Ciężkie pojazdy odpowiadają za prawie 40 proc. emisji CO₂ z europejskiego ruchu drogowego, a przesadzić je na prąd jest znacznie trudniej niż zwykłe auto osobowe. Badacze z unijnego projektu RHODaS zajrzeli tam, gdzie zwykle nikt nie patrzy – do elektroniki, która rozdziela energię między akumulatorem a silnikiem. Postawili na nowe półprzewodniki, modułową budowę i testy aż po pełną skalę – a na końcu możesz sprawdzić, czy masz głowę do elektromobilności.
Samochody elektryczne na ulicach nikogo już nie dziwią. Z ciężarówkami jest inaczej. Pojazdy ciężkie odpowiadają za prawie 40 proc. emisji CO₂ z ruchu drogowego w Europie, a ich elektryfikacja napotyka spore ograniczenia technologiczne. Krótko mówiąc: im większy pojazd i im dłuższa trasa, tym trudniej.
Właśnie tym zajął się finansowany przez UE projekt RHODaS, koordynowany przez Uniwersytet Politechniczny Katalonii (UPC) w Hiszpanii. Prace trwały od maja 2022 r. do końca stycznia 2026 r.
Kiedy myślimy o aucie elektrycznym, widzimy zwykle akumulator i silnik. Tymczasem między nimi pracuje coś, o czym mało kto słyszał: przekształtniki energoelektroniczne. To one zarządzają przepływem energii z akumulatora do silnika elektrycznego. David Lumbreras z UPC nazywa je wprost krytycznymi interfejsami całego układu.
Do tej pory takie układy budowano na półprzewodnikach krzemowych. Krzem jednak ma swoje granice.
Z pomocą przychodzą półprzewodniki o szerokim paśmie wzbronionym. Mogą pracować przy częstotliwościach przełączania powyżej 100 kHz, a przy tym generują mniejsze straty niż krzem. W praktyce oznacza to przekształtniki o wysokiej gęstości mocy – czyli dokładnie to, czego potrzebuje transport długodystansowy.
Zespół RHODaS postawił na duet dwóch materiałów i każdy dostał inną rolę:
Połączenie obu dało wyższą sprawność, mniejszą objętość układu i mniejsze zakłócenia elektromagnetyczne.
Najważniejszym osiągnięciem projektu jest zintegrowany napęd silnikowy. Łączy on w jednej kompaktowej, modułowej obudowie trzy rzeczy: energoelektronikę, zarządzanie ciepłem i cyfrowe sterowanie.
Modułowość nie jest tu ozdobnikiem. Taką konstrukcję łatwiej naprawić, jest bardziej odporna na awarie, a tę samą bazę można skalować do różnych mocy. Zamiast projektować wszystko od zera dla każdego pojazdu, można dobrać moduły do potrzeb.
Pomysły sprawdzono w trzech krokach. Najpierw na poziomie materiału: urządzenia i napędy badano pod kątem naprężeń, integralności działania i odporności na szum elektromagnetyczny. Potem w skali laboratoryjnej przetestowano sam przekształtnik. Na końcu przyszła pora na pełną skalę – pełnowymiarowy zintegrowany napęd, sprzężony ze skrzynią biegów, trafił na stanowisko testowe.
„Z powodzeniem osiągnęliśmy nasze techniczne kamienie milowe” – podsumowuje David Lumbreras.
Nie wszystko poszło gładko. Największą nauczką okazała się niestabilność wczesnych, przedseryjnych tranzystorów z azotku galu. Żeby układ działał stabilnie, sprzęt trzeba było gruntownie przeprojektować.
To dobra wiadomość dla każdego, kto dopiero zaczyna przygodę z inżynierią. Nawet w dużym europejskim projekcie nowy komponent potrafi zaskoczyć, a reakcją nie jest porzucenie pomysłu, tylko poprawka konstrukcji.
Konsorcjum ma już plany na kolejne kroki. Modułowy napęd ma zostać przeskalowany na szersze klasy pojazdów, a wyniki zintegrowane z planami partnerów przemysłowych, takich jak Valeo Siemens.
Ciekawie robi się przy modelach biznesowych. Zespół chce rozwijać rozwiązania gospodarki o obiegu zamkniętym, np. „produkt jako usługa” albo leasing. Do tego dochodzą cyfrowe paszporty pojazdów (DVP) – bezpieczne, oparte na chmurze zapisy całego cyklu życia pojazdu. Mają ułatwić serwis na poziomie pojedynczych komponentów i ponowne wykorzystanie części.
RHODaS wspierał też budowę sieci innowacji łączącej uczelnie z przemysłem. Jej zadaniem jest pomoc w wykorzystaniu wyników projektu i stałe dostarczanie sektorowi nowoczesnych technologii. Dla studentów kierunków technicznych to sygnał, że energoelektronika nie zamyka się w laboratorium – prowadzi prosto do fabryk i na drogi.
Lumbreras liczy, że projekt będzie miał trwały wpływ: przyczyni się do celów unijnego Zielonego Ładu i do poprawy jakości powietrza. Zwraca też uwagę, że solidny europejski łańcuch dostaw energoelektroniki zmniejszy zależność od producentów spoza UE.
Elektryczna ciężarówka to nie tylko większa bateria. Kluczem jest elektronika, która sprawnie przekazuje energię do silnika. Projekt RHODaS połączył węglik krzemu i azotek galu w modułowym napędzie, przetestował go aż do pełnej skali i wyciągnął wnioski z problemów z tranzystorami. Teraz rozwiązanie ma trafić do kolejnych klas pojazdów.
Artykuł powstał na podstawie materiału CORDIS (© Unia Europejska).
5 pytań · minuta
poleca:
