工程机械电动化发展现状与前景

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摘要：当前发展绿色经济，逐步实现“碳中和”成为我国未来发展的重要议题，而工程机械由于工作强度普遍较高，燃料消耗和污染物排放量大，节能减排形势更为严峻，因而电动工程机械也受到人们越来越广泛的关注。分析工程机械电动化的内在和外在驱动力，介绍我国当前工程机械电动化的发展现状，对工程机械电动化的主要瓶颈及解决途径进行研究，并展望其未来的发展前景及主要方向。

关键词：工程机械；电动化；发展现状；前景

1引言

随着环境污染的加剧以及国家对“碳达峰、碳中和”的要求，发展绿色、清洁能源成为现代工业战略的核心。因此，在新一轮产业变革的背景下，工程机械产品的节能减排形势尤为严峻。电动工程机械具有零排放、低噪声的特点，发展纯电动设备产业，已渐成为世界各国在工程机械行业解决能源短缺、降低环境污染的首选途径[1]。工信部也于2020年发布了《推动公共领域车辆电动化行动计划》，其中提到加快发展纯电动工程机械。同时，由于非道路移动机械的排放从国三升级到国四，以及后续升级周期的日益缩短，主机厂也在主动探索工程机械节能减排的方向。

2工程机械电动化的驱动力

2.1产品内在驱动力

目前，工程机械领域正面临着排放法规的升级，非道路移动机械排放标准将于2022年12月1日正式从国三升级到国四[2]。该标准的升级对工程机械行业具有重要影响：（1）研发成本增加。非道路移动机械排放的国四标准测试方法更为复杂，技术难度更大，不仅需要大量的标定工作，且新增整机PEMS测试，让主机厂成为责任主体。因此需要比以往投入更大的研发成本。（2）管理成本增加。一方面，标准对发动机有效寿命和排放质保期提出了要求，因此需要主机厂引导规范用户使用保养，规范用户采用高品质机油和低硫燃油，以确保工程机械在全生命周期的有效使用。另一方面，标准要求主机厂要对每台工程机械进行申报，需要配备更多的支撑人员。（3）零部件成本增加。一方面，排放标准的升级意味着需配备更全面排放后处理系统，包括DPF系统、SCR系统等配置。另一方面，排放标准的升级会提升后处理系统的温度和增加后处理系统的体积，导致物料质量的升级和数量的增加。依据目前现有的技术手段和物料成本，对于大型工程机械主机厂而言，每台成本增加在10000～20000元，而小厂的单台成本增加更多[3]。

2.2产品外在驱动力

目前发展绿色、清洁能源是我国工业战略的核心，无论是机动车辆还是工程机械都处于向新能源转型的关键时期。特别是当前“碳达峰、碳中和”概念不断升温，工程机械产品的节能减排形势尤为严峻，无论是生产方还是使用方，受环保方面的监管都在逐步加严。同时，传统采用内燃机作为动力的工程机械其噪声大、排放高、振动大的缺点与当前越来越强调驾驶者舒适性的发展方向背道而驰，越来越多的用户都开始将电动工程机械作为自己下一次采购的对象。因此，在新一轮产业变革的背景下，各家主机厂只有抢先布局，加快推出优质的电动化工程机械产品才能抢占市场。另一方面，随着“三电”技术逐步成熟，电池、电机等核心零部件的制造成本不断降低，产业化规模逐步加大，工程机械从研发成本至采购成本都在不断降低，产品在终端市场的竞争力逐步提升。特别是在当前油价逐步攀升的时期，电动工程机械的性价比更是受到了人们的广泛关注。根据生产企业博雷顿的测算，当其装载机产品的使用周期超过两年后，节省的燃料费用和维护费用即可覆盖电动产品相对内燃产品的销售差价。因此，以往采用内燃机产品的售价优势也在逐步的消失。

3我国电动工程机械的发展现状

我国新能源工程机械正处于关键的萌芽时期，以挖掘机、装载机为代表的工程机械电动化如雨后春笋。但是，电驱动工程机械相较于传统的以内燃机为动力的产品成本仍偏高，且工作环境较为受限。目前，电驱动工程机械的生产厂家也主要集中头部在大型主机厂，中联重科目前发布了纯电动泵车、非公路纯电动宽体自卸车等8大系列16种新能源产品，并宣布了纯电动搅拌车、混合动力高空作业平台等系列产品也将逐步上市。三一重工目前已下线超过10款电动化产品，产品涵盖了挖掘机、起重机、搅拌车、自卸车及路面机械。徐工推出了电动装载机、电动挖掘机、电动起重机、电动叉车、电动重卡等。柳工发布了多款电动挖掘机和装载机，并且在快速充电技术以及节能技术方面有了重要突破，可在1h充满约80%的电量。在上下游产业融合方面，三一重工与宁德时代签署战略合作协议，在电动化领域达成紧密合作，针对工程机械的工作特点开发专属的动力电池，更能提升产品的性能。中联重科则通过发展智能制造切入绿色发展的赛道，通过与Land-ing.AI达成合作，利用人工智能来优化电动工程机械产品，更是在今年隆重下线了全球首台纯电动汽车起重机。晋工新能源则与中科院海西研究院泉州装备制造研究中心、国网商用电动汽车投资有限责任公司等科研院所和产业链伙伴签约，率先在业内实现纯电装载机市场化应用。

4主要瓶颈及解决途径

4.1工作环境受限

工程机械的日常工作环境通常较为恶劣，存在着高寒、高温、尘土多及振动大等特点，对产品的电池和电机的品质提出了较高的要求。并且工程机械速度较低，多数产品无法上道路行驶，难以实现长距离、频繁移动充电，往往需要额外的配套设施[4]。当前新能源工程机械主要应用于港口、城建、物流园等封闭和固定的工作环境，以及对产品噪声和排放有特定要求的场合。因此，要做到电动工程机械的全面落地，主机厂既要不断提升自身的研发能力，更要加大与各方面的交流合作，包括：1）加强与上游材料企业的研发合作，开发轻量化、高强度的材料以降低电池带来的额外重量；2）加强与电池、电机厂商的研发合作，针对工程机械的工作特点，在零部件研发的初期就考虑适用产品的使用场景，做到加强补漏；3）加强与政府部门的沟通交流，推动配套设施的不断完善。

4.2使用成本较高

当前，电驱动的工程机械产品相较以内燃机为动力的产品成本偏高是制约该类产品大幅推广的重要原因，同时电池在使用过程中性能的不断衰减和后期较高的维护成本也影响了消费者的购买决策。一方面，随着电池、电机等零部件技术的不断发展，产业规模的不断扩大，其成本在不断下降而技术水准在不断提升，因此加大对产品质量和制造成本的研发是企业在进行产品电动化进程中的重中之重。同时企业要加强产品的宣传，将产品最新的性能质量介绍给目标用户，提升他们的购买信心。另一方面，企业要抛弃内燃机产品的研发思路，针对电动化产品的特点，开发全新平台，将产品设计、工艺流程、质量控制、生产进度等各个环节进行全面的改革，发挥出电动化产品布置灵活、平台适应性强及传动系统简单的特点。同时，行业中的头部企业应该联合起来，积极与政府部门进行沟通交流，推动对购买电动工程机械产品进行补贴，降低消费者的负担。

4.3行业整体研发能力较弱

工程机械领域企业整体的研发能力较弱，相较于车辆在新能源领域的全面发展，工程机械电动化的推广主要集中在头部的几大主机厂，因此虽然不断有电动工程机械的明星产品推出，但整个行业中的电动化存在感不强。目前，工程机械在电动化领域尚无国家标准，企业间形成了各自的技术壁垒，不利于行业的整体发展。因此急需推出相关领域的国家标准，规范统一的试验方法和技术要求，并进一步规范核心零部件的规格尺寸和通讯协议以降低小企业的研发成本和使用成本。并且，统一的标准有助于高校、研发机构和检测机构的参与，助推工程机械电动化技术的发展。同时随着头部主机厂技术的不断发展，也能将成熟技术逐步的外溢，以点带面推动全行业技术的革新。

5发展前景

尽管工程机械在通往电动化的道路上仍有许多的挑战，但存在着更多的是机遇，新能源工程机械是目前工程机械领域最大的蓝海。交通运输部、生态环境部等多家部委均对工程机械的节能减排、绿色发展提出了要求，在未来会有越多越多的港口、市区工地、物流中心要求使用电动化的工程机械。根据博世公司的市场预测，电动工程机械有望在2023—2025年快速增长，预计到2025年电动化工程机械的渗透率将达到25%[4]。随着工程机械电动化进程的不断加快，电动工程机械既需要深化技术革新，又要拓展产业链条，才能在新一轮的技术革命中占领高地。因此，建议工程机械主机厂在未来的发展中关注以下几点方向：（1）联动上下游，打造绿色新产业。工程机械在走向电动化的进程中不仅是对自身技术进行革新，更是要对整个上下游链条进行重塑，包括了用电环境、用电设施及核心零部件等。因此，需要主机厂打通上下游产业链，主动与合作方建立紧密的战略合作伙伴关系。另外，借助着电动化的契机，主机厂可以从单纯的制造型企业走向包含服务的综合型企业，为下游的销售商、购买方提供能源管理、电池租赁等多种服务，多角度降低产品全生命周期成本，凸显电动化的优势。（2）拥抱智能网联，赋能工程机械。当前智能化和电动化是引领“中国制造2025”的两驾马车，电动化是对工程机械动力系统的升级，而智能网联则是赋予工程机械全新的大脑。在工程机械产品方面，智能网联主要体现在3个方面：1）基于单机集成化操作与智能控制技术，提升产品的操作性能和安全性能；2）基于智能监控、检测及远程故障诊断与维护技术，降低产品的故障率并延长产品的生命周期；3）基于网络的机群集成控制与智能化管理技术，实现大型作业场所的无人化运营。（3）借助电动化东风，走进高端市场。高端市场是每个工程机械企业都渴望占领的板块，而传统的内燃动力工程机械国外产品相对更成熟，拥有一定的技术壁垒。而在此轮的电动化进程中，刚好可以利用我国在三电系统领域积攒的领先优势，借助电动化进程的弯道进行超车，推出高端的电动化工程机械产品，抓住进入高端市场的重要机遇。因此，生产企业要在这轮大革新中，沉下心，打好牌，推出高稳定性、高安全性、高操作性的产品，助力企业走向世界。

6结束语

随着国家层面在电动化方面的不断推广和扶持，相信会有越来越多的企业加入到工程机械电动化的赛道。在发展工程机械电动化的过程中，还应将智能化和轻量化融合到产品的开发中，相信未来电动化、智能化、高端化将是工程机械行业发展趋势，并成为驱动行业长期发展的新动力。同时，各企业要通过团结行业力量，整合上下游渠道，将绿色发展注入到工程机械的开发理念中，以技术创新带动产业变革，推动工程机械与社会环境、自然环境更为和谐的相处。

参考文献

[1]郭锐，韩彪，张淼.浅析工程机械新能源应用现状与发展趋势[J].工程机械与维修，2019（4）：3.

[2]HJ1014—2020非道路柴油移动机械污染物排放控制技术要求[S].

[3]张海霞.备战“国四”工程机械动力系统再升级[J].建筑机械化，2018（12）：16-17.

[4]杨艳丽，王大宇，孟凯.工程机械电动化未来可期[J].建筑机械，2021（6）：3.

作者：王豪 单位：厦门市产品质量监督检验院