„Udržateľná mobilita je jadrom našej firemnej stratégie,“ vysvetlil Stephan von Schuckmann, člen predstavenstva spoločnosti ZF, zodpovedný okrem iného za elektrifikované hnacie systémy. „Na základe mimoriadne efektívneho sériového vozidla ukazujeme potenciál, ktorý ponúkajú budúce komponenty elektrického pohonu, keď ich spojíme do ešte efektívnejšieho celkového systému."

Koncepčné vozidlo ZF EVbeat vychádza z vozidla Porsche Taycan a za vzor si berie špičkovú sériovú technológiu spoločnosti ZF a ďalších hráčov na trhu.

„Naším cieľom bolo vytvoriť tento pohon čo najkompaktnejší a najľahší pri zachovaní vysokej jazdnej dynamiky a zvýšení efektivity v reálnej prevádzke,“ povedal Dr. Otmar Scharrer, vedúci vývoja elektrických hnacích systémov v spoločnosti ZF. „Pokiaľ ide o hustotu krútiaceho momentu, sme na špičke , keď sa porovnáme s elektropohonmi pre osobné automobily, ktoré sú v súčasnej dobe na trhu k dispozícii. Zároveň sme pri vývoji venovali veľkú pozornosť hľadisku udržateľnosti.“ Elektromotor pracuje bez ťažkých prvkov vzácnych zemín a systém tepelného riadenia nepoužíva chladivo na báze fluóru. Zníženie počtu komponentov a celkové zníženie hmotnosti systému o jednu tretinu pri elektrickom pohone a systéme tepelného riadenia prispieva k väčšej udržateľnosti dvojnásobne – ako pri výrobe, tak pri prevádzke.

EVSys800: ultrakompaktný a ľahký 800 voltový pohon

EVSys800 je modulárny 800 voltový pohon a skladá sa z výkonovej elektroniky z karbidu kremíka, elektromotora a redukčnej prevodovky. Napriek mimoriadne kompaktnej konštrukcii a nízkej hmotnosti EVbeat nešetrí na výkone: Koncepčné vozidlo má na zadnej náprave k dispozícii maximálny krútiaci moment 5200 newtonmetrov – a to pri unikátne vysokej hustote krútiaceho momentu pre osobné automobily s povolením na prevádzku na pozemných komunikáciách s hodnotou 70 newtonmetrov na kilogram . Trvalý a špičkový výkon elektromotora je 206, resp. 275 kilowattov - ZF tak dosahuje trvalý výkon približne 75 percent špičkového výkonu.

Čo sa týka rozmerov, pohon ušetrí 50 milimetrov na šírke vďaka kompaktnej redukčnej prevodovke a technológii "opleteného vinutia" elektromotora patentovanej spoločnosťou ZF, čo umožňuje priestorovo úspornú, súosú inštaláciu na hnaciu nápravu.

S celkovou hmotností 74 kilogramů je pohon EVSys800, normovaný na stejný výkon jako nejnovější pohon ZF řady 800 V, přibližně o 40 kilogramů, tedy o třetinu lehčí, a významně tak přispívá k úspoře hmotnosti koncepčního vozidla.

Zásadný význam pre to má elektromotor s novou koncepciou chladenia a novou technológiou vinutia. Na chladenie necháva ZF prúdiť olej priamo okolo medených tyčí – presne v mieste, kde sa počas prevádzky vytvára najviac tepla. Takto vysoko účinné chladenie výrazne zvyšuje výkon pri rovnakej hmotnosti a zástavbovom priestore. Okrem toho možno upustiť od použitia ťažkých prvkov vzácnych zemín a elektromotor je možné vyrábať udržateľnejším spôsobom. Technológia „opleteného vinutia“, vyvinutá a patentovaná spoločnosťou ZF, je ďalším vývojom tzv. vlnového vinutia a umožňuje celkom o desať percent zmenšiť inštalačný priestor. Samotná hlava vinutia je až o 50 percent menšia ako pri konvenčných prístupoch. Tým sa ušetrí približne desať percent medi.

Menič elektrického pohonu bol zásadne prepracovaný. Všetky základné komponenty boli zásadne prepracované. V každej z oblastí elektromagnetickej kompatibility, výkonových modulov a kondenzátorov sa dosiahli významné zlepšenia z hľadiska inštalačného priestoru, hmotnosti a udržateľnosti.

Nová koaxiálna redukčná prevodovka prenáša hnacie sily elektromotora prostredníctvom dvoch planétových prevodoviek. Tie nielenže vytvárajú požadovaný konečný prevodový pomer, ale taktiež plnia funkciu plne integrovaného diferenciálu. V porovnaní s konvenčnými koncepciami odstupňovania, pri ktorých vstupný a výstupný hriadeľ neleží na rovnakej osi, znižuje koaxiálne riešenie hmotnosť a nároky na inštalačný priestor bez toho, aby to bolo na úkor účinnosti, hluku a vibrácií. V kombinácii s technológiou "opleteného vinutia" je možné tento pohon výrazne skrátiť, čo umožňuje inštaláciu do takmer akéhokoľvek montážneho priestoru vozidla.

„S týmto systémom môžeme dokonale splniť hlavné požiadavky našich zákazníkov – a to účinnosť, výkon a náklady,“ povedal Dr. Otmar Scharrer. Prvé technológie nového hnacieho ústrojenstva ZF budú na trhu k dispozícii od roku 2026.

Tepelné riadenie: Efektívna regulácia teploty hnacieho ústrojenstva a celého vozidla

Regulácia teploty vozidla môže v zime predstavovať značnú časť jeho energetickej náročnosti, ktorá sa môže pohybovať medzi tromi a šiestimi kilowattmi, najmä pri vykurovaní. Príjemný chlad v lete a teplo v zime sú pre cestujúcich hlavnými faktormi pohodlia. Správna teplota je tiež zásadným faktorom pre výkon elektromotora, výkonovej elektroniky a akumulátora.

Prvý centrálny systém tepelného manažmentu (TherMaS) vyvinutý spoločnosťou ZF pre elektromobily je integrovaný do koncepčného vozidla EVbeat. Systém TherMaS využíva centrálnu jednotku a inteligentný softvér na riadenie všetkých tepelných procesov pre hnacie ústrojenstvo a priestor pre cestujúcich. Nová konštrukcia výrazne znižuje nároky na priestor a hmotnosť v porovnaní s predchádzajúcimi prístupmi k chladeniu a vykurovaniu elektromobilov. Tepelné čerpadlo na báze propánu s napätím 800 V tiež vyžaduje výrazne menej energie. Pretože je kompaktný a konštrukčne jednoduché, je možné ho ľahko integrovať do vozidiel.

Koncept TherMaS má prvýkrát tri určené okruhy: V centre je veľmi malý okruh chladiva. Ten je vopred naplnený a hermeticky uzavretý, a preto je bezúdržbový. Koncept navyše nemá žiadne rozhrania s inými oblasťami vozidla, ako je napríklad interiér. Spoločnosť ZF používa prírodné chladivo propán, ktoré neobsahuje fluór. Napriek tomu, že sa používa iba polovica predchádzajúceho chladiva, chladiaci výkon sa v porovnaní s dnes bežne používanými chladivami zvyšuje dvojnásobne. V prípade potreby obsluhuje centrálny chladiaci okruh dva samostatne regulovateľné chladiace okruhy, v ktorých ako obvykle prúdi voda chránená proti mrazu: Prvá je určená pre pomerne vysoké teploty elektromotora, zatiaľ čo druhý reguluje teplotu výkonovej a nabíjacej elektroniky. Riadiaci softvér reguluje chladiaci výkon.

Vďaka tomuto celkovému tepelnému manažmentu sa dojazd vozidla EVbeat v náročnej zimnej prevádzke zvyšuje až o tretinu. Výrazne lepší chladiaci výkon umožňuje vyšší trvalý výkon e-stroja.

Pohonný softvér: efektívne prepojenie pohonu vozidiel a cloud

Vlastnosti hardvérových systémov sú dôležitým základom pre udržateľnú prevádzku vozidla; ich optimálne usporiadanie sa dosahuje prostredníctvom softvéru. Spoločnosť ZF vyvinula vlastný softvér hnacieho ústrojenstva, ktorý prepája všetky systémy vozidla navzájom a vytvára spojenie s cloudom ZF.

Pretože účinnosť elektromotora závisí od jeho tepelných prevádzkových bodov, je dôležité ich neustále udržiavať v optimálnom rozsahu: Pri nízkych rýchlostiach a vysokých požiadavkách na krútiaci moment je optimálny tepelný prevádzkový bod veľmi nízky, zatiaľ čo pri vysokých rýchlostiach a nízkych požiadavkách na krútiaci moment nie sú vysoké teploty problémom . Tepelné podmienky však nemožno stanoviť v krátkom čase. Softvér hnacieho ústrojenstva ZF dokáže predvídať optimálne prevádzkové body na základe jednotlivých jazdných profilov a podľa toho systém pripraviť. „Učí sa“ správanie vodičov a dokáže predvídať pravdepodobnosť jednotlivých jazdných profilov prostredníctvom cloudovej služby založenej na umelej inteligencii. Napríklad pri detekcii krátkych vzdialeností sa zníži výkon klimatizácie a chladenia systému.

Na tomto základe môže asistenčný systém vodičom tiež priamo radiť, ako efektívne využívať elektromobil. Zobrazuje sa napríklad efektívne zrýchľovanie a spomaľovanie a optimalizovaná maximálna rýchlosť. To je obzvlášť cenné, pokiaľ ide o výpočet presného a praktického dojazdu pred jazdou, ktorý je potom spoľahlivo dodržaný.