专用电动传动系统组件确保性能和效率

为电动汽车开发组件可以确保它们能够处理应用程序的特定性能需求。

eTRAC传动系统旨在实现与传统传动系统相同的输出。
eTRAC传动系统旨在实现与传统传动系统相同的输出。
ZF Friedrichshafen AG

随着重型车辆和设备行业继续推进进一步的电气化,能够实现电力推进的新型传动系统组件正在进入市场。

例如,丹佛斯Editron最近推出了一款全电动轮式装载机系统.该公司在宣布该系统时表示,电动和混合动力机器的需求不断增长,可以帮助世界各地的公司、城市和国家实现二氧化碳(CO2)和减排目标。

该系统采用EM-PMI375-T800电机,转速范围高达4000 rpm,并采用同步磁阻辅助永磁技术。它还包括EC-C1200-AFE350 DC/AC转换器和DC-DC转换器。这种配置使650V电池提供直流电压,然后倒转到交流,以控制牵引电机。其他子系统也可以从直流链路电压操作。该公司表示,其系统旨在在所有系统状态下提供更高水平的性能和更高的效率,同时将能耗降至最低。

丹佛斯Editron电动轮式装载机系统采用EM-PMI375-T800电机,转速范围可达4000 rpm,并采用同步磁阻辅助永磁技术。 丹佛斯Editron电动轮式装载机系统采用EM-PMI375-T800电机,转速范围可达4000 rpm,并采用同步磁阻辅助永磁技术。 丹佛斯Editron

不断增长的全球人口和城市化进程也将有助于推动电气化。ZF Friedrichshafen AG非公路系统产品传播主管Alexander Eisner表示,建筑行业将更加关注城市中心的基础设施和住房项目,这要求使用符合减少废气、颗粒物和噪音排放标准的设备,尤其是紧凑的设备。

此外,他说,世界上许多城市已经宣布在未来几年禁止使用某些内燃机,这将限制某些类型的设备进入市中心,特别是那些由柴油发动机驱动的设备。正因为如此,采埃孚,像许多其他制造商一样,继续为电动机器开发新的组件,如eTRAC传动系统2020年初推出。

Eisner表示,传动系统可以在48-650V的不同电压水平上运行,以确保特定应用的正确性能。它由一个电力驱动单元、前后轴、电力电子设备和一个控制单元组成。他表示:“(它)实现了与传统传动系统相同的输出,而不会影响牵引力和最高速度等性能因素。”

第一个版本已经在欧洲市场推出紧凑型轮式装载机。Eisner表示,这种紧凑型轮式装载机的传动系统采用了专门为该应用开发的电动机和变速器,该应用使用了传统紧凑型轮式装载机的实际测量数据。他说:“这可以提高循环效率,并且避免了组件负载减少(降额)的需要,这意味着性能上没有任何妥协。”

设计时要考虑电气化

当重型电动汽车刚开始开发时,许多必要的部件和设备还没有开发到与传统产品相当的水平。正因如此,人们对现有的产品进行了很多实验;艾利森传动公司电气化业务首席商务官Alexander Schey表示,虽然这些早期的系统可以工作,但它们并不一定在包装、性能和效率方面进行了优化。

正因为如此,该行业已经转向了更加定制化和专用的解决方案。这样做可以确保正在开发的组件能够更好地满足电动汽车的特定性能需求。

在电气化方面,效率是需要考虑的最大因素之一。他解释道:“与传统汽车相比,电动汽车的效率具有巨大的影响,因为它影响到电池组的尺寸、成本和重量,而电池组是汽车上最大、当然也是最昂贵的成本组件。”“因此,如果你能够将效率提高10%,你就可以相应地减少电池组的尺寸、成本和重量。”

Schey说,这就是为什么专门为电动汽车开发动力传动系统组件非常重要。这样做可以让制造商设计出与传统动力汽车不同的部件。他说:“制动等辅助系统的电力驱动可以显著提高效率,而不是通过电力起飞。”

此外,他还表示,由于电动发动机与内燃机的运行方式不同,因此可以在更大的扭矩和速度范围内进行优化,以实现效率最大化。考虑使用的较高电压范围也很重要。在开发系统时考虑这些因素有助于提高整体效率。

汽车行业已经转向了更加定制化和专门制造的解决方案,以确保零部件能够满足电动汽车的特定性能需求。 汽车行业已经转向了更加定制化和专门制造的解决方案,以确保零部件能够满足电动汽车的特定性能需求。 Allison传输

Allison传输的全新eGen Power 100D电动车轴特点是两个电动机并联使用,为车辆提供动力。Schey说,这个系统的不同之处在于电机与车轴是同轴的,本质上,从一个轮子到另一个轮子的车轴线,电机轴的方向是相同的。他解释说:“这比传统的轴更有效地传递能量,因为传统的轴是90度角。”“仅这一项就可以节省3-5%的能源。”

除了安装在底盘上的逆变器外,该系统的所有组件都位于一个中央外壳中,Schey说,这为电池或车上的货物留下了更多的空间,从而提供了包装上的优势。

戴姆勒没有用电动机取代柴油发动机,也没有继续使用通常的传动系统和传动系统,而是选择为其Freightliner eCascadia设计一款合适的电子轴。在ACT虚拟活动的网络研讨会上,该公司表示,这样做有许多优势。电动车轴由该公司柴油卡车的可靠部件——车轴外壳、车轴和轮端——以及新开发的电动车架组成。

戴姆勒表示,这款电动车架装有电动马达和电动车轴的传动部件,提供了一个紧凑的包装,非常适合电动卡车。采用了高性能电机,以确保足够的驱动性能,同时也允许在操作过程中最大限度地回收能量。该公司表示,这提高了车辆的整体能源效率,并使司机能够获得更大的行驶里程。 采埃孚eTRAC传动系统的中央驱动器,该系统可以在48-650V的不同电压水平上运行。 采埃孚eTRAC传动系统的中央驱动器,该系统可以在48-650V的不同电压水平上运行。 ZF Friedrichshafen AG

电动车轴的模块化设计使其能够部署在戴姆勒的各种电动卡车车型上。其模块化也使其能够适应各种应用程序的不同性能要求,以满足客户的特定需求。

行业需求必须得到满足

Hyliion首席执行官Thomas Healy表示,这是行业中一个独特的时代,因为每个人都知道电气化即将到来,但客户正在努力找出最适合他们的解决方案。他说,在长途卡车市场上,车队有三种选择——全电动插电、氢燃料电池等Hyliion的超级卡车ERX(电动增程器)这是一辆全电动卡车,使用天然气为电池充电。

在车辆的前部是一个压缩天然气(CNG)动力发动机,用于为卡车电池充电的车载发电机提供动力。电池足够大,可以提供长达25英里(40.2公里)的全电动操作。在卡车的后面是一组由全电动传动系统驱动的传统车轴。Hyliion首席技术官Patrick Sexton表示,安装了该系统后,Hypertruck ERX可以提供超过1,000英里(1,609.3公里)的续航里程,并且可以24小时运行。这些功能有助于消除车队可能存在的任何里程焦虑,这是公路车辆普遍存在的问题。

塞克斯顿指出,该系统使用了许多经过验证的技术,为舰队提供了一个向前发展的选择,具有较低的总拥有成本,可靠的航程和有效载荷能力,而不影响性能。该公司已与Dana Inc.合作,为该系统提供电动机、逆变器和车轴技术。这次合作通过将一个熟悉的全球品牌与Hyliion的技术相结合,为车队提供了额外的舒适感。它向车队保证,他们正在获得一个强大的和经过验证的系统,满足他们的应用需求。

希利说,超级卡车ERX对于普通车队运营商来说是一个实用的选择。电动插件适用于不需要更大电池且充电机会更频繁的本地配送应用。虽然氢燃料在长途运输领域显示出潜力,但燃料补充的基础设施尚不完善。他说:“与所有其他解决方案,甚至是柴油相比,目前CNG有能力拥有最低的燃料成本,目前全国有近700个加油站。”

CNG或可再生天然气(RNG)也可以与该系统一起使用,每加仑柴油当量的价格不到1美元,“因此有很强的成本机会,”希利说。“从我们的角度来看,Hyliion超级卡车ERX解决方案是一种非常实用和现实的方式,可以在我们努力实现更可持续的未来的同时,推动当前的电气化进程。”

超级卡车ERX可以提供超过1000英里的续航里程,并且可以24小时运行。 超级卡车ERX可以提供超过1000英里的续航里程,并且可以24小时运行。 Hyliion

Inmotive公司首席执行官兼总裁Paul Bottero表示,该公司的Ingear变速器可以用于传统动力汽车,但它特别适合电动汽车,因为它提供了三个关键优势——高效率、低设计成本和平稳换挡。他说,如果电动汽车传动系统不能提供所有这三个好处,那么就会倾向于使用单速系统。他指出,虽然单速系统适用于许多应用,但该公司认为双速系统是电动汽车变速器的未来选择,因为它们可以提供高水平的效率。

他说,大多数电动汽车使用单速变速箱,然而,为汽车配备Ingear变速箱可以降低成本、延长行驶里程、提高加速时间、公路通过能力、最高速度和爬坡能力。

通常情况下,电机和车轮之间有两个减速齿轮,车轮每转一圈,电机就转动约9次。Ingear用连续链传动和变形链轮取代了第二减速齿轮。换挡时,执行器在车轮的单次旋转中引导链轮段到位,有效地增加或减少传动比。Ingear专利的几何形状使电机和车轮保持同步,在整个换挡过程中实现连续的扭矩流。通过使传动系统在低齿轮和高齿轮的能力下更有效地运行,更少的能量浪费,从而使每次充电的范围更大。同样地,即使是在减速的时候,回血也会得到改善并且是持续的

博特罗说,该公司新型Ingear双速变速器设计时就考虑到了电动马达。传动采用链传动设计,没有任何离合器或电源断开,换挡平稳,效率高。“与其他有离合器和额外啮合齿轮的系统相比,我们的损失更低。这些较低的损耗等于(公路上的)电动汽车的续航里程更长,或者在非公路设备上有更好的负载循环,因为你有更多的电池寿命。”

Bottero指出,变速器提供的连续扭矩也有利于非公路设备。由于没有离合器,即使在换挡过程中,变速器也能提供持续的动力,使车轮与电机持续接合。“这意味着,如果一辆满载的卡车在土路或砾石路上上升一级,并试图换挡,断开电源将是一个问题。有了Ingear变速箱,我们可以让车辆在不损失任何动力的情况下继续提升等级,并能够根据需要提供更大的扭矩,或者根据情况需要提供更高的速度。”

Ingear并不是“一刀切”的技术。其设计的灵活性使原始设备制造商能够根据特定车型定制技术的尺寸和规模。虽然最初的开发主要集中在乘用车市场,但该技术可以适用于广泛的车辆,包括商用、非公路和燃料电池应用。

艾斯纳表示,采埃孚利用其在电动叉车和其他电动移动应用方面的经验,开发电动非公路设备的组件。他说,该公司发现,在其电动机和电力电子设备上使用液冷可以确保在工程机械应用中的持久性能。

他说,为了充分利用新eTRAC系统电动机的特殊性能,采埃孚为该系统设计了一种新的高速变速器。这有助于确保为客户提供最佳性能。此外,该系统是模块化的设计,这使得它很容易定制各种应用程序和机器的需求。

艾斯纳说:“从长远来看,该技术也可以适用于其他工程机械应用,如挖掘机、现场翻斗机、遥距搬运机和中型轮式装载机等大型机械。”“由于可再生能源,能源密度增加,价格持续下降,能源生产成本降低,电池将成为越来越多应用的主要能源。”

随着电动汽车和电动设备应用数量的扩大,驱动它们的技术也会随之发展。

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