Off-Road hibrid Upfit-OMI koprodukcióban

Napjainkban az elektromos és hibrid hajtásláncok nem csupán a személygépkocsik világában jelentenek előrelépést, hanem egyre szélesebb körben – a mezőgazdaságtól az iparon át egészen a vízi járművekig – kínálnak valós, alkalmazható megoldásokat. Az elektromos mobilitás (e-mobility) térhódítása mögött nemcsak a környezetvédelmi szempontok állnak, hanem egy újfajta mérnöki gondolkodás is: a rendszer szintű integráció, az energia optimalizálás, valamint a sokrétű használhatóság.

Ebben a kontextusban az Upfit UPV egyedi járműgyártó és az OMI elektromos és hybrid hajtásláncplatformokat fejlesztő technológiai cég által fejlesztett EV és hibrid hajtásplatformok – különösen a kompakt, 4 az 1-ben powertrain megoldás – olyan válaszokat adnak, amelyek egyszerre elégítik ki a megbízhatóságot, a teljesítményt és a testreszabhatóságot kereső iparágak igényeit. Az OMI EV és hibrid rendszerei elsősorban speciális járművek – például off-road, ipari, mezőgazdasági és vízi járművek – villamosítására lettek kifejlesztve. A rendszer elsődleges rendeltetése, hogy teljes értékű hajtási megoldást biztosítson olyan környezetekben is, ahol a megbízhatóság, hatékonyság és robusztus kialakítás kiemelt követelmények.

Az OMI által fejlesztett EV és hibrid hajtásrendszerek kulcseleme a 4-in-1 Hybrid Powertrain hajtáslánc, amely egyedülálló módon egyesíti a differenciálművet, osztóművet, villanymotort és motorvezérlő egységet (MCU). Ez a magas fokon integrált egység különösen hasznos terep- és ipari alkalmazások esetében, ahol a hely- és súlyhatékonyság kulcsfontosságú. A rendszer kialakítása lehetővé teszi az EV-only, ICE-only és Hybrid üzemmódokat, rugalmasan illeszkedve a felhasználási környezethez. Pontos adatok hiányában csak az iparági analógiára tudunk hagyatkozni, amely szerint a 4 az 1-ben egység maximális teljesítménye 100–250 kW tartományban lehet konfigurálható, míg a maximális nyomatéka 350–500 Nm között mozoghat, alkalmazástól függően. Rövidcikkünkben most az elektromos hajtásláncot vesszük szemügyre.

Az EV traction motor az egyik legfejlettebb technológián alapul, mégpedig egy IPM-SynRM (Internal Permanent Magnet Synchronous Reluctance Motor) típusú hajtómotor, amely a Tesla által is alkalmazott koncepció továbbfejlesztett változata. Ez a motor rendkívül magas hatásfokot biztosít (akár 97% a legmagasabb munkapontokon), miközben kisebb hőtermeléssel és kompaktabb kialakítással jár, mint a hagyományos aszinkron vagy PM motorok. A motor fordulatszám-tartománya elérheti a 12 000 RPM-et, és akár 400 VDC rendszerfeszültséggel is üzemeltethető, ami ideálissá teszi nagy teljesítményű ipari vagy közlekedési alkalmazásokhoz.

A motorvezérlő egység (MCU – Motor Control Unit) a rendszer „agyaként” működik. Feladata a jármű ECU-jától érkező jelek (pl. gázpedál állás, fékezés, terhelés) alapján meghatározni a motor pontos áramerősségét, feszültségét és fordulatszámát. Az OMI vezérlőegysége testreszabható, különféle kommunikációs protokollokat támogat (ami lehet CAN, CAN-FD, Ethernet), és fejlett hőmenedzsmenttel lehet ellátva 50–70 °C üzemi hőmérsékleti tartományban. Ezek a rendszerek képes az energia-visszanyerésre (regeneratív fékezés), ezzel is növelve az általános hatékonyságot.

Az akkupack szintén teljesen integrált, valószínűleg modulárisan bővíthető és jellemzően 400 V névleges feszültségen működik, 50–120 kWh kapacitással, és lítium-nikkel-mangán-kobalt-oxid (NMC) vagy lítium-vasfoszfát (LFP) kémiát alkalmaz, a kívánt energiasűrűség és élettartam függvényében. A csomagot egy fejlett BMS (Battery Management System) felügyeli, amely cellánként monitorozza a feszültséget, hőmérsékletet és áramot, illetve kiegyenlíti a töltöttségi szinteket. A cellák tipikus hőmérsékleti tartománya jellemzően -20 °C és +60 °C között kell mozogjon, amelyet aktív vagy passzív hűtési/termomenedzsment megoldásokkal biztosítanak.

Iparági megoldások szerint a hajtáslánc hőkezelt acél fogaskerekeket, megerősített csapágyakat és vibrációcsillapító szerkezeteket kell tartalmazzon, amelyek ellenállnak a terephasználatból eredő ütés- és nyomatékcsúcsoknak. A ház jellemzően IP67 vagy IP69K védettségű, azaz por- és vízálló, ami kulcsfontosságú ipari, mezőgazdasági vagy vízi alkalmazásban. A csatlakozások rozsdamentes vagy speciálisan kezelt rézötvözetekből kell készüljenek, hogy ellenálljanak a korróziónak és az elektrokémiai hatásoknak.

IPM-SynRM motor: az egyik legmodernebb és leghatékonyabb villamos géptípus, amelyet ma elektromos és hibrid hajtásokban használnak. Működése a szinkron reluktancia és az állandómágneses nyomaték együttes kihasználásán alapul, amely révén kiváló hatásfokot és magas nyomatékot képes biztosítani már alacsony fordulatszámon is. A motor állórésze háromfázisú váltakozó árammal hoz létre forgó mágneses mezőt, amely a rotorban elhelyezett belső állandómágnesek és a mágneses reluktancia különbségek révén nagy forgatónyomatékot generál. A reluktancia-nyomatékot a rotor kialakítása maximalizálja úgy, hogy a mágneses fluxus számára alacsony ellenállású utakat kínál, miközben a belső mágnesek a szinkronizálást és az extra nyomatékot biztosítják. A motor működését vezérlőegység szabályozza, amely valós idejű adatokat használ a hőmérsékletről, áramerősségről, feszültségről és rotorpozícióról optimalizálva a teljesítményt minden üzemállapotban, beleértve a gyors kigyorsítást, a terhelésváltozásokat és az energia-visszanyerést (rekuperációt) is. Az IPM-SynRM motor különösen jól birkózik meg a jellemző igénybevételekkel: mechanikailag robusztus csapágyazás és kiegyensúlyozott rotor biztosítja a vibráció- és rezgésállóságot, miközben a nagy nyomatékú terhelések ellenére is minimális kopással működik. Elektromos oldalról a kiváló minőségű réztekercsek és hőálló szigetelőanyagok védik a rendszert a túláram vagy hőterhelés káros hatásaitól, míg a vezérlőegység szoftveres és hardveres védelmekkel is ellátott, hogy megelőzze a zárlatot vagy túlfeszültségből eredő károsodást. A hőterhelések elleni védekezésben fontos szerepet játszik a folyadékhűtés vagy levegőhűtés, amely a motorházba integrált csatornákon keresztül biztosítja az üzemi hőmérséklet stabilitását, ezzel védve az állandómágneseket a demagnetizációtól és az egész rendszert a hatásfokcsökkenéstől. Mindezek révén az IPM-SynRM motor nemcsak energiatakarékos és nagy teljesítményű, hanem hosszú távon is megbízható, még extrém körülmények között is (a Szerk.).

Az OMI rendszerének – marketing anyagban is szereplő - részüzemmódjai: tisztán elektromos hajtás (EV-only), belső égésű motorral történő hajtás (ICE-only), illetve a kettő kombinációját (Hybrid mode). Az üzemmódváltás automatikusan, a jármű aktuális terhelésének és felhasználási körülményeinek megfelelően történik. A differenciálmű és az osztómű a nyomaték dinamikus elosztását biztosítja a hajtott tengelyek között, különösen off-road körülmények között, ahol az egyik kerék gyakran elveszíti a tapadást. Elektromosan a motorvezérlő az ECU utasításait alakítja át precíz áramerősséggé, feszültséggé és fordulatszámmá, miközben figyelembe veszi az akkumulátor töltöttségét, hőmérsékletét és az energia-visszanyerési lehetőségeket.

A rendszer jellemző kihívásai közé tartozik a magas mechanikai terhelés, különösen terepi vagy ipari környezetben, ahol a vibráció, az ütések és a nyomatékváltozások a hajtásláncot erősen megterhelik. Ez idővel kopást, csapágy- vagy fogaskerékhibákat okozhat. Hidraulikus és hűtőrendszerek esetében szivárgás, vízpumpa-meghibásodás vagy a hűtőközeg elhasználódása a kihívások. Elektromos oldalról feladat lehet a vezérlő túlmelegedésének megakadályozása, a szoftveres hibák, kommunikációs zavarok (pl. CAN-busz meghibásodás), illetve az akkumulátor cellák kapacitásvesztésének kiküszöbölése.

A modern járművek egyre több új követelményt támasztanak az elektromos és hibrid hajtásokkal szemben. Mechanikai oldalról a kompaktabb, könnyebb és mégis nagyobb teljesítményű egységek iránt nő az igény, miközben egyre szélsőségesebb környezeti viszonyokat is el kell viselniük (por, víz, sár, vibráció). A hűtés és hőmenedzsment szerepe is jelentősen megnő, így gyakran alkalmaznak zárt, folyadékalapú rendszereket, amelyeket elektromosan vezérelnek és folyamatosan monitoroznak. Elektromos oldalról a trendek az új generációs félvezetők (pl. SiC, GaN) alkalmazása felé mutatnak, valamint a kommunikációs protokollok testreszabása is egyre inkább szükséges a különböző iparági szereplők igényeihez. Emellett növekvő igény van a redundáns biztonsági rendszerekre, amelyek a túlfeszültség, rövidzárlat vagy adatkapcsolati hibák hatását minimalizálják.

Forrás: OMI