Danfoss Power Solutions desenvolve pá-carregadeira conceitual com unidade de tração totalmente elétrica. Saiba como nossas soluções elétricas podem ser vantajosas para você, parceiro de distribuição, seus clientes e usuários finais.
A Danfoss reconhece a necessidade de ação e liderança tecnológica para abordar a crise climática enfrentada pelo mundo atualmente. Criar um futuro mais limpo e sustentável é fundamental para nossos valores e leva nossa equipe a desenvolver soluções inovadoras que contribuam para um futuro melhor. Investindo no portfólio Danfoss Editron e no futuro da eletrificação, nós nos tornamos líderes no mercado elétrico fora de estrada. Com uma longa e distinta história em maquinaria móbil e hidráulica, nossa divisão Editron está desenvolvendo com base em um forte grupo de produtos, ferramentas e equipes de engenharia da Danfoss para criar as tecnologias eletrificadas do futuro que oferecem enormes vantagens para você, nosso parceiro de distribuição, seus clientes e usuários finais.
Com investimentos recentes em veículos concentuais e recursos dedicados à construção dessas soluções, estamos comprometidos com a compreensão e aceleração do desenvolvimento de máquinas eletrificadas fora de estrada. Em nosso Centro de Desenvolvimento de Aplicações (ADC) em Nordborg, Dinamarca, convertemos uma pá-carregadeira de 13 toneladas em um veículo totalmente elétrico a bateria, aproveitando nosso conhecimento em aplicações para sermos os pioneiros no futuro desses veículos e tecnologias com inovação líder de mercado.
Com o mundo avançando rumo às metas de emissão zero, há um foco na eletrificação em todos os tipos de aplicações, especialmente em maquinaria móbil. Com um amplo portfólio de máquinas elétricas e eletrônica de acionamento, os produtos Editron abrangem uma ampla variedade de tamanhos de veículos, aplicações de subsistemas e arquiteturas de sistemas de transmissão. Além do conhecimento em hidráulica e maquinaria móbil, a Editron está aproveitando anos de conhecimento em aplicações para desenvolver soluções líderes de mercado.
A eletrificação da pá-carregadeira
O desenvolvimento desses produtos exige uma profunda compreensão das aplicações e dos desafios que os clientes enfrentam ao eletrificar seus veículos. Foi por isso que investimos em nossas máquinas conceituais. Ao definirmos o escopo da aplicação de pá-carregadeira para o projeto de conversão em questão, aceitamos o desafio de eletrificar um veículo maior na esperança de reduzir significativamente seu consumo de combustível. As pás-carregadeiras são uma aplicação comum, com altos volumes desses veículos produzidos anualmente. Ao avançar o design e a arquitetura do sistema da pá-carregadeira, o objetivo era gerar um impacto que pudesse ser dimensionado por todo o mercado, proporcionar o maior benefício líquido oriundo da eletrificação e, em seguida, aplicar esses aprendizados a outras aplicações.
Embora a eletrificação seja uma megatendência focada na redução das emissões de carbono, ela agrega valor de muitas outras maneiras para os proprietários e operadores, incluindo controlabilidade, redução de ruído e menor custo total de propriedade (TCO). Além disso, veículos híbridos desempenham um papel fundamental na redução de emissões e do consumo de combustível nas aplicações que não podem ser totalmente eletrificadas com os recursos tecnológicos atuais.
A justificativa para veículos elétricos
A justificativa para veículos elétricos ainda é um desafio, pois eles precisam agregar valor suficiente ao longo de sua vida útil para justificar o capital financeiro inicial necessário para comprar e estabelecer infraestrutura para apoiar uma frota eletrificada. Sem regulamentações fortes nos setores que impulsionam a eletrificação em veículos fora de estrada, é responsabilidade dos clientes fornecer provas de que há uma justificativa comercial convincente.
Enquanto isso, os operadores podem desfrutar de uma maior produtividade graças ao desempenho aprimorado desses veículos elétricos. A interação homem-máquina (IHM) é crucial em qualquer aplicação, garantindo que o operador tenha controle seguro do veículo e possa executar as tarefas necessárias. Normalmente, veículos elétricos fornecem melhor controlabilidade e resposta dinâmica mais rápida, o que ajuda os operadores a realizarem seu trabalho. Esse controle desempenha um papel importante na otimização do consumo de energia desses veículos. Com a capacidade de regenerar a energia e controlar os diferentes subsistemas de forma independente, a eficiência do veículo e do operador pode ser consideravelmente superior à de máquinas a diesel-hidráulicas tradicionais. Quando unimos esses benefícios à redução de ruído e de emissões, os operadores, em geral, desfrutam de uma experiência de trabalho mais confortável.
Abordagem ao design do sistema
Projetar um veículo é um processo complexo que exige planejamento de interface e uma profunda compreensão das expectativas do mercado e do usuário final. À medida que o mercado começa a se deslocar para veículos com emissão zero movidos a baterias e células de combustível, a abordagem ao design do sistema também precisa mudar.
Em cada um de nossos projetos de eletrificação, extraímos recursos de todas as diferentes unidades de negócios, e nossas equipes estão aprendendo junto com o mercado. Enfrentando muitos dos mesmos desafios de eletrificação que nossos clientes, estamos desenvolvendo conhecimento, ajustando nossas ferramentas e aprimorando nossos produtos. A proficiência em eletrificação, hidrostática, software, segurança funcional, design de sistemas e outras áreas é essencial para a construção de qualquer máquina. Com o portfólio e conhecimento de aplicações necessários para abranger todo o sistema, temos uma capacidade única de auxiliar os clientes na eletrificação de suas aplicações.
Conversão e colocação em funcionamento da pá-carregadeira
Ao desenvolvermos máquinas conceituais, nossa intenção é demonstrar o portfólio Editron, desenvolver novas competências focadas internamente em torno da eletrificação e criar plataformas que possam ser construídas e usadas no futuro. Quanto aos veículos, o objetivo é construir uma máquina capaz de igualar ou superar o desempenho atual e atender às expectativas do usuário.
Como nosso objetivo para a pá-carregadeira era melhorar o desempenho geral, a equipe decidiu repensar toda a arquitetura do sistema, em vez de realizar uma troca de motor. Depois de amplas pesquisas, nossos engenheiros concluíram que uma configuração com dois motores (um para propulsão e outro para função de trabalho) propiciaria eficiência, controle e benefício líquido ideais para o veículo eletrificado.
A equipe de Nordborg começou com a desmontagem de um modelo de pá-carregadeira OEM já existente, retirando quase todos os componentes internos até que restasse pouco além de um chassi vazio a ser desenvolvido. Antes de começarmos o dimensionamento dos subsistemas, foram estabelecidas metas de desempenho para dar orientação sobre como a equipe dimensionaria os diferentes componentes. Depois que esses objetivos foram estabelecidos, a equipe pôde começar a dimensionar os diferentes subsistemas: propulsão, função de trabalho, arrefecimento e gerenciamento de potência.
Ao desenvolvermos o veículo em nosso ADC, nossa equipe de desenvolvimento conceitual teve acesso às ferramentas e ambientes de teste corretos necessários para garantir o desempenho da pá-carregadeira. Isso incluiu uma pista de testes com inclinações graduadas, poços de cascalho e outras características que oferecem uma enorme vantagem aos nossos engenheiros ao ajustar o controle dessa máquina. A equipe também usou ferramentas avançadas de simulação capazes de testar e executar software a partir de um computador de mesa usando um controle de Xbox. Com esses recursos à nossa disposição, podemos garantir a qualidade de nossas soluções.
Visão geral do hardware
Utilizamos o hardware Editron exclusivamente para construir o sistema elétrico das pás-carregadeiras. Os motores e inversores Editron acionam tanto as funções de propulsão quanto de trabalho, enquanto os conversores CC-CC e os filtros LCL são usados para gerenciamento de potência. A separação das funções de propulsão e trabalho hidráulico também causa um impacto significativo no dimensionamento dos subsistemas.
A função de propulsão de nossa pá carregadeira é composta por um único motor EM-PMI375-T800 com dois inversores EC-C1200-450 para acionamento. O motor se conecta a uma caixa de engrenagens de duas velocidades, que tem uma caixa de transferência usada para realizar o torque direto ao eixo dianteiro ou traseiro. A função de trabalho hidráulico da pá-carregadeira usa nosso motor EM-PMI240-T180 e o inversor EC-C1200 para acionar uma bomba hidráulica Danfoss Série 45. Com a separação da função de trabalho do sistema de propulsão, a velocidade de entrada para a bomba se torna independente da propulsão e pode ser controlada de forma variável para reduzir o consumo de energia e otimizar a eficiência. O motor elétrico pode ajustar e atingir a velocidade mais rapidamente do que um motor a diesel, aumentando a resposta da lança da carregadeira e facilitando a operação para o usuário.
A distribuição geral de energia do sistema é gerenciada por alguns componentes eletrônicos de potência do portfólio da Editron. Esses componentes são necessários para direcionar a energia de e para as duas baterias diferentes integradas, e também a conexão com a rede usada para carregamento. A pá-carregadeira conta com um armazenamento de energia principal composto por uma bateria de 800 V, além de uma bateria de 24 V para funções auxiliares. Nosso conversor CC-CC EC-IDC24 é usado para ajustar os níveis de tensão entre a bateria de 24 V e o restante do sistema, e o conversor EC-C1200-450 com nosso filtro EC-LCL1200 se conecta à rede para gerenciar o carregamento da bateria principal. Esses componentes eletrônicos de potência permitem que todo um sistema elétrico seja construído a partir do portfólio da Editron.
Além disso, os displays, joysticks, pedais e controladores de software vêm do portfólio da DPS. Ao combinar esse hardware com o software desenvolvido e gerenciado por nossas ferramentas PLUS+1®, a Danfoss demonstra a amplitude do portfólio e o conhecimento interno que nossas equipes têm para dar suporte à nova geração de soluções eletrificadas fora de estrada.
Visão geral do software
Com os mais recentes avanços em controles eletrônicos, tanto em hardware quanto em software, as máquinas atualmente no mercado fora de estrada se tornaram cada vez mais complicadas e avançadas. Hoje, desenvolver e controlar essas máquinas exige um amplo desenvolvimento de software e ferramentas para dar suporte ao veículo durante toda a sua vida útil. Investimos fortemente na construção de nossa plataforma PLUS+1® para dar suporte às necessidades de software dos clientes, desenvolvedores, testadores e engenheiros para projetar soluções para o controle de máquinas móveis.
No PLUS+1®, os desenvolvedores têm acesso a uma variedade de blocos de função e bibliotecas pré-desenvolvidos, além de blocos de conformidade (drivers de dispositivo) para nosso hardware e um conjunto cada vez maior de componentes terceirizados. A mais recente adição ao nosso portfólio é o bloco Editron Motor Control (MCU), que funciona com o EC-C1200-450 para acionar nossos motores. Nossas equipes de engenharia conseguiram usar esse bloco ao gravar o software para controle do veículo. Durante o desenvolvimento e implementação do software em nossa pá-carregadeira conceitual, a equipe conseguiu construir a partir de blocos e bibliotecas existentes relacionados a sistemas hidrostáticos.
Nosso ambiente PLUS+1® traz diversas vantagens para os usuários. Ele fornece aos usuários um ecossistema completo, permitindo que projetem do zero ou importem o código existente, caso queiram. Sejam quais forem as ferramentas utilizadas para gravar código e controlar hardware em suas aplicações hidráulicas atuais, os OEMs ainda têm o desafio de aprender sobre tudo ligado à eletricidade: inversores, baterias, sistemas de carregamento etc. Com o desenvolvimento dessa solução conceitual no PLUS+1®, podemos criar essa solução incrível, ao mesmo tempo em que desenvolvemos um novo software que, por fim, será levado aos nossos clientes para uso e economia de tempo no desenvolvimento. Isso aprimorará ainda mais não apenas nossas ferramentas e recursos internos, mas também o software e as ferramentas de que nossos clientes precisam.
Desempenho e melhorias
A transição para o sistema elétrico a bateria oferece muitas oportunidades de melhorar o desempenho. Quando a tecnologia, a infraestrutura de carregamento e o conhecimento desses veículos elétricos chegarem a um determinado patamar, as soluções que aproveitam todas as vantagens da eletrificação em seu design superarão o desempenho de seus equivalentes a diesel e se tornarão padrão no mercado.
