基于混合技术的动力系统优化

将发动机与电子设备或其他部件配对的混合动力系统能够提高效率,并向替代动力机器过渡。

久保田微型混合动力提供了额外的电力提升高达10千瓦。
久保田微型混合动力提供了额外的电力提升高达10千瓦。
日本久保田公司BUEE

混合动力系统正在进入重型车辆的许多方面,包括动力系统。在过去的一年里,包括道依茨(DEUTZ)和康明斯(Cummins)在内的几家发动机制造商都推出了混合动力发动机的设计——通常由小型发动机和电池、电动机等电气部件组成。阅读文章拥抱电力转型来了解更多。

其目的是用替代能源补充传统能源——柴油发动机,以提供更高效、更环保的发电方式。

在bauma 2019上,混合动力发动机系统可以在许多发动机制造商的展台上找到。例如,科勒(Kohler)推出了其最新产品科勒混合能源模块,K-HEM 2504.它结合了一台KDI 2504TCR 55.4 kW (74.3 hp) V级柴油发动机和48V电机,能够提供19.5 kW (26.1 hp)的峰值功率和9 kW (12.2 hp)的连续功率。该公司在介绍新型K-HEM时解释说:“内燃机和电动机的结合使客户能够安装更小的机组,减少排放,但仍然能够应对电力需求的峰值,因为电气组件能够提供高达30%的额外电力。” K-HEM 2504由一台V级柴油发动机和48V电动机组成。 K-HEM 2504由一台V级柴油发动机和48V电动机组成。 科勒发动机

不同的应用需要不同的配置

久保田BUEE(欧洲发动机事业部)介绍了下一代微型混合动力原型车在宝马期间也是如此。它的混合动力由排量较小的发动机和10千瓦(13.4马力)的电动发电机组成,可以帮助发动机为应用提供必要的动力。

该公司表示,它意识到在许多应用中,发动机的全部功率只能在很短的时间内使用。如果马达可以提供这种动力(本质上是只在需要时提供动力),则可以使用较小排量的发动机,从而节省燃料,在某些应用中还可以节省重量。发电机电机还能够积累电力,以便在需要时投入系统的电池中使用,进一步提高效率。

久保田表示,该公司之所以选择使用48V微型混合动力系统,是因为它比其他柴油混合动力系统更安全、更简单。一旦超过50V阈值,就需要几个与安全相关的组件;服务技术人员也需要特殊的认证才能在系统上工作。

该公司的微型混合动力系统具有应用于各种重型设备的潜力,该公司表示,它正在与各种原始设备制造商合作,研究该系统的应用机会。在宝马车展上,该公司在一辆叉车上展示了混合动力汽车,以展示其潜在的应用前景。久保田利用了一种市场上可用的叉车,该叉车通常集成了久保田2.4 L共轨涡轮增压柴油发动机。根据该公司的说法,安装微型混合动力系统只改变了三个部件,证明了将其集成到现有机器设计中的易用性。12伏交流发电机换成了48V电动发电机;此外,还安装了锂离子电池,为发动机提供电能。

发动机将是叉车的主要动力源,电机在必要时提供10千瓦(13.4马力)的额外动力。

Kubota表示,该系统的紧凑性和安装便捷性对原始设备制造商来说非常有价值,使他们能够将该系统适应空间有限的设计,并且无需为了安装微型混合动力汽车而完全重新设计设备。

久保田认为,市场正朝着全面电气化的方向发展,但在未来10年左右,柴油和电动汽车将共存。

帕金斯发动机有限公司在宝马车展上发布了三款混合动力发动机解决方案也一样。电动、机械和液压混合动力系统的功率范围为6-600 kW (8-805 hp),旨在满足特定类型应用的需求。在宝马车展上,该系统被展示在一台55 kW (74 hp)发动机上,其升力为20 kW (27 hp),以提供三种方案之间的直接比较。

电动混合动力系统包括一个用于储能的锂离子电池和一个连接在发动机上的电动发电机,在需要时产生或提供能量。珀金斯公司产品概念市场部的奥利弗·利特戈(Oliver Lythgoe)表示,锂离子电池有能力储存大量能量,随着价格的下降,它正成为一种更具成本效益的解决方案。然而,电池也需要很大的空间。Lythgoe说:“这是一种可行的技术,适合一些人,但空间和成本都有限制,所以它不适合所有人。”具有不可预测负载周期的机器,如远程处理器,很可能受益于使用电力混合系统。

对于机械混合动力,一个高速飞轮被用来储存能量。虽然飞轮很小,也不能储存很多能量,但它释放能量的速度比锂离子电池快得多。Lythgoe表示,由于其快速回收和释放能量的能力,这种机械混合动力最适合具有常规工作周期的机器,比如持续挖坑和倾倒土壤的挖掘机。

珀金斯的液压混合动力系统将能量储存在压缩液压油中。Lythgoe说,因为大多数机器上已经有了液压元件——泵、马达和必要的控制装置——所以很容易在现有架构上进行构建。该系统仅增加了软件和累加器。它将有利于具有周期性操作的机器,如挖掘机和轮式装载机;Lythgoe说,这对挖掘和装载循环尤其有益。 液压混合动力将能量储存在压缩液压油中,并利用机器上已有的许多液压元件。 液压混合动力将能量储存在压缩液压油中,并利用机器上已有的许多液压元件。 珀金斯发动机有限公司

他说,这三种系统各有各的优点,每种技术的成熟程度将决定系统进入市场的速度。

根据Lythgoe的说法,Perkins已经在这些混合动力系统的开发上投入了几年的时间,因为那些为公路应用开发的混合动力系统并不太适合非公路路段。他说:“在建筑中,应用的苛刻程度是非常不同的。”“尤其是灰尘,设备周围的水量,振动,尤其是冲击,都是非常不同的,对于非公路应用来说非常具有挑战性。”

由于珀金斯专注于非公路市场,它可以将自己的专业知识运用到混合动力系统的设计中,更好地帮助OEM客户找到最适合他们需求的解决方案。

Lythgoe说:“目前电动和混合动力汽车的市场非常小,只占整个市场的一小部分。”“但我们知道,每个OEM都希望有自己的战略路径,我们也知道OEM的团队压力很大;他们有很多其他优先事项。”

通过开发混合动力系统,珀金斯正在帮助OEM客户规划他们的替代能源道路。使用混合动力的机器多快投入生产将由原始设备制造商决定,以及何时对他们来说最经济。“业内人士并没有因为可持续性而改变。他们正在改变,因为这在经济上有意义,”Lythgoe说。

去年,沃尔沃Penta宣布会这样做到2021年,为其船舶和工业部门推出电动解决方案.从那时起,作为替代能源之旅的一部分,该公司宣布了一些与原始设备制造商的项目。例如,今年2月,该公司宣布了一项发展该项目由沃尔沃Penta负责设计电动传动系统一辆电动消防车。

罗森鲍尔的电动概念消防车将采用沃尔沃Penta的电动传动系统。 罗森鲍尔的电动概念消防车将采用沃尔沃Penta的电动传动系统。 沃尔沃遍达

对于电动汽车解决方案,沃尔沃Penta首席技术官Peter Granqvist表示,该公司正在与客户密切合作开发产品,以真正了解该技术将面临的挑战和应用。

这个平台将是沃尔沃集团的技术,他说这是一项很好的资产。他解释说:“这是一个很好的基础,然后我们可以调整和适应我们特定的客户需求。”“有一个坚实的基础,以确保你对(技术的)质量和可靠性有信心,这是件好事。

格兰奎斯特说,正在开发的解决方案将因应用而异,没有一种适用于所有系统的方法。“我们希望在我们的集团中有一个基准平台,然后我们将对其进行调整。”

公司的目标是为客户提供完整的系统,成为系统集成商;该公司希望为整个动力系统提供所有必要的部件,包括电机和电池、逆变器和冷却系统。他总结道:“这是我们相信自己能够带来最大价值的领域。”“然后客户就可以专注于他们最擅长的”,也就是设计汽车。

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