现状与问题

场地机车为在铁路大线之外的特殊场地内运行的轨道机车，主要用于物流运输、站场调车、员工通勤以及旅游观光等。目前，用量最多的场景主要是钢铁冶炼、石化、煤矿、货场、车站等。

场地机车的工作场景一般不便于架设电力接触网，故多年来，场地机车普遍采用内燃机驱动。内燃机车最大的弊端是：

1. 运营成本高：场地机车一般采用大功率柴油发动机，油耗相当可观。不同吨位的内燃机车满负荷工作情况下，1天燃油费用大约在5000~10000元之间；
2. 运维代价大：内燃机故障率高，需要频繁维护，不仅存在维修、保养成本，而且因维修、保养引起的停运直接影响到生产作业的正常进行；
3. 环境污染大：内燃机排放对环境带来直接污染，这与国家倡导的碳中和与绿色发展的产业方针相违背；
4. 工作环境恶劣：内燃机车驾驶室普遍油污重、环境温度高，对驾驶员构成不良体验，甚至影响健康。

电动化的优势

近年来，随着电动汽车的市场普及，大功率电机驱动控制技术和动力电池技术得以日臻成熟，相关的产业生态业已形成，使得场地机车的电动化成为可能。

场地机车电动化的核心便是用大功率电机替代传统的燃油机，利用动力电池提供动力电源和辅助系统电源，利用智能化集中控制技术实现整车的操控逻辑、电源管理以及安全保护。

电动场地机车相比内燃机机车具有以下五点明显优势：

1. 经济效益高：相同功率下，比内燃机车节省80%左右的费用；
2. 节能环保：无烟尘排放，噪音下降85%以上，绿色环保；
3. 动力强劲：启动牵引力提升约50%、持续牵引力提升约25%；
4. 工作环境舒适：有效隔离粉尘，远离尾气噪音，四季恒温空调；
5. 运行平稳：无级调速，启动时即可实现最大扭矩输出。

可行的电动化方案

武汉智能控制工业技术研究院积极响应国家“新能源、碳中和、绿色发展 ”的产业政策，联合西安美阳新能源开发有限公司及中铁秦岭重工有限责任公司，历时三年时间，应用自主成熟的电动汽车驱动控制技术，成功研发了行业领先的纯电动轨道机车电驱动解决方案。

• 动力电池组

1. 采用宁德时代液冷电动汽车用锂离子动力蓄电池包，容量可根据需要选配。采用液冷设计，提高电池组散热效率，适用高温工况，延长电池组寿命；
2. 电池组标配灭火系统，在险情发生时自动触发；
3. 电池组支持最大400A双枪充电，充电半小时可达80%电量。

• 电机和驱动控制系统

1. 标配300kW永磁同步电机，接驳减速箱。一台电机配一台驱动器，可以实现每个电机单独控制转速及输出扭矩，控制各轴转速同步，各电机输出扭矩平均分配。即使某一台电机或控制器出现故障，剩余电机和控制器仍可正常工作；
2. 优化设计的大功率同步永磁电机，具有效率高、功率因数高、力能指标好、控制精度高等优势，兼具能量回收功能。可以实现转速控制和扭矩控制两种运行模式。采用水冷散热系统，防止电机温度过高引起功率下降、防退磁、延长电机使用寿命。

• 集中控制器

集中控制器集成了整车高压配电箱PDU、动力电机驱动器、空压机驱动器ACM和DCDC（为整车提供低压24V控制电源，同时给蓄电池充电），其优点表现在：

1. 省去了高压用电设备的供电电缆，既节约成本，还有效提高整车可靠性；
2. 节省了设备的安装空间；
3. 便于维护检修。

• 动力电机驱动器

1. 具有过压、过流、过热保护功能和智能故障处理能力；
2. 体积小，重量轻，功率密度大；
3. 可以生成针对特定电机的最大功率校准曲线，实现宽范围的高效率输出；
4. 无电解电容器，硬件更加稳定可靠；
5. 灵活的电机适应和功能配置，宽母线电压范围，可配合各种电机工作。

• 整车控制器（VCU）

1. 整车控制器通过CAN总线连接控制台按钮和智能仪表及其他传感器信号，协调控制下层的各部件控制器如BMS、MCU等的工作；
2. 提供统一的管理、调度、分析和运算，针对车型的不同配置，进行相应的能量管理，实现整车驱动控制、能量回收控制、附件控制和故障诊断等功能。

• 车身控制器（BCM）

1. 车身控制器通过CAN总线获取控制台操控信号，判断接通或者关断相应的负载线路，实时反馈各负载线路工作电流及其工作状态给整车控制器；
2. 同时提供短路保护和断路诊断功能，当负载出现异常时，及时保护供电线路和负载设备；
3. 车身控制器还能快速检测到MOS管的管压降并及时作出反应，有效地避免温升，使MOS管长时间处于保护状态时也不会招致损坏。

• 制动系统

1. 在传统制动系统的基础上，增加电子刹车功能。紧急制动时，驱动电机可以提供大扭矩制动力。利用独有的被动测速轮技术，可以实现打滑制动撒沙、紧急制动防抱死等控制功能；
2. 采用新能源专用无油空压机为主、大流量涡旋空压机为辅双机组方案，配合气路智能控制逻辑，有效降低各机组工作时长和强度，节约能源，大大延长保养寿命，节约人力成本；
3. 采用智能电磁阀设计，可以精确控制制动缸压力，制动力线性流畅。

• 电器系统

1. 提供智能化、人性化驾驶室电器配置。
2. 配备自动大灯、自动雨刷、自动空调、AC220V大功率生活用电、110V对讲机专用电源、车载影像记录仪。全车照明光源采用LED，节能高效亮度大。

• 遥控系统

提供无线遥控操作功能，并具备以下六项亮点：

1. 无遮蔽场景下，遥控直线距离不小于400米；
2. 支持遥控定速巡航，可选巡航速度：3、6、9……30公里/小时；
3. 通过遥控原车大小闸，实现制动操作；
4. 便携遥控器可以实时显示工作状态中的各种运行参数；
5. 无线信号中断时，机车紧急制动；
6. 支持在遥控模式和非遥控模式之间动态切换。

• 充电桩

选用 EVDCY120-2 型一体式直流充电桩，具有符合国标的直流充电口。该充电桩充电性能稳定，保护功能齐全，具有急停保护、过/欠压保护、过流保护、绝缘故障保护、电池反接保护等机制，单双枪自动切换功率。

• 本地和远程监控运维

本地配备数据记录仪（黑盒子），可以记录1年以上的运行工况数据，包括全部运行状况，充放电，各种警告和故障等等。为用户对机车的维护保养提供精准的数据支持。

借助4G/5G通信网络，与云端运维平台相连接，实时上传运行工况数据，平台能主动识别异常，并向用户发送告警信息。 授权用户可以通过网络， 使用电脑或手机，实时查看机车的位置、运行工况、报警信息等，及时对机车进行故障处理、健康诊断、维护保养。