（接拖拉机无级变速技术发展及展望（二））

三、电动拖拉机技术的发展

早在拖拉机出现以前，人们就探索采用电动机来驱动绞盘，由绞盘上的钢丝绳拖带各种农具进行田间耕作，也称电犁。这是电驱动技术在农业耕作领域的早期应用。

在拖拉机发展的历史上，人们也尝试使用电池技术作为拖拉机的动力。但由于电池的续航能力、可持续性和经济性，制约了电驱动拖拉机产业化。最早的电动拖拉机是1912年由西门子（SIEMENS）公司生产的。它采用外供电源模式，具有36.8kW（50hp）输出功率。之后西门子（SIEMENS）公司又推出了2.9kW（4hp）电动拖拉机，采用电网供电方式。

随着电驱动技术的不断进步，以及各国逐步加强对内燃机环保及排放的要求，电驱动拖拉机技术又重新逐渐进入了人们的视野。电驱动技术由于其传动比控制更方便、能量传输损耗小、维护/维修成本低、噪音低和更环保等原因，更有望实现对无级变速等高端拖拉机的替代。

图8：不同类型电驱动技术的效率

电驱动技术总体上有着较高的传动效率。具体地，异步电机在很宽的转速范围内均可达到85%以上的效率；永磁同步电机在低速状态下具有更好的峰值效率，但高转速下效率下降很快；磁阻电机则可以在高速工作条件下提供更高的效率。

电池技术、快速充电技术和高电压下的安全性是制约电驱动拖拉机的关键因素。例如：对于一台功率为100 kW的电驱动拖拉机，如果电流为200A，则需要500V以上的电压。在如此高的电压下，安全防护的标准和成本都将明显大大提高。

近几年来，国内外拖拉机企业加快了电驱动拖拉机探索，并开发了各自的样机。2017年2月，在法国农牧业展览会(SIMA)上，约翰迪尔(JD)推出世界首款纯电动拖拉机SESAM，这款拖拉机配备两块功率分别为130 kW的锂离子电池；行走、PTO分开实现供电；采用无级变速，最大输出功率294.2kW（400hp）；可持续作业4小时或55千米，充电时间为3小时。

图9：约翰迪尔SESAM纯电动拖拉机

2017年11月的汉诺威农机展(Agritechnica)上，芬特(Fendt)e100纯电动拖拉机首次曝光，这款拖拉机与约翰迪尔(JD)SESAM理念相同，动力均为锂离子电池供电。e100拖拉机标准动力为50kW(68hp)。其供电电池为650V、100kWh的大容量锂离子电池。作业时间能够达到5小时，而充电80%的时间更是可以缩短到40分钟。除了可配套传统液压农具外，e100的输出部位还提供两个AEF兼容电源插口，可兼容电动农具。

图10：芬特(Fendt)e100纯电动拖拉机

相对于纯电动方案，燃料电池有望解决电驱动技术续航能力差的问题，但目前氢燃料在制备成本、储存安全性等因素制约了其广泛应用。纽荷兰推出的氢燃料电池拖拉机NH2TM，拖拉机从燃料电池中获得电能然后传递给一台106hp的电动机以驱动拖拉机。凭借NH2TM氢动能拖拉机，纽荷兰在2009年度摘取了SIMA创新技术金奖。但是NH2TM每次充满氢气后只能跑一个半到两小时，而且价格非常昂贵。

图11：纽荷兰（NH）氢燃料电池拖拉机

近年来，国内拖拉机企业开始着手进行电动拖拉机探索。2012年，中国一拖与美国通用电气公司(GE)签订电动拖拉机合作协议就电动拖拉机关键技术进行合作。美国通用电气公司（GE）在电器(电机、电控、电池等)系统集成和系统优化、电动拖拉机系统仿真、控制策略方面提供技术支持，共同搭建电动拖拉机原型机。

2018年，中车大连电牵公司与明斯克拖拉机厂(MTZ)合作研发的混合动力拖拉机系统亮相中车科技成果鉴定会。这款拖拉机采用“柴油机+电传动”技术，以柴油机做为动力源，串联电传动系统，实现了一定范围内车速、扭矩无级调节。其技术路线：发动机+发电机+电力转换（AC/DC）+直流电动机+机械后桥，所用发动机350马力柴油机，系统母线电压840V。该机型为电动拖拉机的发展进行了有益的探索，但未转化成商品。

图12：中车大连电牵公司与明斯克（MTZ）合作开发的电驱动拖拉机

洛阳智能农业装备研究院开发的“超级拖拉机1号”中马力拖拉机，尽管是一款概念机，但其无人驾驶、智能控制、电驱动、智能网联系统等概念，将大家带入到一个新的境界。“超级拖拉机1号”的高精度农业地图的路径规划、农机无人驾驶操作系统、产品载荷本地及云平台收集和实时获取产品运行数据等技术方案，为下一代拖拉机打开了广阔的想象空间。

图13：洛阳智能农业装备研究院开发的超级拖拉机1号

随着各种技术逐渐成熟和成本不断下降，电动拖拉机有望逐步形成商品化进入国内市场。由于在无级变速方面的先天优势，首先冲击的应该是无级变速等高端市场，并逐步对传统拖拉机实现替代。

尽管难以预估电动拖拉机大批量商品化的准确时间。但是结合《中国制造2025》、《节能与新能源汽车技术路线图》等资料，按照应用成本进行估算。采用充电桩基准电价、考虑电池成本摊销的状态下，2025年电驱动技术的拖拉机的使用成本将低于柴油拖拉机的使用成本。随着电池能量密度的提升，预计到2025-2030年电池系统将可以初步满足纯电动拖拉机持续工作的要求。当然，纯电动拖拉机在续航能力上与柴油机型拖拉机还有一定差距。

大胆预估，2025年前后电动拖拉机将开始逐步投入小批量商品化生产，并在2030年对现有传统拖拉机市场形成不小的挑战。

（完）