过支腿支撑车辆，驾驶室顶部布置臂架，通过控制液压系统进行伸缩，驾驶室后部车架上安装的回转机构通过液压系统控制可进行360°回转，主泵实现混凝土泵送。

目前主流纯电动混凝土泵车整车方案都是基于柴油车型更换动力总成，即底盘驱动电机匹配AMT，通过传动轴将动力传输至分动箱(断轴取力器)，实现底盘与上装的分时驱动；底盘配备的动力电池为底盘驱动电机供电用以驱动底盘行走及上装作业。这种方案底盘及上装动力输出均需经过分动箱，分动箱机械效率较低，存在较大机械损失，造成整车能耗相对较大，营运成本较高；且受限于电池体积能量密度，底盘电池配电量有限，严重制约作业时长及应用场景工况覆盖，影响纯电动混凝土泵车的大规模推广。基于以上不足，本文设计了一种新型纯电动混凝土泵车底盘，有效解决传统纯电动泵车效率低、能耗高、作业不可持续的问题。

1 整车定位

针对60 m臂架混凝土泵车市场，定制化开发总重46 t的纯电动混凝土泵车通用底盘。通过前期的法规及市场研究，确定整车基本指标，如表1所示。

表1 新型纯电动混凝土泵车整车基本指标

2 底盘总布置方案

结合60 m臂架泵车上装设备及布置[1]要求，完成本文设计的新型纯电动混凝土泵车底盘总布置方案，如图1所示。

图1 新型纯电动混凝土泵车底盘总布置方案

驾驶室发动机舱内布置电机散热器、多合一控制器、电池管理系统和动力电池。

底盘驱动电机匹配AMT布置于车架大梁中间，经传动轴带动后驱双桥，驱动底盘行走。

车架左侧大梁Ⅱ轴后依次布置充电插座、电动空压机、动力电池；车架右侧大梁依次布置低压蓄电池与储气筒、动力电池。

底盘Ⅰ、Ⅱ轴之间预留上装支腿安装空间，大梁内侧预留上装电机及主泵空间，大梁左右分别预留车载充电机、上装辅助电机及辅助泵空间。

3 底盘设计原理

3.1 底盘动力流及能量流

主流纯电动混凝土泵车底盘设计架构如图2所示。该方案底盘通过传动轴经分动箱再经传动轴后驱动后桥行走，上装部分的液压泵经底盘驱动电机及AMT取力器驱动，主泵及臂架泵由底盘驱动电机及AMT经传动轴驱动分动箱，再经分动箱上的2个取力口连接传动杆带动。分动箱机械效率较低，一般为75%～80%，混凝土泵车上装功耗高、作业时间长，机械效率对能耗影响较大。泵车在任务紧张时可能连续作业几天，仅通过底盘电池供电无法满足使用需求，需柴油泵车应急，降低了工况适配性，制约了规模化应用。

图2 主流纯电动混凝土泵车底盘设计架构

新型纯电动混凝土泵车底盘设计架构如图3所示。该方案底盘由动力电池经过多合一控制器为底盘驱动电机提供电能，驱动电机带动AMT，经传动轴驱动车辆行走。

图3 新型纯电动混凝土泵车底盘设计架构

当混凝土泵车驻车作业且负荷较小时，上装电机功率较小，上装由工业电网独立供电。电网的电能经车载充电机(OBC)、多合一控制器为上装驱动电机(辅助泵)与上装驱动电机(主泵)供能。上装驱动电机(辅助泵)驱动臂架泵、回转泵等，实现臂架的伸展及回转；上装驱动电机(主泵)驱动主泵实现混凝土持续泵送。

当混凝土泵车驻车作业且负荷较大时，上装电机需求功率较大，车载充电机输出功率不足以满足负荷需求，此时需动力电池补充输出电功率，即由工业电网经车载充电机(OBC)与底盘动力电池输出的电能通过多合一控制器功率耦合，共同为上装驱动电机供电。

当底盘动力电池电量低、工作场站附近不具备充电桩充电条件时，可由工业电网通过车载充电机为底盘动力电池充电；当工业电网突然断电时，可完全由底盘动力电池独立供电，尽快完成臂架泵内剩余混凝土的泵送，避免混凝土冻结。

新型纯电动混凝土泵车底盘既具备了传动效率高、能耗低、营运成本低的优点，又能够满足长时持续作业的场景应用要求。

3.2 冷却系统设计原理

基于混凝土泵车驻车作业的特点，新型纯电动混凝土泵车底盘驱动电机与上装驱动电机分时供电驱动，冷却系统可安装于底盘上，底盘与上装共用一套冷却系统；可通过车辆模式选择开关控制电磁阀，实现车辆行走与驻车作业时冷却水路通断。冷却系统控制原理如图4所示。

图4 新型纯电动混凝土泵车冷却系统控制原理图

车辆行走时，车辆模式选择开关在行车挡位，两位三通电磁阀3动作，j、k口接通，冷却水泵2启动，散热器1中的冷却水流经底盘驱动电机控制器4与底盘驱动电机5，形成冷却回路，为底盘驱动电机进行冷却。

驻车作业时，车辆模式选择开关选择驻车作业挡位，两位三通电磁阀3动作，j、l口接通，冷却水泵2启动，散热器1中的冷却水为上装电机及其控制器进行冷却：(1)三位三通电磁阀6动作，接通m、n口，冷却水为上装电机控制器7与上装电机(主泵)8进行冷却；(2)三位三通电磁阀6动作，接通m、o口，冷却水为上装电机控制器9与上装电机(辅助泵)10进行冷却；(3)三位三通电磁阀6动作，接通m、n、o口，冷却水同时为上装电机控制器7与上装电机(主泵)8、上装电机控制器9与上装电机(辅助泵)10进行冷却。

4 结论

新型纯电动混凝土泵车底盘打破了原有纯电动混凝土泵车底盘独立供电设计框架，围绕不同工况及作业负荷，电网、底盘动力电池能量流基于控制逻辑进行独立供电或耦合供电，希望为城市商砼泵送提供一种低能耗、低排放、低噪声且具备持续作业覆盖更多应用场景的纯电动混凝土泵车产品，助力绿色商砼整体解决方案的规模化落地。