Těžká nákladní vozidla mají na svědomí téměř 40 % emisí CO₂ ze silniční dopravy v Evropě a přechod na elektrický pohon je u nich mnohem obtížnější než u běžného osobního auta. Výzkumníci z projektu RHODaS financovaného z prostředků EU se podívali tam, kam se lidé obvykle nedívají – na elektroniku, která rozděluje energii mezi baterii a motor. Vsadili na nové polovodiče, modulární konstrukci a zkoušky až v plném měřítku. A na konci si můžeš ověřit, jestli to s elektromobilitou umíš.
Elektrická auta na ulicích už nikoho nepřekvapí. U kamionů je to jiná písnička. Těžká nákladní vozidla mají na svědomí téměř 40 % emisí CO₂ ze silniční dopravy v Evropě a jejich elektrifikace naráží na značná technologická omezení. Stručně řečeno: čím větší vozidlo a delší trasa, tím je to těžší.
Právě tím se zabýval projekt RHODaS financovaný z prostředků EU, který koordinovala Polytechnická univerzita Katalánska (UPC) ve Španělsku. Práce probíhaly od května 2022 do konce ledna 2026.
Když si představíme elektrické auto, vybavíme si obvykle baterii a motor. Mezi nimi ale pracuje něco, o čem slyšelo jen málo lidí: výkonové elektronické měniče. Řídí tok energie z baterie do elektromotoru. David Lumbreras z UPC je zcela prostě nazývá kritickým rozhraním celého systému.
Dosud se takové systémy stavěly na polovodičích na bázi křemíku. Křemík má ale své meze.
Pomoc přicházejí od polovodičů se širokým zakázaným pásem. Mohou pracovat při spínacích frekvencích nad 100 kHz a přitom mají výrazně nižší ztráty než křemík. V praxi to znamená měniče s vysokou hustotou výkonu – přesně to, co potřebuje dálková přeprava.
Tým RHODaS vsadil na dvojici dvou materiálů a každému přidělil jinou roli:
Spojení obou přineslo vyšší účinnost, menší objem systému a nižší elektromagnetické rušení.
Ústředním výsledkem projektu je integrovaný pohon motoru. V jednom kompaktním modulárním pouzdře spojuje tři věci: výkonovou elektroniku, řízení teploty a digitální řízení.
Modularita tu není jen ozdoba. Takové řešení se snáze opravuje, lépe snáší poruchy a stejnou základní konstrukci lze přizpůsobit různým výkonům. Místo navrhování všeho od nuly pro každé vozidlo se dají moduly vybírat podle potřeby.
Myšlenky se ověřovaly ve třech krocích. Nejprve na úrovni materiálu: součástky a budiče se zkoumaly z hlediska zátěže, funkční integrity a odolnosti vůči elektromagnetickému šumu. Poté se zkoušel měnič v laboratorním měřítku. Nakonec přišlo plné měřítko – na zkušební stolici se ocitl integrovaný pohon motoru v plné velikosti spojený s převodovkou.
„Naše technické milníky jsme úspěšně splnili,“ shrnuje David Lumbreras.
Ne všechno šlo hladce. Největší poučení přinesla nestabilita prvních předsériových tranzistorů z nitridu galia. Aby systém fungoval stabilně, bylo nutné hardware důkladně přepracovat.
Pro každého, kdo s inženýrstvím teprve začíná, je to dobrá zpráva. I ve velkém evropském projektu může nová součástka překvapit a odpovědí není vzdát se nápadu, ale opravit návrh.
Konsorcium už má plány dalších kroků. Modulární pohon se má rozšířit na širší škálu tříd vozidel a výsledky se mají promítnout do plánů průmyslových partnerů, například společnosti Valeo Siemens.
Zajímavé je to u obchodních modelů. Tým chce vyvinout řešení oběhového hospodářství, například „produkt jako služba“ nebo leasing. K tomu přibývají digitální pasy vozidel (DVP) – zabezpečené záznamy o celém životním cyklu vozidla uložené v cloudu. Mají usnadnit servis na úrovni jednotlivých součástí a opětovné využití dílů.
RHODaS podpořil také vznik inovační sítě, která propojuje univerzity s průmyslem. Jejím úkolem je pomáhat výsledky projektu uplatnit v praxi a dál dodávat odvětví nejmodernější technologie. Pro studenty technických oborů je to signál, že výkonová elektronika nezůstává v laboratoři – vede přímo do továren a na silnice.
Lumbreras doufá, že projekt bude mít trvalý dopad: přispěje k cílům Zelené dohody pro Evropu a ke zlepšení kvality ovzduší. Upozorňuje také, že pevný evropský dodavatelský řetězec pro výkonovou elektroniku sníží závislost na výrobcích mimo EU.
Elektrický kamion není jen větší baterie. Klíčem je elektronika, která předává energii motoru efektivně. Projekt RHODaS spojil v modulárním pohonu karbid křemíku a nitrid galia, vyzkoušel ho až v plném měřítku a poučil se z potíží s tranzistory. Teď se má řešení dostat k dalším třídám vozidel.
5 otázek · jedna minuta
English
Čeština
Deutsch
Español
Français
Magyar
Italiano
Polski
Português
Русский
Slovenčina
Türkçe
Українська
العربية
中文