Jaki silnik do elektrobusu? Drabpol: Synchroniczny

W autobusach elektrycznych mamy obecnie kilka technologiinapędowych. Dotyczą one zarówno typu silnika: synchroniczny czy asynchroniczny , jak imożliwości jego zabudowy: centralny , w osi i w piastach kół.

Nie ma oczywiściejednoznacznej odpowiedzi, jakityp rozwiązania napędowego wybrać . Przy pojazdach małych do 3,5 tony wybórsystemów napędowych jest dość duży. Przy pojazdach użytkowych wybór ten jestjuż o wiele mniejszy. Dodatkowo trzeba zauważyć , że dla pojazdówużytkowych będą brane pod uwagę inne kryteria. Przede wszystkim kluczowymiaspektem jest fakt, że w większości przypadków użytkownik pojazdów komercyjnychnie wykorzystuje ich prywatnie , jak to ma miejsce przy użytkowaniu pojazdówponiżej 3,5 tony. Zazwyczaj użytkownik taki ma całą flotę takich pojazdów irozpatruje wybór technologii pod kątem takich aspektów jak:

• Magazynowanie materiałów eksploatacyjnych

• Koszty podniesienia kwalifikacji dla personelu obsługującegotego typu pojazdów (kierowcy i personel warsztatowy)

• Łatwość serwisowania i naprawy w wypadku uszkodzenia

• Koszty użytkowania pojazdu

• Koszty infrastruktury

Centralny standard

Jeśli chodzi o wybór silnika, to najbardziej optymalnym ipopularnym rozwiązaniem nadal pozostajesilnik centralny. Szacuje się, że około 90% światowego rynku komercyjnegowykorzystuje to rozwiązanie.

Wiadomo jednak, że znaczącywpływ na ten wybór mają nie tylko preferencje producenta, ale w dużej mierze również życzenieużytkownika końcowego.

Silniki centralne są umiejscowione tam , gdzie do tej porybył zainstalowany spalinowy silnik centralny. Dla personelu obsługującego wygodne jest więc, że oprócz samego silnika , który ze względuna swoją konstrukcję nie wymaga dużych nakładów pracy, reszta konstrukcji samego pojazdu pozostajetaka sama lub bardzo podobna Przypozostałych rozwiązaniach sposób zabudowy jest inny. Personel musi być więcprzeszkolony w zakresie obsługi i procedur postępowania podczas codziennejobsługi tych urządzeń. Oczywiście silniki w piastach lub osi też mają swojezalety. Jedną z nich jest ich umiejscowienie , które pozwala na ograniczenieprzestrzeni potrzebnej do zabudowy w pojeździe.

Synchroniczny i asynchorniczny?

Na polskim rynku autobusów mamy dwa podejścia: Solarisstosuje silniki asynchroniczne, natomiast Ursus – synchroniczne. Wydaje się, żeoperatorzy przywiązują małą wagę do tego, jaki silniki otrzymają, bardziej dlanich liczy się marka i cena, dlatego postawiliśmy wspomnieć tutaj oaspektach technicznych , jakie decydują o wyborze systemu napędowego.Należą do nich :

Sprawność systemu – ten aspekt jest kluczowy w wyborzeukładu napędowego. To ten parametr przekłada się w głównej mierze na zużycieenergii oraz ilość energii odzyskanej w procesie rekuperacji. Krótko mówiącsprawność jest wartością energii , jakąsystem napędowy pobrał z baterii trakcyjnych, a ta z kolei przełożyła się na mechaniczną siłę napędowąwykorzystaną do przemieszczania się pojazdu. Pozwala to na zredukowanie ilościbaterii trakcyjnych.

Sprawność ta również przekłada się na ilość energiiodzyskanej podczas rekuperacji. Gdy system ma małą sprawność powoduje to ciągłeubytki energii. Idealnym rozwiązaniem byłoby, gdyby system napędowy odzyskiwał tyle samo energii w trakcie rekuperacji , ilepobrał podczas funkcji napędowej.

Topografia terenu – ten aspekt jest również kluczowy wwyborze systemu napędowego, gdyżukształtowanie terenu, w jakim pojazd będzie się poruszał wpływa na to, jak często system musi uzyskiwać swojeparametry szczytowe. Ważnymi parametrami silnika jest moment obrotowy iprędkość obrotowa. Moment obrotowy jest odpowiedzialny w głównej mierze zamożliwość pokonywania wzniesień i przyspieszenie pojazdu, a prędkość obrotowa silnika za zdolnośćpojazdu do utrzymania wyższej prędkości.

Sterowanie mocą – ważnym aspektem jest możliwość dokładnegosterowania mocą, co wyróżnia systemywielofazowe. Dzięki temu aspektowi można dokładnie sparametryzować systemnapędowego do topografii terenu i ograniczyć straty mocy.

Pięć zalet silnika synchronicznego

Poniżej przedstawiamy zalety silnika elektrycznego z napędembezpośrednim. W kolejnym artykule postaramy się przybliżyć argumenty za jednostkąasynchroniczną.

W synchronicznym zakresie mamy firmę TM4 – z krajowym przedstawicielemw postaci firmy Drabpol – oferuje układy napędowe SUMO do bezpośredniego napęduna rynku autobusów i pojazdów użytkowych. Po krótko- i długoterminowej analizietrendów branżowych i technologicznych, TM4 doszło do wniosku, że silnik z napędem bezpośrednim jestnajlepszym typem silnika dla średnich i ciężkich autobusów i ciężarówek. A oto5 kluczowych zalet, które oferuje to rozwiązanie:

1. Wydajność

Przekładnia może odpowiadać za około 5 do 10% strat energiiwewnątrz układu napędowego z powodu tarcia mechanicznego. Biorąc pod uwagę, żeakumulatory pozostają najdroższym i najważniejszym komponentem w pojeździeelektrycznym, kluczowe znaczenie ma wykorzystanie energii pojazdu.

W niektórych przypadkach jednobiegowe i wielobiegoweprzekładnie mogą być częścią rozwiązania, jeśli chodzi o zwiększenie wydajnościukładu napędowego. Jest to szczególnie przydatne w przypadku tradycyjnychsamochodów benzynowych, ale dotyczy to także elektrycznych układów napędowych,wykorzystujących silniki indukcyjne AC. Podczas gdy szczytowa wydajność tychsilników może być tak wysoka, jak silników z magnesami trwałymi, wysokąwydajność można osiągnąć tylko w pewnym wąskim zakresie ich możliwości. Poza tymostatnim, wydajność spada szybko.

Silnik AC z magnesami stałymi i reluktancyjnymi ma nie tylkowysoką wydajność szczytową, ale utrzymuje sprawność> 94% w większościzakresu roboczego, co przewyższa potencjalny wzrost wydajności, jaki możnaosiągnąć dzięki skrzyni biegów.

2. Instalacja

Producenci OEM autobusów i ciężarówek nie chcą wprowadzać istotnych zmian w swoichpojazdach lub ich liniach produkcyjnych, tylko w celu włączenia nowego układunapędowego. Montaż jak największej ilości baterii jest już sporym wyzwaniem.

Z tego powodu życzyli sobie, aby komponenty elektronicznesilnika i mocy pasowały między belką H wózka lub w komorze silnika autobusumiejskiego, najlepiej, zachowując ten sam typ układów półosi. Znając całąprzestrzeń zajmowaną przez silnik wysokoprężny i automatyczną skrzynię biegów,zwykle znajdującą się w autobusie, można to łatwo osiągnąć za pomocą silnika znapędem bezpośrednim.

Z drugiej strony,silniki napędzane bezpośrednio z napędem w kołach lub na piaście częstowymagają specjalnej osi lub dostosowania innych części pojazdu w celu ichwłaściwej integracji, co oznacza, że dodatkowe koszty często niweczą wszystkiedodatkowe korzyści. Pojedynczy silnik napędu bezpośredniego jest po prostułatwiejszy do zainstalowania i zintegrowania z istniejącymi osiami autobusów isamochodów ciężarowych.

3. Niezawodność

Jednym ze sposobów zmaksymalizowania niezawodności jestzminimalizowanie ilości części w systemie napędowym. To właśnie udaje się osiągnąć dzięki silnikom z napędem bezpośrednim. Usunięcieskrzyni biegów oznacza, że można usunąć z równania najbardziej złożonąmechanicznie i wymagającą intensywnej konserwacji część pojazdu elektrycznego.

Przy silniku z napędem bezpośrednim podłączonym do osi,jedynym mechanicznym zużyciem w układzienapędowym jest łożysko wału napędowego i sama oś. Oba są zaprojektowane tak,aby wytrzymać żywotność pojazdu.

Silniki TM 4 z napędem bezpośrednim, jeśli używane są wsposób, zalecany przez producenta, będą wytrzymywać 1 milion kilometrów bezpotrzeby jakiejkolwiek konserwacji.

4. Konserwacja

Mówiąc o konserwacji, wiążą się z tym oczywiście koszty. Dlaoperatora pojazdu oznacza to wydatki związane ze szkoleniem personelu pomocniczego,przechowywaniem części zamiennych i przestojami pojazdów. Choć pozostanie torzeczywistością nawet w przypadku pojazdów elektrycznych, musimy pamiętać, żejednym z argumentów przemawiających na korzyść pojazdów elektrycznych jest to,że oczekuje się, że zmniejszą wszystkie wydatki poniesione na utrzymaniepojazdów.

Konserwacja polega również na możliwości dostępu,zdiagnozowania i wymiany produktu tak łatwo, jak to tylko możliwe, jeśliwystąpi problem. Układ silnika zintegrowany z wieloma innymi komponentami,takimi jak zespół skrzyni biegów lub wewnątrz koła, może być trudno dostępny wtrybie samodzielnym, a w rezultacie awaria jednego z komponentów możeuniemożliwić korzystanie z silnika w ogóle. Takie scenariusze mogą sprawić, żekonserwacja będzie bardziej złożona lub kosztowna. Silniki z napędem bezpośrednim TM4 niewymagają konserwacji.

5. Zwrot z inwestycji.

Biorąc pod uwagę wszystkie powyższe elementy, całośćsprowadza się do maksymalizacji zwrotu z inwestycji właściciela pojazdu luboperatora floty. Producentowi TM 4 zależało, byzapewnić najlepszą gęstość momentu obrotowego, jaką klient może uzyskaćza pieniądze, zarówno pod względem początkowej inwestycji, jak idługoterminowych wydatków, a także zmaksymalizować wydajność systemu, corównież może przełożyć się na oszczędności kosztów.

Utrzymanie prostej architektury układu napędowego, opartejna silnikach z napędem bezpośrednim daje najlepszy kompromis w tym zakresie.

TM4 , podczas projektowania linii produktów SUMO, nie tylkopotwierdził tę hipotezę teoretycznie. Miliony kilometrów na drogach, osiągane przez autobusy i ciężarówkiwykorzystujące te produkty od momentu ichwprowadzenia w 2012 r., również to potwierdzają .

6. Współpraca z Drabpol

Kolejna w zasadzie zaletą jest współpraca z lokalną idoskonale znaną w branży firmą Drabpol, z którą w listopadzie 2017r. TM4 podpisałumowę o wzajemnej współpracy. Dziękinawiązaniu współpracy, Drabpol nie tylko dostarcza na rynek autobusowykompletne systemy- silniki ,przetwornice, sterowniki i oprogramowanie , ale także konfiguruje całe systemy – odhardware po software, od dostaw podzespołów , do pisania oprogramowania w can–bus, po oprogramowania silników i wizualizacjęna desce rozdzielczej. Tym samym dopasowujesystemy pod ścisłe wymagania klienta.

Rozwiązania TM4 zastosowali tacy producenci autobusów i busów, jak Novabus ( Volvo Grup)czy Tempa. W Polsce systemy TM 4zastosował Ursus Bus – polska firmaspecjalizująca się w produkcji autobusów elektrycznych, trolejbusów oraztradycyjnych autobusów spalinowych. Rozwiązania TM 4, na które składają sięsilniki, falowniki oraz sterowniki Neuro spotkać można w autobusach Ursus Bus CitySmile 12 LFE, jeżdżących po ulicachWarszawy oraz w autobusach EkovoltE70110.

„