Na rynek europejski wchodzi nowy układ e-axle na potrzeby pojazdów elektrycznych trzeciej generacji
UE ustanowiła kluczowe cele, aby do 2030 roku zmniejszyć emisje CO2 z samochodów osobowych o 55 % i samochodów dostawczych o 50 %. Wzrost popularności pojazdów elektrycznych ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia tych celów. W związku z tym istnieje jednak szereg wyzwań. Obejmują one opracowanie nowych komponentów, systemów i architektur na potrzeby nowej generacji pojazdów elektrycznych, które spełnią oczekiwania użytkowników końcowych pod względem kosztów, wygody podróży na duże odległości i komfortu. Aby rozwiązać ten problem, w ramach finansowanego ze środków UE projektu FITGEN opracowano funkcjonalnie zintegrowany układ e-axle. „Naszym celem było opracowanie, zbudowanie prototypów i przetestowanie kilku kluczowych technologii niezbędnych do stworzenia pojazdów elektrycznych nowej generacji”, wyjaśnia Michele De Gennaro, koordynator projektu. Komponenty te to nowy, szybki silnik elektryczny z magnesami trwałymi, nowy falownik zaprojektowany z wykorzystaniem najnowszej generacji przełączników mocy z węglika krzemu zapewniających wysoką wydajność oraz nowa przekładnia dopasowana do szybkiego silnika. „Komponenty zaprojektowano tak, aby były fizycznie i funkcjonalnie zintegrowane, dzieląc wspólny obwód chłodzenia, oraz osadzone w nowatorskiej, odpornej na awarie 6-fazowej architekturze zasilania, która wykorzystuje wbudowaną przetwornicę DC/DC do elastycznej pracy przy napięciu 400/800 V i umożliwia superszybkie ładowanie pojazdu”, podkreśla De Gennaro.
Opracowywanie funkcjonalnie zintegrowanego układu e-axle
Dzięki projektowi FITGEN układ e-axle jest naprawdę produktem nowej generacji. Zespół projektu przekroczył początkowo obrany cel maksymalnej prędkości obrotowej silnika na poziomie 18 000 obr./min, osiągając wartość 23 000 obr./min i utrzymując 27 600 obr./min w teście nadmiernej prędkości. „Osiągnięta maksymalna prędkość obrotowa wypadła o 28 % lepiej niż w najlepszej w swojej klasie technologii dostępnej na rynku w 2022 roku. Pozwala to na pokonanie grawimetrycznego wskaźnika mocy wynoszącego 6 kW/kg”, podkreśla De Gennaro. Wynik ten jest o jedną trzecią lepszy niż w najnowocześniejszej technologii z 2022 roku. „Osiągi te uzyskano przy użyciu zaledwie 1,35 kg magnesów NdFeB, tj. 40 % mniej niż w najnowocześniejszej technologii, co pozwala na kluczowe ograniczenie wykorzystanie rzadkich zasobów i zaoszczędzenie środków finansowych”, dodaje De Gennaro. Co więcej, falownik osiągnął wskaźnik mocy wolumetrycznej na poziomie 35 kW/l, podwajając osiągi najnowocześniejszej technologii i osiągając sprawność szczytową na poziomie 99 %. „Oprócz tych wyników poszczególnych komponentów w ramach projektu FITGEN udało się osiągnąć najlepsze osiągi po instalacji; układ zamontowano w Fiacie 500e, gdzie wykazano zużycie energii na poziomie 135 Wh/km przy napięciu 400 V i 123 Wh/km przy napięciu 800 V, przewyższając wartość porównawczą o 10 do 15 % pod względem efektywności energetycznej”, informuje De Gennaro.
Wprowadzanie technologii FITGEN na rynek
Zespół przewiduje, że technologie opracowane w ramach projektu FITGEN trafią na rynek pomiędzy rokiem 2025 a 2030. Obejmą one zarówno samodzielne części, jak i komponenty wbudowane w inne produkty lub w postaci zintegrowanego produktu. „Przewiduję, że w dłużej perspektywie FITGEN umożliwi rozwój całej branży motoryzacyjnej”, podkreśla De Gennaro. Jeśli chodzi o kolejne kroki, De Gennaro podsumowuje: „Wciąż pozostaje wiele do zrobienia, a projekt FITGEN postrzegamy jedynie jako punkt wyjścia. Z perspektywy konsorcjum wszystko wskazuje na to, że silnik elektryczny FITGEN może wkrótce stać się produktem, a egzemplarz demonstracyjny FITGEN, wyposażony w 6-fazowy układ e-axle, posłuży za platformę do opracowania niezawodnego algorytmu sterowania napędem elektrycznym, obejmującego logikę autonomicznej jazdy”. Prace i wyniki projektu wykraczają poza sam rozwój pojazdów elektrycznych i wpływ na rynek. Czołowy producent oryginalnego sprzętu lotniczego wyraził zainteresowanie portfelem technologii FITGEN do zastosowania w swojej linii statków powietrznych lotnictwa ogólnego.
Słowa kluczowe
FITGEN, układ e-axle, pojazdy elektryczne, silnik elektryczny, falownik, emisje CO2
