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2022年8月18日

丹佛斯动力系统开发了带有全电驱动力总成系统的概念验证轮式装载机。 了解我们的电气解决方案能够如何让您——我们的分销合作伙伴、您的客户和最终用户受益。

丹佛斯认识到需要采取行动、运用领先技术来应对当今世界面临的气候危机。 开创更清洁、更可持续的未来是我们的价值观的核心,我们大力推动团队开发创新解决方案,助力创造美好未来。 我们投资 Danfoss Editron 产品组合和电气化未来,已然成为电气化非公路市场的领导者。 Editron 事业部在行走机械和液压领域历史悠久、成就斐然,并依托丹佛斯强大的产品、工具和工程团队,打造未来的电气化技术,您——我们的分销合作伙伴、您的客户和最终用户会受益无穷。

我们最近投资了概念验证 (POC) 车辆和专用于打造这些解决方案的资源,致力于了解电动非公路机械、加速开发。 我们在位于丹麦诺德堡的应用开发中心 (ADC) 充分利用应用专业知识,将现有的 13 吨轮式装载机改造成了完全由电池供电的电动汽车,以市场领先的创新成果,开拓此类车辆和技术的未来。

世界正朝着净零排放目标迈进,所有类型的应用都在关注电动化,尤其是行走机械。 Editron 产品拥有丰富的电机和电力电子产品组合,涵盖各种车辆尺寸、子系统应用和动力系统架构。 Editron 利用多年的应用知识,加上我们在液压和行走机械方面的专业知识,大力开发市场领先的解决方案。

轮式装载机实现电动化

开发这些产品需要深入了解应用及客户在车辆电气化方面遇到的挑战。 因此,我们投资了 POC 机器。 我们确定对轮式装载机应用上述转换项目,是想挑战大型车辆的电气化,希望能显著降低其油耗。 轮式装载机是常见的应用,年产量很高。 我们提升轮式装载机的设计和系统架构,目标是在整个市场扩大这一影响,实现电气化的最大净收益,然后把这些经验运用到其他应用领域。

电气化是专注于减少碳排放的大趋势,它也会在很多其他方面为车主和操作员增值,其中包括可控性、降噪和降低总拥有成本 (TCO)。 对于那些以目前的技术无法完全实现电气化的应用,混合动力汽车在减少排放和燃料消耗方面也发挥着关键作用。

开创电动汽车案例

开创电动汽车案例依然是一大挑战,因为电动汽车在其生命周期内必须提供足够的价值,证明购买和建立基础设施所需的前期金融资本是合理的,才能为电动汽车车队提供支持。 如果没有重型行业法规推动非公路电气化,就需要客户提供证据来证明有强大的商业案例。

同时,由于电动汽车性能提升,操作员可以尽享生产率的提高。 人机交互 (HMI) 在任何应用中都至关重要,可确保操作员安全控制车辆并执行必要的任务。 通常,电动汽车的可控性更好、动态响应更迅速,可以帮助操作员完成工作。 该控制性能在优化这些车辆的功耗方面发挥着重要作用。 凭借再生动力和不同子系统的独立控制,电动汽车及操作员的效率明显高于传统柴油液压机器。 这些优点加上噪音和排放物减少,通常会给操作员带来更舒适的工作体验。

系统设计方法

车辆设计是一个复杂的过程,需要前端规划和深入了解市场及最终用户的期望。 市场开始向电池和燃料电池提供动力的零排放汽车转变,系统设计方法也需要改变。

我们的每个电气化项目都从不同的业务部门获取资源,我们的团队跟随市场不断学习。 我们和客户一样面临着许多电气化挑战,我们不断积累专业知识、提升工具,改进我们的产品。 精通电气化、静液压、软件、功能安全、系统设计和其他领域,对于制造任何机器都至关重要。 我们的产品组合和应用知识涵盖整个系统,我们凭借自身独有的能力来支持客户应用的电气化。

轮式装载机转换和调试

开发 POC 机器旨在展示 Editron 产品组合,形成以电气化为中心的新能力,打造可以在未来构建和使用的平台。 在汽车方面,我们的目标是制造出达到或超过当前性能并满足用户期望的机器。

我们的轮式装载机目标是提高整体性能,因此,该团队决定重新思考整个系统架构,而不是更换发动机。 工程师通过大量研究得出结论,双电机配置(分别用于驱动和作业系统)可为电动汽车带来最佳效率、控制性能和净收益。

诺德堡团队先是拆除了现有的 OEM 轮式装载机,几乎拆掉了所有的内部组件,只剩下要打造的空底盘。 开始确定子系统的尺寸之前,我们设定了性能目标,指导团队如何确定不同组件的尺寸。 一旦设定了这些目标,团队就开始确定不同子系统的尺寸:驱动、作业、冷却和功率管理。

POC 团队在 ADC 开发车辆,可以获得合适的工具和测试环境,确保轮式装载机性能。 其中包括测试轨道,该轨道具有梯度坡度、砾石坑和其他特点,在调整机器控制性能时,可为我们的工程师带来巨大的优势。 该团队还使用了高级模拟工具,可以使用 Xbox 控制器在台式计算机上测试和运行软件。 利用这些资源,可以确保解决方案的质量。

硬件概览

我们使用了 Editron 硬件来打造轮式装载机的电动系统。 Editron 电机和逆变器驱动行走和作业系统,DC-DC 转换器和 LCL 滤波器用于功率管理。 行走和液压作业系统分离也会对子系统的尺寸产生重要影响。

我们的轮式装载机的行走系统包括一台 EM-PMI375-T800 电机,由两台 EC-C1200-450 逆变器驱动。 电机连接一个双速变速箱,该变速箱有一个分动箱,用于将扭矩导向前轴或后轴。 轮式装载机的液压作业系统使用我们的 EM-PMI240-T180 电机和 EC-C1200 逆变器来驱动丹佛斯 45 系列液压泵。 由于作业系统与行走系统分离,泵的输入转速与行走系统无关,可以进行不同的控制,从而降低功耗、优化效率。 与柴油机相比,电动机能够更快地调节和达到速度,装载机动臂的响应速度提高,更方便用户操作。

系统的整个动力分配由 Editron 产品组合中的几个不同电力电子元件管理。 需要用这些元件来引导两个机载电池之间的供电,以及用于充电的电网连接。 轮式装载机配有一个 800V 电池以及用于辅助功能的 24V 电池。 EC-IDC24 DC-DC 转换器用于调整 24V 电池和系统其余部分之间的电压水平,带有 EC-LCL1200 滤波器的 EC-C1200-450 转换器连接电网,管理主电池的充电。 这些电力电子元件可以在 Editron 产品组合内构建完整的电气系统。

此外,用于软件的显示屏、操纵杆、踏板和控制器均来自 DPS 产品组合。 该硬件与 PLUS+1® 工具开发和管理的软件相结合,展示了丹佛斯丰富的产品组合和我们团队的内部知识,为新一代的非公路电气化解决方案提供了支撑。

软件概览

电子控制在硬件和软件方面有了新进展,如今非公路市场的机器变得越来越复杂、先进。 目前,开发和控制这些机器需要大量的软件开发和工具,才能在车辆的整个生命周期提供支持。 我们大力投资 PLUS+1® 平台构建,满足客户、开发人员、测试人员和工程师的软件需求,以便设计行走机械控制解决方案。

在 PLUS+1® 中,开发人员可以访问各种预先开发的功能模块和库,以及用于硬件和不断增加的第三方组件的兼容模块(设备驱动程序)。 我们的产品组合新增了 Editron 电机控制 (MCU) 模块,与 EC-C1200-450 一起驱动我们的电机。 工程团队在编写控制车辆的软件时利用了该模块。 团队开发软件并在 POC 轮式装载机上实施,得以利用与液压系统相关的现有模块和库构建系统。

PLUS+1® 环境让用户受益匪浅。 它可以为用户提供完整的生态系统,用户可以从头开始设计,或者根据需要导入现有代码。 无论 OEM 用什么工具编写当前液压应用中的代码和控制硬件,都要了解方方面面的电气知识:逆变器、电池、充电系统等。 我们在 PLUS+1® 中进行开发,打造出了这个令人难以置信的 POC 解决方案,同时开发新的软件,最终推送给客户使用,为他们节省开发时间。 这不仅会进一步提升我们的工具和内部能力,还将进一步提升客户所需的软件和工具。

性能和改进

向电池电力的转变为提高性能带来了很多契机。 一旦这些电动汽车的技术、充电基础设施和知识超过一定门槛,这些解决方案会把所有电气化的所有优点融入到其设计中,超越柴油汽车,成为市场标准。