Koeling bij de elektrificatie van mobiele systemen

Hoe belangrijk is koeling bij elektrisch aangedreven mobiele systemen? Door verschillende factoren is dit niet langer een nice-to-have maar een must geworden. Het verhoogt de prestaties en verbetert de levensduur van de oplossing en staat dus centraal voor veel applicatieontwikkelaars. VARIODRIVE biedt een uniek QDC water glycol koelsysteem van Parker dat ingezet kan worden bij uiteenlopende toepassingen. In dit artikel kijken we noodzaak voor een koelsysteem en bespreken we twee toepassingen waarbij dit uitkomst bood.

De noodzaak van koeling bij elektrisch aangedreven mobiele systemen

Elektrische voertuigen zijn de toekomst. Dat geldt niet alleen voor personenvoertuigen maar ook voor industriële (off-road) mobiele werktuigen. Waar nu het overgrote deel van de mobiele werktuigen,  bouwmachines en voertuigen nog volledig door Internal Combustion Engines (ICE) worden aangedreven zijn veel OEMs (Original Equipment Manufacturers) druk bezig met de transitie naar elektrisch aangedreven systemen. Dit zorgt voor diverse uitdagingen, één daarvan is het beheersen van de warmte huishouding.

Een elektrische aandrijving voor een mobiel systeem bestaat uit verschillende componenten voor het  omzetten van elektrische energie in mechanische energie, denk hierbij aan batterijen, regelaars, kabels en motoren. Elke energieomzetting die plaats vindt gaat gepaard met verliezen. Deze verliezen zijn het resultaat van o.a. ohmse verliezen, magnetische verliezen en wrijvingsverliezen. De verliezen die optreden in de verschillende componenten resulteren in een omzetting in warmte. Ondanks dat de componenten steeds efficiënter worden en daarmee minder warmte produceren worden ze ook steeds compacter en blijft het koelen ervan belangrijk. Koeling kan plaatsvinden op verschillende manieren, d.m.v. luchtkoeling en vloeistofkoeling. Een typische PMDC elektromotor de GVM van Parker met vloeistofkoeling kan 2 tot 3 keer meer vermogen leveren dan dezelfde GVM motor met luchtkoeling. Vloeistofkoeling resulteert daarmee in een compacte oplossing binnen de elektrische aandrijfsystemen voor mobiele toepassingen. Het goed en snel afvoeren van warmte met behulp van vloeistofkoeling verbetert de efficiëntie en de levensduur van componenten.

De snelle opkomst van elektrische toepassingen in met name de mobiele markten maken thermisch beheer steeds belangrijker. Waar dit voorheen uitsluitend gezien werd als kostenpost wordt dit economisch steeds belangrijker omdat het zorgt voor een hogere efficiëntie en daarmee een langere levensduur van de batterij en hogere prestaties. Een kosten-gerichte oplossing voor thermisch beheer optimaliseert het proces en verbetert de prestaties van de totale applicatie waardoor een geëlektrificeerde oplossing steeds aantrekkelijker wordt.

QDC water glycol koelsysteem

Parker ontwikkelde een betrouwbare, efficiënte geïntegreerde oplossing waarbij de QDC 006 koeler centraal staat. In combinatie met de zeer efficiënte Parker GVM motor en GVI omvormer heeft de machinebouwer een compleet systeem voor uiteenlopende toepassingen. Uiteraard wordt dit aangevuld met een uitgebreid programma aan hydraulische pompen en filtratiecomponenten waardoor de oplossing uit een hand te betrekken is.

Architectuur van een mobiele elektrificatie toepassing met koeling

Key facts:

• Ontworpen special voor koeling van componenten voor mobiele elektrificatie zoals ePTO
• Compacte afmetingen
• Plug & Play: eenvoudige integratie
• IQAN regeling en aansturing
• PWM regeling voor de pomp en de ventilator
• Ruimte voor aansluiten sensoren
• IP68 bescherming (met pomp)
• IP 6K 9K (alleen koeler)

Parker heeft naast de QDC 600 ook andere koelers in het programma die ingezet worden bij elektrificatie vraagstukken. Hoe dat er in de praktijk uitziet laten we graag zien aan de hand van twee voorbeelden.

Voorbeeld vuilniswagen

Een klant ontwikkelde een geëlektrificeerde vuilniswagen op basis van een bestaand chassis en al snel werd duidelijk dat de geëlektrificeerde hydrauliek, eMotor en omvormer gekoeld moesten worden. Er was alleen nog maar zeer beperkt ruimte beschikbaar voor de koeling en er moest in korte tijd een grote hoeveelheid warmte worden afgevoerd.

Parker realiseerde een oplossing rond de QDC 24 VDC koelunit voor een water-glycol mix. De pomp en ventilator worden d.m.v. een PWM signaal in snelheid geregeld waardoor er een nauwkeurige temperatuurregeling mogelijk is. Met de toegepaste architectuur in componenten opbouw en temperatuurregeling kon het systeem geïntegreerd worden in de bestaande constructie van het voertuig.

Toepassing van een vuilniswagen met geëlectrificeerde hydrauliek en koelsysteem

Voorbeeld boormachine

Voor het elektrificeren van een verticale boormachine op basis van ook hier een bestaand chassis bleek opnieuw dat de geselecteerde hydrauliek, eMotor en omvormer specifiek gekoeld moesten worden. Wat deze situatie extra interessant maakt is dat er op een relatief grote afstand gekoeld moest worden en er dus twee koeloplossing gerealiseerd moesten worden in de beperkte beschikbare ruimte.

Parker koos ervoor om de hydrauliek apart te koelen van de eMotor en omvormer met elk een eigen oplossing en koelvloeistof. Voor de elektrische componenten is gekozen voor de krachtige 24 VDC koeloplossing met een 50% glycol-water-mix terwijl zij juist kozen voor de QDC 600 VDC oplossing als koelsysteem voor de hydrauliek. De koelmatrix van dit laatste systeem werd geoptimaliseerd voor olie. Het resulteerde in een koeloplossing die probleemloos de hele applicatie kan koelen en past in de beschikbare bouwruimte.

Voorbeeld van een boormachine met een QDC600 Volt koelsysteem

Aan de slag met elektrificatie?

Ben jij als applicatieontwikkelaar ook bezig met elektrificatie of ben je benieuwd naar de mogelijkheden? Wij praten je met plezier bij over de complete oplossingen die VARIODRIVE mede door de Parker producten kan bieden. Van koeling en aandrijving tot hydrauliek en besturing, wij beschikken over alle kennis om een breed palet aan (industriële) toepassingen te elektrificeren. Ga in gesprek met VARIODRIVE en ontdek hoe wij jou helpen om jouw toepassing economisch zo aantrekkelijk mogelijk te elektrificeren.

Meer weten over E-mobility? Download het whitepaper: