Gestione della potenza termica dei veicoli elettrici

Modine e Bosch Rexroth collaboreranno per il portafoglio di prodotti eLion di quest'ultima. (Illustrazione: Modine)

Bosch Rexroth e Modine collaborano per l'elettrificazione dei macchinari off-highway. Quest'ultima svilupperà versioni dei suoi sistemi di gestione termica EVantage per integrare i prodotti eLION di Bosch Rexroth nelle attrezzature off-highway elettrificate.

"Con il crescente passaggio a macchine mobili elettrificate, emerge l'esigenza parallela di gestire in modo efficiente la potenza termica di questi componenti cruciali", ha affermato Zifan Liu, ingegnere dei sistemi idraulici mobili di Bosch Rexroth. "Questa partnership rappresenta uno sforzo concertato per affrontare efficacemente questo problema e offrire agli utenti finali la macchina più produttiva possibile".

Advanced Thermal Systems di Modine ha progettato una soluzione di gestione termica completamente integrata e raffreddata a liquido per il portfolio eLION. Tale portfolio attualmente include un motore elettrico sincrono a magneti permanenti, un inverter elettrico, un caricabatterie integrato, un convertitore CC-CC, un'unità di distribuzione dell'alimentazione, cavi ad alta tensione e un controller. Con l'evoluzione del mercato, anche il catalogo eLION si è evoluto.

"Offrivamo ogni singolo componente necessario per queste macchine, ad eccezione del sistema termico", ha affermato Enrique Busquets, direttore Engineering Systems and Components di Bosch Rexroth, Fountain Inn, Carolina del Sud. "Per questo motivo, Bosch-Rexroth ha collaborato con diverse aziende come Ymer, Webasto, Wolfle ed Eberspacher. Negli Stati Uniti, abbiamo scelto Modine per realizzare un prototipo di macchina, il che ci consente di dimostrare come possiamo eccellere insieme nello sviluppo del sistema termico. Lavorare con Modine ci offre una prospettiva completa del sistema, che in molti casi è piuttosto vantaggiosa. È più facile per i clienti avere un unico punto di riferimento."

Elgin Sweeper ha scelto componenti Modine per la sua spazzatrice ibrida Pelican. (Foto: Modine)

Grazie a questa iniziativa non esclusiva, Modine potrà sfruttare le capacità di ciascuna azienda per aiutare i propri clienti a commercializzare le proprie apparecchiature elettrificate.

"Alcuni di loro stanno lavorando su una macchina di prima generazione, mentre altri sono già alla seconda e stanno lavorando per ottimizzare il design", ha affermato Jeremy Shiflett, Market Development Manager di Modine Advanced Thermal Systems . "Questa collaborazione offre loro l'opportunità di avere due aziende di livello mondiale che si uniscono e li aiutano a realizzare il prodotto di nuova generazione più rapidamente. Un aspetto che stiamo osservando tutti sul mercato oggi è che i tempi di sviluppo dei prodotti si sono accelerati. Prima ci accontentavamo di due o tre anni. Ora questi programmi potrebbero richiedere al massimo un anno o due prima di poter entrare in produzione. Bisogna essere rapidi e agili".

Il sistema di gestione termica EVantage della divisione Advanced Thermal Systems di Modine è progettato per integrarsi perfettamente con il portfolio eLION per mantenere una temperatura ottimale della batteria, raffreddare l'elettronica di potenza e garantire il comfort dell'operatore. Per il riscaldamento delle batterie e della cabina, l'azienda utilizza un riscaldatore a film sottile da 10 kW. Il design è costituito da un complesso sistema a strati di elementi riscaldanti, saldamente e direttamente collegati a una struttura di scambio termico a contatto con il liquido di raffreddamento.

Le prestazioni della macchina prima di tutto

Il primo istinto degli ingegneri addetti alle apparecchiature è "iniziare a parlare delle prestazioni delle macchine", ha affermato Busquets. "Quando capiscono come sono configurati i sistemi elettrici, si rendono conto che devono essere raffreddati, proprio come con le macchine idrauliche. Oggi, la maggior parte sa di aver bisogno di un sistema termico per batterie, motori e inverter".

Ma mantenere l'operatore soddisfatto in cabina può aggiungere un ulteriore livello di complessità: quando le batterie forniscono l'energia, non è più scontato che il calore venga fornito da un motore a combustione interna o addirittura da un sistema idraulico.

"Questi lavoratori utilizzano queste macchine per lunghi periodi di tempo", ha affermato Shiflett, "e l'obiettivo è far sì che si trovino a loro agio, in modo che la sicurezza e la produttività rimangano elevate".

"All'inizio, fornire all'operatore un sistema HVAC veniva quasi trascurato", ha affermato Busquets. "L'attenzione era rivolta alle prestazioni della macchina. Ora è semplicemente un sistema in più che viene preso in considerazione nell'architettura complessiva della macchina, perché è risaputo che è una necessità."

Il sistema di gestione termica delle batterie (BTC) di Modine con condensatore raffreddato a liquido, o L-Con BTMS, combina la tecnologia proprietaria dello scambiatore di calore con controlli intelligenti ed elettronica progettata per resistere agli ambienti sporchi e difficili tipici di applicazioni minerarie, edilizie, agricole, specializzate e di trasporto. (Foto: Modine)

Per Modine, "siamo davvero entusiasti di poter dimostrare con Bosch Rexroth in questo progetto il nostro sistema completo di gestione termica della batteria (BTMS) per EVantage", ha affermato Shiflett. "Oltre ad avere un riscaldatore per la batteria, utilizziamo i riscaldatori ad alta tensione anche per riscaldare la cabina. Stiamo ottimizzando i sistemi con una capacità sufficiente e un compressore che ci permettano di mantenere il livello di raffreddamento della batteria, offrendo al contempo il raffreddamento dei passeggeri".

Trovare il percorso

Le due aziende stanno attualmente lavorando per convertire una pala cingolata compatta che aiuterà a dimostrare l'approccio del sistema completo per garantire il comfort delle batterie, dei componenti elettronici e delle persone.

Shiflett e Busquets hanno affermato di essere stati impegnati ad aiutare i clienti a trovare un percorso verso l'elettrificazione che abbia senso per ogni parte interessata, e il comfort dell'operatore è spesso parte integrante della discussione.

"Quando si parla di HVAC", ha detto Busquets, "lo considero un indicatore della serietà degli OEM, onestamente. Quando si parla per la prima volta di un prototipo, non ci si concentra molto sul fatto che gli operatori siano a loro agio o meno, si vuole solo che le cose funzionino e si vuole dimostrare che offrono una certa efficienza o dei vantaggi. Il fatto che questo aspetto sia ora preso in considerazione e richiesto mi fa pensare che la tecnologia e la sua implementazione sul mercato siano oggi a un livello superiore".