传统上,拖拉机和其他用于农场和建筑工地的设备依靠噪音大、肮脏的柴油发动机。但是，这种情况正在开始改变。各种各样的制造商都在推出电池驱动的机器，它们既节能又强大，同时又安静、环保。

人们对汽车排放标准的态度正在转变，这正引导着向电动传动系统的演变，因为小型农场关注可持续性，而大型市政当局开始要求在国有基础设施项目中使用零排放的电动汽车。

电动设备的另一个好处是操作环境安静得多，使下一代机器能够部署在人口密集地区或内部空间，比目前产生的干扰小得多。

更安静的操作可以延长重型设备的使用时间和地点。它还使操作人员的体验更加愉悦，同时提高了工作现场的沟通和操作效率。

电动拖拉机的另一个好处是它们能够在每个运行速度下提供瞬时扭矩和峰值扭矩。相比之下，柴油动力的机器必须让发动机闲置，直到有足够的动力来提升负载。

除了Monarch Tractor和旭电(Solectrac)等初创公司外，从爱科(AGCO)到沃尔沃建筑设备(Volvo Construction Equipment)等传统行业巨头也在投资数百万美元开发电池动力机械。卡特彼勒(Caterpillar)、康明斯(Cummins)和道依茨(Deutz)等柴油发动机制造商也在加强他们的电动汽车研究。

今年早些时候，迪尔公司(Deere & Co.)收购了克雷塞尔电气公司(Kreisel Electric Inc.)的多数股权，后者是浸入式冷却电池技术发展的领先先驱。这家奥地利公司生产高密度、高耐用的非公路应用电动电池模块和电池组，最近开发了一个大功率充电基础设施平台。

John Deere Power Systems高级副总裁Pierre Guyot表示:“Kreisel的电池技术可以应用于迪尔的广泛产品组合，在我们扩大电池电动汽车产品组合时，(其)市场经验将使(我们)受益。”“建立电气化产品组合是约翰迪尔可持续发展目标的关键，该目标是追求新技术，减少新产品对环境的影响，并努力实现设备上的零排放推进系统，同时提高客户的效率和生产力。”

CNH工业是农业和建筑设备的领先制造商，拥有CaseIH、New Holland和斯太尔等热门品牌，在利用电力传动系统技术方面也走在前列。

凯斯建筑设备公司的工程师最近开发了一种电动反铲和挖掘机。580 EV反铲挖掘机由480伏，90千瓦时(kWh)的锂离子电池组提供动力，可以持续使用8小时。CX15 EV是一款2900磅重的小型挖掘机，由一台16千瓦(kW)电动机和21.5千瓦时的锂离子电池提供动力。

Case Construction equipment全球紧凑型设备产品线总监Eric Zieser表示:“我们现在的目标是进一步将电气化和替代推进扩展到其他产品线和市场，这些产品线和市场也将从这些与可持续性和性能相关的进步中受益。”

根据IDTechEx最近进行的一项分析，电动工程机械的最终目标是全电动系统，完全取代液压系统，使用电动执行器和驱动电机。提高动力系统的效率也至关重要。

目前几乎所有的电动建筑机械都用电池和电动机取代了柴油发动机，但仍然采用标准的液压系统，其效率只有30%。为了解决这个问题，博世力士乐和丹佛斯等供应商正在开发数字液压技术，以提高动力系统的效率，降低能源消耗，从而可以使用更小的电池来完成同样的工作。

进入工作区域

另一家走在非公路电动汽车机械前沿的公司是沃尔沃建筑设备。其不断扩大的电动挖掘机和轮式装载机产品组合设计用于与等效柴油机械相同的应用。它们更适合于目前存在噪音、废气排放或振动问题的环境，如室内拆除、农业或食品加工应用。

沃尔沃建筑设备电气和电子系统首席工程师和电动移动专家Ahcène Nedjimi解释说:“在大多数工地，电动建筑机械的发动机噪音少，从安全角度来看是一个优势，因为它可以更好地与现场工人之间进行沟通。”“我们从紧凑型机器开始，因为这是需求的起点。然后我们将转向中型、大型和重型建筑设备。”

目前，沃尔沃CE的电气设备系列包括三款紧凑型挖掘机——ECR25 electric、ECR18 electric和EC18 electric，以及两款紧凑型轮式装载机——L20 electric和L25 electric。这种机器采用全电动电源，但使用液压缸和泵。

根据应用类型和工作循环强度的不同，用户只需充电一次，就可以操作电动轮式装载机长达8小时的工作时间。EC18拥有长达5小时的连续运行时间，而ECR18的特点是长达4小时的运行时间。此外，机器在所有驾驶条件下回收能量，同时使用电力驱动系统的制动功能。

为了满足耐久性要求和恶劣的操作条件，该设备已成功地在14至104华氏度的温度范围内进行了测试。去年，沃尔沃CE还在瑞典哥德堡推出了一个电子工场，在苛刻的城市环境中测试电机在不同任务中的特定要求。

与此同时，一款电动机器管理应用程序将于今年以测试模式发布，它将为客户提供机器的远程信息。这一功能使用户能够远程监控机器的电量、充电状态和位置。

“我们的客户一直在推动我们加快电气化进程，”Nedjimi说。为此，我们已经与三星建立了电池合作伙伴关系，并开辟了新的业务领域来处理充电系统，以加速电气化进程。”

Nedjimi表示，电气化是该公司到2040年实现价值链温室气体净零排放目标的下一步。沃尔沃电气也在考虑生产自己的电池，这是沃尔沃与三星建立合资企业的目标之一。

“Go Electric项目始于2019年，当时我们决定所有紧凑型装载机和挖掘机必须是电动的;不再有柴油，”Nedjimi解释道。“到2030年，我们30%的销量应该是电动的。”

着眼于未来，沃尔沃CE还开发了EC230大型挖掘机原型机。尽管这款机器还没有商用，但它标志着该公司首次将大型挖掘机作为客户试点进行电气化。这款机器由沃尔沃在韩国的工厂设计和制造，以适应更广泛的亚洲客户群体，它将由中国和韩国的客户进行测试。

除了提供各种电动汽车选择外，沃尔沃电气还在开发强大的充电基础设施。它目前提供不同的快速充电器选择，包括9.6 kw的室内快速充电器和17.3 kw的户外快速充电器，专为野外使用而设计。

Nedjimi说:“对我们的客户来说，不仅要有汽车，还要有充电的方法，这非常重要。”“否则，这对他们来说是不可持续的。我们也在处理电池回收问题。有很多事情要做。”

为电力革命播下种子

电动机械也慢慢出现在农业设备领域。小型、低马力拖拉机已经开始转向电池。但是，随着电池密度和性能的提高，这项技术最终将被应用在更大的机器上。

爱科公司生产的拖拉机品牌包括挑战者、芬特、梅西·弗格森和瓦尔特拉。爱科公司工程高级副总裁Kelvin Bennett说:“几年来，我们一直在积极开发概念验证车型Fendt e100 Vario，我们致力于将其推向市场。”“这将是我们在农业领域首次涉足电动领域，我们绝对看到了它的市场。

贝内特指出:“我们在农业领域看到了两种变化。“一种是转换设计，基本上是将现有拖拉机转换为电力驱动。这允许你使用工具，如前置或后置附件，而不需要大量的资本投资。第二阶段是专门设计一种轴上装有电力驱动的机器。”

芬特e100运动传统的无级变速变速器与电池电动马达以及电动辅助。附件由完全液压或动力起飞(PTO)驱动，但也可以一次以高达150千瓦的电力运行，这意味着现有设备可以连接到车辆上。前置设备，如铲子，也可以液压驱动，电动或由PTO驱动。

Bennett说:“我们内部有一个电气化小组，他们开发了一些可以在其他平台上重复使用的模块。”“我们正在打造所谓的长期耐用可靠性;我们希望确保他们在所有条件下都能在所需的时间内取得成功。”

班尼特还表示，制造业和供应链准备工作的一个组成部分需要解决。他指出:“处理和储存电池与发动机不同，需要一些资本基础设施来支持，无论是在我们的装配线还是在我们的工厂。”

工程师们必须解决的其他挑战是高负载系数(特别是地面牵引拖拉机)、低闲置时间以及灰尘和其他环境因素的持续存在。

“你在与雨作斗争，你在与冬天作斗争，”贝内特说。“农业有非常季节性的应用。有一个主要的种植窗口，有一个有限的时间，你需要能够通宵工作。能够在偏远地区为这些车辆充电也是一个挑战。”

更少的部件，更低的维护成本

电动农业和建筑设备的主要优点之一是电池、电机和其他部件几乎是免维护的。

Gartner公司分析师佩德罗•帕切科(Pedro Pacheco)表示:“这类车辆的电气化将大幅降低维护成本。更少的维护也意味着更少的停机时间，这是极其重要的。”

到目前为止，政府监管机构还没有大力推动向电动机械转型，这与汽车行业所经历的压力不同。然而，工业设备制造商将能够采用许多已经为汽车和卡车应用开发的电动汽车技术。

爱科集团的贝内特表示，汽车行业是零部件规模最大的行业，这是控制成本和减少研发投资所必需的。

贝内特解释说:“客户的拥有成本是关键。“需要有一个有吸引力的产品成本，除非有一些大规模的补贴，而目前大多数地方都不存在这种补贴。我们依赖于汽车行业的发展，部分原因是为了扩大零部件的规模，使我们能够为客户提供合适的成本基础。”

除了零排放，电动马达还提供即时扭矩。对于农用拖拉机来说，牵引力是关键，电池的额外重量成为了一个优势。

“在几乎所有其他电动汽车中，电池重量都是最大的问题，”创业公司旭电(Solectrac)创始人兼首席创新官史蒂夫·赫克科克思(Steve Heckeroth)说。这家公司开发了一系列适用于轻型农场和葡萄园的电动多功能拖拉机。“然而，在拖拉机上，你需要重量来牵引力。没有比这更好的电动汽车了，因为电池重量是一项资产，而不是一个问题。”

Solectrac提供了几款机器，首先是e25，这是一款紧凑型电动拖拉机，使用22千瓦时的电池组可运行3至6小时。另一端是e70N。这台70马力的机器专为重型作业而设计，通过60千瓦时的电池充电一次可工作长达8小时。

除了扭矩，Heckeroth称使用电动动力系统的主要好处是易于操作。这意味着更低的维护成本、更安静的操作和更低的运营成本。

Heckeroth指出:“电动马达只有一个活动部件，而柴油发动机有300到400个活动部件，其中很多都需要润滑和维护。”“对于电动马达，如果有维护的话，十年一次;这只是两个轴承。”

Solectrac的车辆可以通过与车主的太阳能电池阵列一起工作的逆变器进行充电。此外，当电网出现故障时，可交换电池组可以作为电源。

Heckeroth指出:“现在柴油燃料的价格正在飞涨。”“这是一种非常不稳定的能源，它不会永远持续下去。我们知道它的成本会上升，而太阳能是目前最便宜的电力来源，而且它一直在变得越来越便宜。”

向全电动汽车迈进

虽然Solectrac正在向全电动运营迈进，但其机器目前使用电动机来驱动液压泵。

Heckeroth说:“我们试图让第一批拖拉机尽可能接近柴油版本，这样当司机坐在座位上时，一切都是熟悉的，他们不需要学习任何新的东西。”“但是，随着我们向前发展，我们将更多地进入电力时代。”

Heckeroth认为使用纯电动设备效率会更高，因为液压系统效率非常低。

Heckeroth解释说:“我们在其中一台拖拉机上使用了线性加速器，它的效率比液压效率高10到20倍，因为当你推动流体通过管道时，会产生大量摩擦和热量。”“另一方面，如果使用正确的传动装置，电动马达可以非常小，可以举起数千磅的重量。”

在葡萄园中使用的一种应用是应用于前保险杠上的修剪器附件，以切割葡萄藤。它目前由液压马达驱动，需要一个带散热器的大型液压泵来冷却它，再加上到处都是水管的“意大利面碗”。

Heckeroth说:“我们把这些转换成电力，然后我们只需要连接几根电线，它就能做同样的事情，但效率是原来的10倍。”“这类事情将产生巨大的不同，我们可以用拖拉机上有限的电池容量做更多的事情。”

Gartner的帕切科补充说:“电池的耐用性仍然有其局限性，但它正在以非常快的速度改善，以至于你可以在很长一段时间内使用电动传动系统，而无需更换它们。”“耐久性是降低维护成本的另一个关键方面，进而提高运营优势。”

斗山山猫公司(Doosan Bobcat Inc.)的工程师们开发了包括e10和e20微型挖掘机在内的几种以电力传动系统为特色的紧凑型机器。今年早些时候，该公司推出了一款全电动紧凑型履带装载机。T7X是第一个完全消除所有液压和部件的机器。它提供了与传统柴油动力机器相同的动力和性能。

这款电动拖拉机配备了62千瓦的锂离子电池，运行时零排放，降低了声音水平，限制了振动，降低了日常运营成本。它的电源管理系统经过编程，可以感知负载何时增加，并在不需要时自动断电，以保持总能耗并延长机器的运行时间。

传统的液压元件已经完全被一个由电动气缸和电动驱动电机组成的驱动系统所取代。这台机器也只使用了一夸脱的环保冷却剂，而其柴油液压等效产品需要57加仑的液体。

全电动平台可在任何运行速度下提供瞬时功率和峰值扭矩。操作人员不再需要等待标准液压系统建立动力。

斗山山猫加速经理贾斯汀•奥德加德(Justin Odegaard)表示:“我们一直朝着这个方向努力，因为我们认为，如果我们只是用电池组更换发动机，(由于)液压系统的总体效率低下，我们根本达不到所需的运行时间。”“这确实是一个巨大的推动，使我们走上了全电动的道路，而不仅仅是电力驱动。”

该公司在T7X项目上与两个主要合作伙伴合作:Green Machine, Viridi Parente的一个部门，为建筑设备制造行业特定的坚固电池组，以及Moog Inc.，专门从事所有类型的动力驱动。

绿色机器电池提供长达四个小时的连续运行时间，在间歇使用期间可以运行一整天。电源管理系统经过编程，当负载增加时可以感知，在不需要时自动切断电源。这有助于节省总能源消耗，延长机器的运行时间。

运动控制组件和系统开发商穆格(Moog)为斗山山猫提供了用于提升和倾斜功能的电动执行器，这些执行器通常位于气缸所在的位置，此外还为动力传动系统本身提供了电机。

Odegaard解释说:“这不是我们自己想要走的路。”“我们是柴油和液压方面的专家，电动对我们来说当然是新鲜事物。”

由于减少了零件、组件和液体，定期维护和维修成本大大降低，维护和维修损失的工作时间也大大减少。

奥德加德指出:“当你抬起驾驶室时，你会惊讶地发现电动和柴油发动机之间的差异。“电动版本只有几根电线之类的东西，而电动版本则有几十根软管、管道和阀门。当没有所有这些连接点时，就没有了液压泄漏的可能性，也就没有了柴油泄漏、机油泄漏或液压泄漏的威胁。”

Odegaard称，降低噪音是另一个关键好处。这台机器几乎是静音的，这意味着不需要关闭机器就能与驾驶室外的人交谈，车辆振动也几乎消除了。

奥迪加德说:“在没有发动机的情况下，几乎不可能制造出一个完全平稳、没有任何振动的发动机，而在这里，机器中的振动大大降低了。”“这些都是运营商会注意到的大问题。”

斗山山猫的工程师们还开发了用于特定任务的全电动附件，包括用于挖洞的电动螺旋钻、用于清扫的角度扫把、用于抓取和握住材料的抓斗。使用全电动系统，操作员在机器如何运作方面有更多的选择。

Odegaard指出:“如果他们想要非常快速和反应迅速，他们可以做到，或者如果他们想要更柔和的控制来做一些真正精细的工作，这个系统也很容易做到。”

开发团队能够根据过去在柴油液压机上所做的工作设计控制软件，并进行调整。

Odegaard解释说:“虽然整个平台的控制系统显然是全新的，但控制升降臂和履带移动的控制系统是柴油-液力机软件的改进版本。”

斗山山猫还将提供以电池为动力，但保持传统液压系统的挖掘机。

奥迪加德说:“电动汽车并不是我们唯一关注的东西。“就像其他人一样，我们需要密切关注这些替代能源技术的发展。未来可能会出现其他更有吸引力的机会，比纯电动汽车更有意义。”

奥德加德还看到了电池在能量密度方面的进步，这可以让未来的机器连续运行更长的时间。目前，该公司专注于那些认为4小时的工作窗口就足够了的客户。

奥德加德指出:“我们现在可以很容易地给这个东西加更多的电池，让它能运行6个小时。”“但是，我们将从我们现在的位置开始，然后从那里开始。

“[越来越多的承包商]需要能够满足这些要求，获得碳中和和绿色能源类型的信用，”Odegaard补充道。“当你有一个希望尽可能环保的大型建筑工地时，你有一个希望能够在这种情况下投标的承包商，他们将愿意为产品支付溢价，这样他们就可以满足这些投标要求。

Odegaard说:“我们知道物体移动的速度，当时有多少电流，以及物体的位置。”“从整体机器智能的角度来看，我们可以收集更多的数据，然后反过来让操作人员的操作更好。”

像特斯拉一样的游戏规则改变者是需要的

在汽车行业，特斯拉的迅速崛起，加上汽车排放法规的迅速转变，推动所有汽车制造商转向电动汽车，但与此不同的是，迄今为止，农业和建筑行业缺少一个主要的颠覆者。

Gartner的帕切科表示:“目前还没有人说，‘我们将开发一款完全专注于电动汽车技术的机器。’”“这在工业机械领域还没有(发生)。一旦开始，你将看到汽车成本和性能方面的重大突破。”

帕切科警告说:“许多设备制造商可以向汽车制造商学习，但与此同时，如果你是一个领先的参与者，你对颠覆的兴趣就会比挑战者小得多。”“在这种情况下，一家公司会问自己，当它可以在内燃机方面取得非常好的成绩时，为什么还要为电动汽车战略而烦恼。这将是这个领域的困境。”

斗山山猫(Doosan Bobcat)的奥德加德(Odegaard)承认，在投资T7X这样的产品时，人们有很多犹豫，因为人们知道，只要他们存在，就有另一种他们知道有效的做事方式。

Odegaard问道:“你如何测试地面，看看这样的东西是否有市场?”“我们预计T7X不会在未来几年内起飞并取代我们所有的柴油液压机。在这一过程中，我们也有很多东西要学习。这还不是百分百成熟的技术。

“技术会变得更好，”奥德加德预测。“尽早进入确实有助于我们一路学习，同时也能满足那些现在就在寻找东西的客户。”