Elektryfikacja pojazdów ciężkich
Europa zwraca się ku ekologicznym środkom transportu, takim jak pojazdy elektryczne, w celu ochrony środowiska i ograniczenia szkodliwych emisji. Jednak przejście na pojazdy elektryczne nie zawsze jest proste. Na przykład pojazdy ciężkie odpowiadają za prawie 40% całkowitej emisji dwutlenku węgla związanej z ruchem drogowym w Europie. Chociaż w elektryfikacji pojazdów osobowych dokonano znacznych postępów, transformacja sektora pojazdów ciężkich jest nadal utrudniona ze względu na znaczne ograniczenia technologiczne. „Przekształtniki energoelektroniczne to krytyczne interfejsy do zarządzania przepływem energii z akumulatora do silnika elektrycznego” — wyjaśnia członek projektu RHODaS(odnośnik otworzy się w nowym oknie), David Lumbreras z UPC(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w Hiszpanii. „W przeszłości takie układy opierały się na półprzewodnikach krzemowych. Jednak pojawiające się półprzewodniki o szerokim paśmie wzbronionym umożliwiają pracę przy wysokich częstotliwościach przełączania przekraczających 100 kHz, wykazując jednocześnie znacznie niższe straty niż ich krzemowe odpowiedniki. Właściwości te pozwalają na budowę przekształtników o wysokiej gęstości energii, idealnych do wysokich wymagań mocy w transporcie długodystansowym”.
Zasilanie dla zastosowań ciężkich i długodystansowych
Finansowany ze środków UE projekt RHODaS miał odpowiedzieć na te wyzwania poprzez opracowanie komponentów przekształtnika energoelektronicznego wykonanych z nowych materiałów, takich jak węglik krzemu i azotek galu. Główną innowacją jest zintegrowany elektryczny napęd silnikowy zaprojektowany specjalnie do ciężkich, długodystansowych zastosowań. „To rozwiązanie integruje energoelektronikę, zarządzanie ciepłem i cyfrowe technologie sterowania bezpośrednio w kompaktowej, modułowej obudowie silnika” — dodaje Lumbreras. „Dzięki połączeniu węglika krzemu ze względu na jego odporność w warunkach wysokiego napięcia i azotku galu ze względu na jego zdolność przełączania z wysoką częstotliwością byliśmy w stanie osiągnąć wyższą sprawność, mniejszą objętość układu oraz zmniejszenie zakłóceń elektromagnetycznych”. Co więcej zastosowanie modułowej architektury przekształtnika zwiększa możliwości naprawy i odporność na awarie, jednocześnie zapewniając skalowalność mocy, co umożliwia dostosowanie tej samej podstawowej konstrukcji do różnych wymagań dotyczących mocy. Może to otworzyć drogę do wielu możliwości komercyjnych w przyszłości.
Od charakteryzacji na poziomie materiału do walidacji
Proponowane innowacje zostały zwalidowane w trzech etapach. Po pierwsze, urządzenia i napędy poddano charakteryzacji na poziomie materiału, aby ocenić naprężenia i integralność funkcjonowania oraz niewrażliwość na szum elektromagnetyczny. Następnie przeprowadzono testy przekształtnika w skali laboratoryjnej. Ostatni etap obejmował pełnowymiarowy zintegrowany napęd silnikowy sprzężony ze skrzynią biegów, zwalidowany w środowisku stanowiska testowego. „Z powodzeniem osiągnęliśmy nasze techniczne kamienie milowe” — mówi Lumbreras. „Ważną lekcją techniki okazała się zaobserwowana niestabilność wczesnych przedseryjnych tranzystorów azotku galu, co wymagało kompleksowego przemodelowania sprzętu w celu zapewnienia stabilności”.
Innowacje dla europejskiego sektora mobilności
Ogólnie rzecz biorąc, projekt z powodzeniem przyspieszył rozwój wysokowydajnych przekształtników energeoelektrytcznych do ciężkiego transportu elektrycznego. Kolejne kroki obejmują skalowanie i dostosowanie modułowego zintegrowanego napędu silnikowego do szerszego zakresu klas pojazdów oraz integrację rozwiązań opracowanych w ramach projektu RHODaS z planami technologicznymi partnerów przemysłowych, takich jak Valeo Siemens. Konsorcjum będzie również kontynuować prace nad doskonaleniem modeli biznesowych zgodnych z gospodarką o obiegu zamkniętym, takich jak „produkt jako usługa” lub leasing, a także cyfrowe paszporty pojazdów (DVP) w celu ułatwienia konserwacji na poziomie komponentów i ponownego wykorzystania. Dokumenty DVP to bezpieczne, oparte na chmurze cyfrowe zapisy całego cyklu życia pojazdu. „Mamy nadzieję, że projekt będzie miał trwały wpływ, czym bezpośrednio przyczyni się do realizacji celów unijnego Zielonego Ładu i poprawy jakości powietrza” — zauważa Lumbreras. „Ustanowienie solidnego europejskiego łańcucha dostaw energoelektroniki pomoże również zmniejszyć naszą zależność od producentów spoza UE”. Projekt RHODaS ponadto z powodzeniem wspierał powstawanie sieci innowacji(odnośnik otworzy się w nowym oknie) między środowiskiem akademickim a przemysłem. Pomoże to wykorzystać wyniki projektu i stale dostarczać europejskiemu sektorowi mobilności najnowocześniejsze technologie i innowacje.
