Mistrz świata w gęstości momentu obrotowego: ZF prezentuje najbardziej kompaktowy e-napęd do samochodów osobowych - Koncepcyjny pojazd EVbeat z prototypem nowego napędu elektrycznego 800V wyznacza standardy kompaktowości, niewielkiej masy i wysokiej wydajności
- Niepowtarzalna gęstość momentu obrotowego 70 Nm/kg
- Masa zestawu zasilającego zredukowana o jedną trzecią
- Pierwszy system zarządzania termicznego opracowany przez ZF zwiększa zasięg pojazdu elektrycznego nawet o jedną trzecią w warunkach zimowych
Friedrichshafen. Podczas organizowanego przez firmę wydarzenia demonstracyjnego Global Technology Day we Friedrichshafen,
ZF prezentuje elektryczny samochód koncepcyjny EVbeat, zaprojektowany z myślą o maksymalnej kompaktowości, niskiej masie i maksymalnej wydajności w rzeczywistej eksploatacji.
W prezentowanym pojeździe, elementy elektrycznego układu napędowego zostały zoptymalizowane i połączone w zintegrowany system. Obejmują one 74-kilogramowy lekki i ultrakompaktowy układ napędowy o gęstości momentu obrotowego 70 Nm/kg, kompleksowe zarządzanie temperaturą oraz połączone w chmurze oprogramowanie. W niskich temperaturach w okolicach punktu zamarzania zasięg pojazdu w rzeczywistych warunkach pracy wzrasta nawet o jedną trzecią w porównaniu z aktualnie dostępną technologią.
„Zrównoważona mobilność stanowi podstawę naszej strategii korporacyjnej”, wyjaśnił Stephan von Schuckmann, członek Zarządu ZF odpowiedzialny między innymi za zelektryfikowane układy napędowe. „Prezentując ten niezwykle wydajny prototyp, pokazujemy, jaki potencjał oferują przyszłościowe komponenty napędu elektrycznego, gdy połączymy je w jeszcze bardziej wydajny system”.
Pojazd koncepcyjny ZF EVbeat bazuje na modelu Porsche Taycan i jako punkt odniesienia wykorzystuje wiodącą technologię seryjną od ZF i innych graczy rynkowych.
„Naszym celem było uczynienie tego napędu tak kompaktowym i lekkim, jak to możliwe, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej dynamiki jazdy i zwiększeniu wydajności pracy w warunkach rzeczywistych" - powiedział dr Otmar Scharrer, dyrektor ds. rozwoju elektrycznych układów napędowych w ZF. „Pod względem gęstości momentu obrotowego, zajmujemy najwyższe miejsce na podium, w porównaniu z dostępnymi obecnie na rynku napędami elektrycznymi do samochodów osobowych. Jednocześnie podczas pracy nad projektem zwróciliśmy szczególną uwagę na aspekt zrównoważonego rozwoju " – dodał Scharrer. Silnik elektryczny pracuje bez użycia ciężkich pierwiastków ziem rzadkich, a system zarządzania termicznego nie wykorzystuje chłodziwa na bazie fluoru. Mniejsza liczba komponentów i ogólna redukcja masy systemów napędu elektrycznego o jedną trzecią oraz system zarządzania termicznego w dwójnasób przyczyniają się do bardziej ekologicznego podejścia - zarówno w produkcji, jak i eksploatacji.
EVSys800: ultra-kompaktowy i lekki napęd 800 V
EVSys800 jest modułowym napędem 800 V i składa się z elektroniki mocy z węglika krzemu, silnika elektrycznego i przekładni redukcyjnej. Pomimo swojej niezwykle kompaktowej konstrukcji i niewielkiej masy, napęd nie traci na wydajności w modelu EVbeat. Pojazd koncepcyjny ma maksymalny moment obrotowy 5200 niutonometrów dostępny na tylnej osi - i to przy wyjątkowo wysokiej gęstości momentu obrotowego dla samochodów osobowych dopuszczonych do ruchu drogowego 70 niutonometrów na kilogram. Moc ciągła i szczytowa silnika elektrycznego wynosi odpowiednio 206 i 275 kilowatów - ZF osiąga tym samym moc ciągłą wynoszącą około 75 procent mocy szczytowej.
Pod względem wymiarów napęd oszczędza 50 milimetrów szerokości dzięki kompaktowej przekładni redukcyjnej i opatentowanej przez ZF technologii „plecionego uzwojenia” silnika elektrycznego, umożliwiając w ten sposób zajmującą mniej miejsca, współosiową instalację na osi napędowej.
Przy całkowitej masie 74 kilogramów, EVSys800 jest o około 40 kilogramów lub jedną trzecią lżejszy niż najnowszy napęd ZF serii 800V, co znacznie przyczynia się do zmniejszenia masy pojazdu koncepcyjnego.
Niezbędny do tego jest silnik elektryczny z nową koncepcją chłodzenia i nową technologią uzwojenia. W celu chłodzenia firma ZF umożliwia przepływ oleju bezpośrednio po miedzianych prętach - dokładnie w miejscu, w którym podczas pracy generowana jest większość ciepła. Tak wysoce wydajne chłodzenie znacznie zwiększa wydajność przy tej samej masie i przestrzeni montażowej. Ponadto można zrezygnować z użycia ciężkich pierwiastków ziem rzadkich, dzięki czemu silnik elektryczny może być produkowany w sposób bardziej zrównoważony. Technologia „plecionego uzwojenia” opracowana i opatentowana przez ZF, która jest kolejnym etapem rozwoju tzw. uzwojenia wału, umożliwia oszczędność ok. dziesięciu procent przestrzeni montażowej. Sama głowica uzwojenia jest o 50 procent mniejsza niż w przypadku konwencjonalnych rozwiązań. Pozwala to zaoszczędzić około 10 procent miedzi.
Falownik napędu elektrycznego został gruntownie przeprojektowany. Wszystkie istotne komponenty zostały zasadniczo zmodyfikowane. Osiągnięto znaczne ulepszenia w każdym z obszarów kompatybilności elektromagnetycznej, modułów mocy i kondensatorów pod względem przestrzeni montażowej, wagi i trwałości.
Nowa, współosiowa przekładnia redukcyjna przenosi siły napędowe silnika elektrycznego za pośrednictwem dwóch przekładni planetarnych. Generują one nie tylko pożądane przełożenie osi, ale także pełnią w pełni zintegrowaną funkcję mechanizmu różnicowego. W porównaniu z konwencjonalnymi koncepcjami offsetowymi, w których wał wejściowy i wyjściowy nie znajdują się na tej samej osi, rozwiązanie współosiowe zmniejsza wagę i wymagania dotyczące przestrzeni montażowej bez uszczerbku dla wydajności, głośności i wibracji.
W połączeniu z technologią nawijania oplotu, napęd ten może być znacznie krótszy, umożliwiając instalację w prawie każdej przestrzeni montażowej pojazdu.
„Dzięki temu systemowi możemy doskonale spełnić główne wymagania naszych klientów, a mianowicie wydajność, osiągi i koszty”, powiedział dr Otmar Scharrer. Pierwsze technologie nowego układu napędowego ZF będą dostępne na rynku od 2026 roku.
Zarządzanie termiczne: wydajna kontrola temperatury układu napędowego i całego pojazdu
Kontrola temperatury pojazdu może stanowić znaczną część zapotrzebowania energetycznego pojazdu w zimie. Może ono od trzech do sześciu kilowatów, zwłaszcza podczas rozgrzewania. Przyjemny chłód latem i ciepło zimą są głównymi czynnikami wpływającymi na komfort pasażerów. Odpowiednia temperatura jest również istotnym czynnikiem decydującym o wydajności napędu elektrycznego, elektroniki mocy oraz baterii.
Pierwszy centralny system zarządzania temperaturą (TherMaS) opracowany przez ZF dla pojazdów elektrycznych został zainstalowany w pojeździe koncepcyjnym EVBeat. TherMaS wykorzystuje jednostkę centralną i inteligentne oprogramowanie do sterowania wszystkimi procesami termicznymi w układzie napędowym i kabinie pasażerskiej. Nowa konstrukcja znacznie zmniejsza zapotrzebowanie na miejsce
i wagę w porównaniu z poprzednimi podejściami do chłodzenia i ogrzewania samochodów elektrycznych. 800V pompa ciepła na bazie propanu wymaga również znacznie mniej energii. Ponieważ jest kompaktowa i prosta w konstrukcji, można ją łatwo zastosować w pojazdach.
Koncepcja TherMaS po raz pierwszy ma trzy wyznaczone obwody: w centrum znajduje się bardzo mały obieg czynnika chłodniczego.
Jest on wstępnie napełniony i hermetycznie zamknięty, dzięki czemu nie wymaga konserwacji. Ponadto koncepcja ta nie ma żadnych interfejsów z innymi obszarami pojazdu, takimi jak wnętrze. ZF wykorzystuje bezfluorowy, naturalny czynnik chłodniczy - propan. Chociaż używana jest tylko połowa poprzedniej objętości czynnika chłodniczego, wydajność chłodzenia wzrasta dwukrotnie w porównaniu do powszechnie stosowanych obecnie czynników chłodniczych. W razie potrzeby centralny obieg czynnika chłodniczego obsługuje dwa oddzielnie sterowane obiegi chłodzenia, w których jak zwykle płynie woda chroniona przed mrozem: pierwszy jest przeznaczony do stosunkowo wysokich temperatur w silniku elektrycznym, podczas gdy drugi chłodzi elektronikę zasilania i ładowania. Oprogramowanie sterujące reguluje wydajność chłodzenia.
Dzięki takiemu ogólnemu zarządzaniu termicznemu zasięg EVbeat wzrasta nawet o jedną trzecią w wymagających warunkach zimowych. Znacznie lepsza wydajność chłodzenia umożliwia uzyskanie wyższej mocy ciągłej urządzenia elektrycznego.
Oprogramowanie układu napędowego: efektywne połączenie napędu pojazdu i chmury
Właściwości systemów sprzętowych stanowią ważną podstawę dla zrównoważonego działania pojazdu; przy czym ich optymalną koordynację osiąga się za pomocą oprogramowania. Firma ZF opracowała własne oprogramowanie układu napędowego, które łączy ze sobą wszystkie systemy pojazdu i ustanawia połączenie z chmurą ZF.
Ponieważ wydajność silnika elektrycznego zależy od jego termicznych punktów roboczych, ważne jest utrzymanie ich w optymalnym zakresie przez cały czas: przy niskich prędkościach obrotowych i wysokich wymaganiach dotyczących momentu obrotowego optymalny termiczny punkt roboczy jest bardzo niski, podczas gdy przy dużych prędkościach przy niskich wymaganiach dotyczących momentu obrotowego wysokie temperatury nie stanowią problemu. Warunków termicznych nie można jednak ustalić w krótkim czasie. Oprogramowanie układu napędowego ZF może przewidywać optymalne punkty pracy na podstawie indywidualnych profili jazdy i odpowiednio przygotować system. "Uczy się" zachowań kierowców i może przewidywać prawdopodobieństwo indywidualnych profili jazdy za pośrednictwem usługi chmurowej opartej na sztucznej inteligencji. Na przykład, klimatyzacja i chłodzenie systemu są redukowane po wykryciu krótkich dystansów.
Na tej podstawie system wspomagania może również udzielać kierowcom bezpośrednich wskazówek, jak efektywnie korzystać
z napędu elektrycznego. Na przykład, zostanie wyświetlone efektywne przyspieszanie i zwalnianie, a także zoptymalizowana prędkość maksymalna. Jest to szczególnie cenne, jeśli chodzi o obliczenie dokładnego i praktycznego zakresu przed podróżą, który jest następnie niezawodnie przestrzegany.
- Koncepcyjny pojazd EVbeat z prototypem nowego napędu elektrycznego 800V wyznacza standardy kompaktowości, niewielkiej masy i wysokiej wydajności
- Niepowtarzalna gęstość momentu obrotowego 70 Nm/kg
- Masa zestawu zasilającego zredukowana o jedną trzecią
- Pierwszy system zarządzania termicznego opracowany przez ZF zwiększa zasięg pojazdu elektrycznego nawet o jedną trzecią w warunkach zimowych
Friedrichshafen. Podczas organizowanego przez firmę wydarzenia demonstracyjnego Global Technology Day we Friedrichshafen,
ZF prezentuje elektryczny samochód koncepcyjny EVbeat, zaprojektowany z myślą o maksymalnej kompaktowości, niskiej masie i maksymalnej wydajności w rzeczywistej eksploatacji.
W prezentowanym pojeździe, elementy elektrycznego układu napędowego zostały zoptymalizowane i połączone w zintegrowany system. Obejmują one 74-kilogramowy lekki i ultrakompaktowy układ napędowy o gęstości momentu obrotowego 70 Nm/kg, kompleksowe zarządzanie temperaturą oraz połączone w chmurze oprogramowanie. W niskich temperaturach w okolicach punktu zamarzania zasięg pojazdu w rzeczywistych warunkach pracy wzrasta nawet o jedną trzecią w porównaniu z aktualnie dostępną technologią.
„Zrównoważona mobilność stanowi podstawę naszej strategii korporacyjnej”, wyjaśnił Stephan von Schuckmann, członek Zarządu ZF odpowiedzialny między innymi za zelektryfikowane układy napędowe. „Prezentując ten niezwykle wydajny prototyp, pokazujemy, jaki potencjał oferują przyszłościowe komponenty napędu elektrycznego, gdy połączymy je w jeszcze bardziej wydajny system”.
Pojazd koncepcyjny ZF EVbeat bazuje na modelu Porsche Taycan i jako punkt odniesienia wykorzystuje wiodącą technologię seryjną od ZF i innych graczy rynkowych.
„Naszym celem było uczynienie tego napędu tak kompaktowym i lekkim, jak to możliwe, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej dynamiki jazdy i zwiększeniu wydajności pracy w warunkach rzeczywistych" - powiedział dr Otmar Scharrer, dyrektor ds. rozwoju elektrycznych układów napędowych w ZF. „Pod względem gęstości momentu obrotowego, zajmujemy najwyższe miejsce na podium, w porównaniu z dostępnymi obecnie na rynku napędami elektrycznymi do samochodów osobowych. Jednocześnie podczas pracy nad projektem zwróciliśmy szczególną uwagę na aspekt zrównoważonego rozwoju " – dodał Scharrer. Silnik elektryczny pracuje bez użycia ciężkich pierwiastków ziem rzadkich, a system zarządzania termicznego nie wykorzystuje chłodziwa na bazie fluoru. Mniejsza liczba komponentów i ogólna redukcja masy systemów napędu elektrycznego o jedną trzecią oraz system zarządzania termicznego w dwójnasób przyczyniają się do bardziej ekologicznego podejścia - zarówno w produkcji, jak i eksploatacji.
EVSys800: ultra-kompaktowy i lekki napęd 800 V
EVSys800 jest modułowym napędem 800 V i składa się z elektroniki mocy z węglika krzemu, silnika elektrycznego i przekładni redukcyjnej. Pomimo swojej niezwykle kompaktowej konstrukcji i niewielkiej masy, napęd nie traci na wydajności w modelu EVbeat. Pojazd koncepcyjny ma maksymalny moment obrotowy 5200 niutonometrów dostępny na tylnej osi - i to przy wyjątkowo wysokiej gęstości momentu obrotowego dla samochodów osobowych dopuszczonych do ruchu drogowego 70 niutonometrów na kilogram. Moc ciągła i szczytowa silnika elektrycznego wynosi odpowiednio 206 i 275 kilowatów - ZF osiąga tym samym moc ciągłą wynoszącą około 75 procent mocy szczytowej.
Pod względem wymiarów napęd oszczędza 50 milimetrów szerokości dzięki kompaktowej przekładni redukcyjnej i opatentowanej przez ZF technologii „plecionego uzwojenia” silnika elektrycznego, umożliwiając w ten sposób zajmującą mniej miejsca, współosiową instalację na osi napędowej.
Przy całkowitej masie 74 kilogramów, EVSys800 jest o około 40 kilogramów lub jedną trzecią lżejszy niż najnowszy napęd ZF serii 800V, co znacznie przyczynia się do zmniejszenia masy pojazdu koncepcyjnego.
Niezbędny do tego jest silnik elektryczny z nową koncepcją chłodzenia i nową technologią uzwojenia. W celu chłodzenia firma ZF umożliwia przepływ oleju bezpośrednio po miedzianych prętach - dokładnie w miejscu, w którym podczas pracy generowana jest większość ciepła. Tak wysoce wydajne chłodzenie znacznie zwiększa wydajność przy tej samej masie i przestrzeni montażowej. Ponadto można zrezygnować z użycia ciężkich pierwiastków ziem rzadkich, dzięki czemu silnik elektryczny może być produkowany w sposób bardziej zrównoważony. Technologia „plecionego uzwojenia” opracowana i opatentowana przez ZF, która jest kolejnym etapem rozwoju tzw. uzwojenia wału, umożliwia oszczędność ok. dziesięciu procent przestrzeni montażowej. Sama głowica uzwojenia jest o 50 procent mniejsza niż w przypadku konwencjonalnych rozwiązań. Pozwala to zaoszczędzić około 10 procent miedzi.
Falownik napędu elektrycznego został gruntownie przeprojektowany. Wszystkie istotne komponenty zostały zasadniczo zmodyfikowane. Osiągnięto znaczne ulepszenia w każdym z obszarów kompatybilności elektromagnetycznej, modułów mocy i kondensatorów pod względem przestrzeni montażowej, wagi i trwałości.
Nowa, współosiowa przekładnia redukcyjna przenosi siły napędowe silnika elektrycznego za pośrednictwem dwóch przekładni planetarnych. Generują one nie tylko pożądane przełożenie osi, ale także pełnią w pełni zintegrowaną funkcję mechanizmu różnicowego. W porównaniu z konwencjonalnymi koncepcjami offsetowymi, w których wał wejściowy i wyjściowy nie znajdują się na tej samej osi, rozwiązanie współosiowe zmniejsza wagę i wymagania dotyczące przestrzeni montażowej bez uszczerbku dla wydajności, głośności i wibracji.
W połączeniu z technologią nawijania oplotu, napęd ten może być znacznie krótszy, umożliwiając instalację w prawie każdej przestrzeni montażowej pojazdu.
„Dzięki temu systemowi możemy doskonale spełnić główne wymagania naszych klientów, a mianowicie wydajność, osiągi i koszty”, powiedział dr Otmar Scharrer. Pierwsze technologie nowego układu napędowego ZF będą dostępne na rynku od 2026 roku.
Zarządzanie termiczne: wydajna kontrola temperatury układu napędowego i całego pojazdu
Kontrola temperatury pojazdu może stanowić znaczną część zapotrzebowania energetycznego pojazdu w zimie. Może ono od trzech do sześciu kilowatów, zwłaszcza podczas rozgrzewania. Przyjemny chłód latem i ciepło zimą są głównymi czynnikami wpływającymi na komfort pasażerów. Odpowiednia temperatura jest również istotnym czynnikiem decydującym o wydajności napędu elektrycznego, elektroniki mocy oraz baterii.
Pierwszy centralny system zarządzania temperaturą (TherMaS) opracowany przez ZF dla pojazdów elektrycznych został zainstalowany w pojeździe koncepcyjnym EVBeat. TherMaS wykorzystuje jednostkę centralną i inteligentne oprogramowanie do sterowania wszystkimi procesami termicznymi w układzie napędowym i kabinie pasażerskiej. Nowa konstrukcja znacznie zmniejsza zapotrzebowanie na miejsce
i wagę w porównaniu z poprzednimi podejściami do chłodzenia i ogrzewania samochodów elektrycznych. 800V pompa ciepła na bazie propanu wymaga również znacznie mniej energii. Ponieważ jest kompaktowa i prosta w konstrukcji, można ją łatwo zastosować w pojazdach.
Koncepcja TherMaS po raz pierwszy ma trzy wyznaczone obwody: w centrum znajduje się bardzo mały obieg czynnika chłodniczego.
Jest on wstępnie napełniony i hermetycznie zamknięty, dzięki czemu nie wymaga konserwacji. Ponadto koncepcja ta nie ma żadnych interfejsów z innymi obszarami pojazdu, takimi jak wnętrze. ZF wykorzystuje bezfluorowy, naturalny czynnik chłodniczy - propan. Chociaż używana jest tylko połowa poprzedniej objętości czynnika chłodniczego, wydajność chłodzenia wzrasta dwukrotnie w porównaniu do powszechnie stosowanych obecnie czynników chłodniczych. W razie potrzeby centralny obieg czynnika chłodniczego obsługuje dwa oddzielnie sterowane obiegi chłodzenia, w których jak zwykle płynie woda chroniona przed mrozem: pierwszy jest przeznaczony do stosunkowo wysokich temperatur w silniku elektrycznym, podczas gdy drugi chłodzi elektronikę zasilania i ładowania. Oprogramowanie sterujące reguluje wydajność chłodzenia.
Dzięki takiemu ogólnemu zarządzaniu termicznemu zasięg EVbeat wzrasta nawet o jedną trzecią w wymagających warunkach zimowych. Znacznie lepsza wydajność chłodzenia umożliwia uzyskanie wyższej mocy ciągłej urządzenia elektrycznego.
Oprogramowanie układu napędowego: efektywne połączenie napędu pojazdu i chmury
Właściwości systemów sprzętowych stanowią ważną podstawę dla zrównoważonego działania pojazdu; przy czym ich optymalną koordynację osiąga się za pomocą oprogramowania. Firma ZF opracowała własne oprogramowanie układu napędowego, które łączy ze sobą wszystkie systemy pojazdu i ustanawia połączenie z chmurą ZF.
Ponieważ wydajność silnika elektrycznego zależy od jego termicznych punktów roboczych, ważne jest utrzymanie ich w optymalnym zakresie przez cały czas: przy niskich prędkościach obrotowych i wysokich wymaganiach dotyczących momentu obrotowego optymalny termiczny punkt roboczy jest bardzo niski, podczas gdy przy dużych prędkościach przy niskich wymaganiach dotyczących momentu obrotowego wysokie temperatury nie stanowią problemu. Warunków termicznych nie można jednak ustalić w krótkim czasie. Oprogramowanie układu napędowego ZF może przewidywać optymalne punkty pracy na podstawie indywidualnych profili jazdy i odpowiednio przygotować system. "Uczy się" zachowań kierowców i może przewidywać prawdopodobieństwo indywidualnych profili jazdy za pośrednictwem usługi chmurowej opartej na sztucznej inteligencji. Na przykład, klimatyzacja i chłodzenie systemu są redukowane po wykryciu krótkich dystansów.
Na tej podstawie system wspomagania może również udzielać kierowcom bezpośrednich wskazówek, jak efektywnie korzystać
z napędu elektrycznego. Na przykład, zostanie wyświetlone efektywne przyspieszanie i zwalnianie, a także zoptymalizowana prędkość maksymalna. Jest to szczególnie cenne, jeśli chodzi o obliczenie dokładnego i praktycznego zakresu przed podróżą, który jest następnie niezawodnie przestrzegany.
MULTIMEDIA
KONTAKT
Karin Markenstein
