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【深度报道】纯电动搅拌车引领商砼行业“华丽转身”

2022-05-19 14:11:34

【中国路面机械网 深度报道】近年来,在国家环保政策的大力推动下,低碳、节能减排成为国家环境治理的热点话题。随着“双碳”战略的实施和国家对新能源产业的高度重视,污染严重的商砼行业成为重点整治对象。在多地出台的防治大气污染整治方案中,均将混凝土运输划为重点治理对象。郑州市成为我国首个搅拌车纯电动化的试点城市,搅拌车电动化已成为必然发展趋势。

【深度报道】纯电动搅拌车引领商砼行业“华丽转身”

纯电动搅拌车逐渐成长为混凝土运输市场的生力军

郑州众联商砼有限公司是较早购买纯电动搅拌车的混凝土用户之一,该公司在2021年4月份购买了50辆纯电动搅拌车,今年初又订购了30辆纯电动搅拌车。谈到为何要选择电动搅拌车,车队负责人介绍,国家倡导节能环保,公司以节能环保为发展方向,公司目前有72台搅拌运输车,其中纯电动搅拌车有50辆,如果订购的30辆到位后,电动车所占的比例将超过80%。“公司的计划是到年底让所有燃油搅拌车退出市场,全部实现纯电动化。

【深度报道】纯电动搅拌车引领商砼行业“华丽转身”

郑州众联购买的星马纯电动搅拌车

电动搅拌车能否破解商砼行业的发展困局,引领混凝土运输行业走向新生呢?

2014年上海华建首款国产纯电动搅拌车吸睛

第一台混凝土搅拌车诞生于1958年,由德国施维英在一台卡车底盘的基础上改装设计,实现了小规模预拌混凝土的生产和运输。2010年之前,随着我国基础设备建设和房地产市场的持续升温,对混凝土的需求量激增,混凝土搅拌车成为炙手可热的设备。

随着新《交通法》的出台,对搅拌车的方量和载重量都做了明确规定,加大了对非法改装、非法运营的打击力度。同时,随着排放的升级和国家对环保的高度重视,以清洁能源为主的新能源车成为国家重点扶持的方向。

【深度报道】纯电动搅拌车引领商砼行业“华丽转身”

首台国产纯电动搅拌车由上海华建2014年在上海宝马展上推出

2014年上海宝马展,上海华建集团展出了一台型号为HDJ5160GJBDFEV纯电动混凝土搅拌车,这是上海华建与东风商用车历经一年开发的新产品,也是我国自主研发生产的第一台国产纯电动搅拌车。这台车甫一亮相,便吸引了众多关注者的目光,成为当届宝马展上的明星产品。该款搅拌车采用电池为主要动力源,容量为4立方米,配备沃特玛磷酸铁锂电池,额定电压540V,额定电流140AH,充满电需要30分钟,充满电后,空载能跑100 km,满载能跑40km。

由于是我国首台国产电动搅拌车,当时电动化技术尚不太成熟。最突出的优点是真正做到了零排放零污染,是一款节能环保的产品。不足之处是与传统内燃驱动的搅拌车相比,其动力较小,续航能力不足,不适用于中大型工程。毕竟在中大型工程中,光是在工地排队有时候就需要好几个小时,电用尽的话混凝土很快就会凝固,且4方容量不大,所以,这辆车更适用于城市小型工程。

虽然这台电动搅拌车在设计上还存在一定缺憾,但她的诞生却具有重要意义,标志着我国混凝土搅拌车行业试水电动化的开始。

政策推动 群雄逐鹿纯电动搅拌车

按照《郑州市2021年大气污染防治攻坚战实施方案》的要求,郑州制定《郑州市推广使用纯电动混凝土运输车实施方案(征求意见稿)》,提出自2021年8月1日起,郑州市新增的混凝土运输车应全部为纯电动车,2021年郑州市已完成1000余台纯电动混凝土运输车的替换工作。2021年8月,三一重工与郑州瑞智通公司签订了1000台电动搅拌车的购机协议,10月23日,由三一重工与郑州瑞智通运输有限公司联合举办的首批200台纯电动搅拌车先行交付,成为当年国内混凝土搅拌车行业销量最大的一次交付。据相关人员介绍,投入市场的1000台电动搅拌车每年将减少34万吨二氧化碳排放,每台车可以节省10万元/年的运营成本,既环保又经济,助力“双碳”目标的实现。

【深度报道】纯电动搅拌车引领商砼行业“华丽转身”

2021年10月,三一重工向郑州客户交付首批200台纯电动搅拌车

三一重工是较早开展纯电动搅拌车研发的企业之一,截止目前,已成功研发20余款纯电动产品,涵盖纯电、换电、氢燃料等三大补能路线。三一电动搅拌车、自卸车牵引车已在郑州、深圳、海口等数十个城市推广试用。具有长续航、低电耗、强动力、零污染、快装卸、低残余等核心优势

在郑州众联公司首批采购的50辆纯电动搅拌车中有20辆是三一品牌。谈到购买纯电动搅拌车后给公司带来的变化,车队负责人侃侃而谈:“变化可大啦!有的工地指定要用纯电动搅拌车,别人不能干的,我们能干;在郑州市能一次性提50辆纯电动搅拌车的企业不多,公司的实力也得到了大家的认可;由于我们有纯电动搅拌车,许多大企业都愿意与我们合作。总之一句话,原来是公司找活干,现在是别人主动找我们干。”他还兴奋地告诉笔者,郑州市纯电动搅拌车现场推广会就是在他们公司召开的。

继郑州市成为我国首个纯电动搅拌车试点运营城市后,深圳、长沙、海口、重庆等城市也纷纷出台相关政策,大力倡导和引进纯电动搅拌车。据中国混凝土与水泥制品协会数据统计,2021年,我国规模以上混凝土与水泥制品工业企业商品混凝土产量达32.93亿立方米,较2020年增加4.5亿立方米。2021年全年,我国混凝土搅拌车市场销量为9.8万辆,无疑,纯电动搅拌车市场蕴含的巨大发展潜力和市场前景,这自然吸引了众多工程机械企业和专用车企业纷纷加入纯电动搅拌车研发的行列。

作为混凝土行业知名品牌的中联重科一直将绿色化、智能化、电动化做为产品的研发方向。今年3月中联重科与东风商用车联合开发的“凌冠”纯电搅拌车能满足多种恶劣工况,具有经济环保、动力强劲、安全可靠等优点,运营成本比柴油车降低30%以上,CO 排放减少30%以上。E系列上装采用了中联重科独创的C型密封技术,从根本上杜绝物料从导料筒间隙滴漏,每车可多装1m 料,一年能多赚4万元。

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中联重科与东风商用车联合开发的“凌冠”系列纯电动搅拌车

根据徐工集团战略部署,徐工自2017年开始布局电动搅拌车,经过3年多研发积累,在电传动动力传输技术、筒体电控操纵技术及底盘和上装永磁电机散热系统协同控制技术方面已实现技术突破,并于2020年隆重推出多款新能源搅拌运输车,引领了行业新的发展方向,树立了高效、环保、节能、绿色混凝土搅拌车产品新标杆。

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徐工纯电动搅拌车交付客户

徐工电动搅拌车产品覆盖4-8m³,型谱齐全。具有装载多、不漏料、不离析等突出优势,底盘动力强劲、补能高效、制动安全,整机重量轻、配置高端、显控一体、智能操控等特点,可全面满足客户需求。

除三一重工、中联重科、徐工集团外,福田雷萨、星马汽车、中集凌宇、亚特重工等工程机械企业及专用车生产企业也于近年纷纷推出了自己的电动搅拌车。

在2021年长沙工程机械展上,福田雷萨展出的一台TL407电动混凝土搅拌车,不仅做到了零排放、零污染、低噪音、经济省油,而且实现了高智能、长续航。该车搭载车联网平台,拥有实时监控、远程诊断等功能。同时,该车配有360kw驱动电机,扭矩可达2400N·m(牛米),续航里程达到258 km,单车充满电时间仅为2小时,每天跑六趟仅需补一次电。

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雷萨换电式电动搅拌车

星马汽车是最早从事电动搅拌车研发的专用车生产企业之一,2015年该公司与沃特玛电池合作,开始从事纯电动搅拌车研发工作。2018年该公司采用上海特百佳控制系统的绿控三合一纯电动搅拌车正式推向市场,至今已销售了500台左右。2021年该公司自主研发的新一代P620EV纯电动搅拌车2022年3月份已经正式下线,即将投放市场。具有零排放、零污染、自重轻、续航里程长等优点,提供充电式和换电式两种方案供客户任意选择,每年可为用户节省燃油成本6万元以上。

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星马汽车研发的纯电动搅拌车

作为电动化的先行者之一,星马汽车被吉利汽车收购后,凭借吉利汽车雄厚的技术和资金支撑、星马传统搅拌车的技术优势和客户资源以及吉利引入的先进的管理制度、质量体系和企业文化等。融合后的星马汽车高度重视纯电动市场,制定了雄心勃勃的发展目标:2022年该公司纯电动车辆的销售目标是达到6000辆,其中电动搅拌车销售1500辆。到2025年,纯电动车辆年销售量要求达到5万辆,纯电动车辆所占的比重要求达到20%。

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中集凌宇纯电动搅拌车

凌宇纯电动搅拌车具有“安全、可靠、节能、高效、强劲”等特点,配备“高铁”品质大功率驱动电机及高能量密度电池,各档速比级差分配更合理,效率高达98%,双枪直流充电,大幅缩减了充电时间,保证整车耗电经济性、动力性更优,工况适应性好。此外,凌宇纯电动搅拌车不仅安静环保,节能高效、轻量耐用,而且具有出料速度快、搅拌均匀等特点,帮助客户实现经济效益最大化。

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亚特重工生产的纯电动搅拌车

亚特重工纯电动搅拌车具有“安全、可靠、节能、强劲”等特点,配备大功率驱动电机及高能量密度电池,各档速比级差分配合理,双枪直流充电,大幅缩减了充电时间,保证整车耗电经济性。该电动搅拌车上装控制采用电控系统,并在车尾配备有大屏显示器,散热系统根据温度自动开启,电控可根据需要自行选择手控、屏控及遥控等方式。

技术为先 纯电动搅拌车精益求精

2020年被业内人士称为“工程机械电动化元年”,在国家政策的大力扶持下,许多企业纷纷推出了电动化产品和燃料动力产品,新能源动力的工程机械品类和数量呈现出爆发式增长。

与重卡有所不同的是,搅拌车的运输半径一般在20-30 km,运营线路相对固定,电动车的续航里程一般为200-300 km,充电时间为1-2小时,因此,电动搅拌车的续航里程和充电时间基本能满足客户要求。

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充电桩

纯电动搅拌车涉及底盘和上装两部分,底盘部分与商用车一致,如采用电池驱动,需要选择最佳经济转速才能达到节能减排的效果;而上装部分的电动化原理则恰恰相反,需要低转速大扭矩,而且配有减速机,应用相对更复杂。一个属于商用车的电动化,一个属于工程机械电动化范畴,要将两者整合在一起,而且要达到最佳的使用效果便给搅拌车电动化的研发增添了困难。这也是电动搅拌车与其他工程机械及商用车电动化的不同之处。

徐工集团在电动化搅拌车研发过程中,针对底盘行驶过程中罐体速度大幅波动的技术难题,采用筒体电控操纵技术,以逆变器为核心,由整车控制器通过CAN总线控制驱动电机,大幅度提高罐体转动的可控制性,可以通过程序调节实现罐体在给定转速下保持恒转速;遇到散热系统分体控制的技术难题时,采用独立控制的散热系统,冷却液串联底盘和上装永磁电机,无论电机独立工作还是同时工作,只要冷却液的温度达到散热器温控阀的设定温度,散热器开始工作。由于共用一套散热系统,既降低成本又减少故障点;针对搅拌筒体性能不佳的问题,根据罐体形状、安装角度、桥荷分配等影响因子基础上重新规划搅拌筒罐容及平台,研发全新的轻量化、高性能搅拌筒,并采用连续迹线、变螺距、变螺旋角设计,同时通过理论创新,建立一个虚拟锥体,对虚拟锥体搅拌叶片进行变螺距设计,以调整迹线长度,改变叶片角度,从而实现筒体搅拌性能的最大化。

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星马汽车生产的换电式纯电动搅拌车

星马汽车研发的第一代电动搅拌车,电池重量近两吨,容量却只有150度电;而该公司今年新推出的第三代产品电池容量为282度电,重量只有两吨多一点。该公司研发工程师表示,电池技术一直在进步之中,电控等系统也在优化进步之中。该公司第一代电动化产品使用的是传统的变速箱,档位很多,操作比较复杂。新推出的产品安装有专门针对电机的变速箱,档位少,更合理。以前罐体设置的最大转速是16转/分钟,现在根据使用工况调整为15转/分钟,更节能更环保。

尽管大多数人看好电动搅拌车的发展前景,但电动搅拌车还存在一些阻碍和影响其大规模应用的因素。

其一是电池的能量密度问题。相较2017年电动化兴起的初期,电池的能量密度尽管提升了一倍左右,基本能满足搅拌车用户的使用需求,但与燃油发动机相比,还是存在一定差距。而且电池的能量密度越高,提升的空间便越小。

其二是续航里程问题。目前大多数电动搅拌车的有效续航里程只有200公里左右,与柴油车动辄500-600公里的续航里程相差较大,而且电动搅拌车的购买价格往往是柴油车的两倍,影响了部分搅拌车用户的购买欲望。

其三是方量问题。轻量化是搅拌车行业的发展趋势,在国家严禁超载超限的情形下,合规运营成为时代主题。相比燃油车,纯电动车辆的电池肯定要占据一定的空间和重量,这相当于变相增加了底盘的重量,减少了罐体的容积,降低了用户的盈利水平。然而,也有人认为,电池虽然占据一定的容量,但其所增加的绝对重量有限,对整车的重量影响并没那么大。

为了更好地满足客户使用需求,大多数厂家准备了多种换电方案:一种是充电式,采用双枪快充方式一个半小时即可充满,可满足大多数客户工作一天的使用需求;另一种是换电式,采用车电分离方式,用户只需要购买车体部分,电池则从租赁站租赁使用。好处是降低了用户的初始购买成本,用户只需要花燃油车的成本便可以购买电动车。不利之处是换电车的使用成本要高于充电车的使用成本但远低于燃油车的使用成本,这种换电模式受到了大多数用户的欢迎。

【深度报道】纯电动搅拌车引领商砼行业“华丽转身”

纯电动汽车换电站

谈到纯电动搅拌车的应用和发展前景,郑州众联车队负责人毫不犹豫地表示,“肯定会越来越好”。他指出,目前对纯电动搅拌车来说,正是一个机遇期,今后会有非常大的发展。在他看来,电动搅拌车取代燃油搅拌车只是时间问题,这一点毫无疑问。

徐工集团相关研发负责人表示,电动搅拌车是混凝土行业的必然选择,这是一片蓝海市场,应用前景非常广阔。电动化、数字化、智能化将是未来电动搅拌车的发展方向,徐工集团已在有序推进。在无人化、机群协调等方面徐工集团也在积极规划和布局中。随着一些城市已经有序实施推进“油换电”政策,保守预计5-8年内我国可以全面实现搅拌车电动化。

星马汽车电动搅拌车技术研发工程师邵恩琪认为,电动搅拌车要想完全取代燃油搅拌车至少还需要二十年左右时间。其理由是燃油搅拌车市场保有量大,强行推广电动搅拌车会造成巨大的社会资源浪费。并非所有的工况都适合电动搅拌车运行,只有短途、固定线路、特殊场景比较适合纯电动车辆运行。电动搅拌车技术更新比较快,电池的能量密度越来越高,续航里程会越来越长。随着技术的进步,电动车购置成本与燃油车购置成本差距会缩小,更具有竞争优势。因此,他十分看好电动搅拌车的未来发展前景。

随着工程机械电动化技术的突破和落地,电动化将加速更换需求,带来新的增长点。预计在2023年国内主要混凝土搅拌车的生产厂商均会推出其主力电动化产品,2025年将迎来电动化产品销售首个高峰期,实现25%的渗透率,电动搅拌车年销量将达到12万台以上。

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