Danfoss （ダンフォス）：2022年8月18日木曜日
・たくさんの学習は電気的です!
ダンフォスは、私たちの世界が今日直面している気候危機に対処するための行動と技術リーダーシップの必要性を認識しています。よりクリーンで持続可能な未来を創造することは、私たちの価値観の中心であり、より良い未来に貢献する革新的なソリューションを開発するためにチームをプッシュします。Danfoss Editronポートフォリオと電化の未来に投資することで、私たちは電化オフハイウェイ市場のリーダーになりました。モバイル機械と油圧の長く著名な歴史を持つEditron部門は、Danfoss製品、ツール、エンジニアリングチームの強力なグループに基づいて、流通パートナーである顧客とエンドユーザーに多大な利益をもたらす明日の電化技術を創造しています。
概念実証(POC)車両への最近の投資と、これらのソリューションの構築に専念するリソースを通じて、電化オフハイウェイマシンの開発を理解し、加速することにコミットしています。デンマークのNordborg（ノーボー）にあるアプリケーション開発センター(ADC)では、既存の13トンホイールローダーをフルバッテリー電気自動車に変換し、アプリケーションの専門知識を活用して、市場をリードするイノベーションを通じてこれらの車両と技術の未来を開拓しました。
世界が正味ゼロの排出目標に向かっているため、あらゆる種類のアプリケーション、特にモバイル機械の電化に重点を置いています。電気機械とパワーエレクトロニクスの広範なポートフォリオを持つEditron製品は、幅広い車両サイズ、サブシステムアプリケーション、パワートレインアーキテクチャをカバーしています。Editronは、油圧とモバイル機械の専門知識に加えて、長年のアプリケーション知識を活用して市場をリードするソリューションを開発しています。
■ホイールローダーが電動になる
これらの製品を開発するには、車両を電動化する際にお客様が直面するアプリケーションと課題を深く理解する必要があります。これが私たちがPOCマシンに投資した理由です。前述の変換プロジェクトのホイールローダーアプリケーションをスコープする際には、燃料消費量を大幅に削減することを期待して、大型車両を電動化するという課題を望んでいました。ホイールローダーは一般的なアプリケーションであり、これらの車両は毎年大量に生産されています。ホイールローダーの設計とシステムアーキテクチャを進めることで、目標は市場全体に拡大できるインパクトを生み出し、電化から最大の純利益を提供し、これらの学習を他のアプリケーションに適用することでした。
電化は炭素排出量の削減に焦点を当てたメガトレンドですが、制御性、ノイズリダクション、総所有コスト(TCO)の削減など、所有者やオペレーターに他の多くの方法で価値を追加します。ハイブリッド車はまた、現在の技術機能で完全に電化できないアプリケーションで排出量と燃料消費量を削減する上で重要な役割を果たしています。
■電気自動車用ケースの構築
電気自動車のケースは、電化艦隊をサポートするためのインフラストラクチャを購入して確立するために必要な前払いの金融資本を正当化するために、生涯にわたって十分な価値を提供しなければならないため、依然として課題です。オフハイウェイで電化を推進する重工業規制がなければ、強力なビジネスケースがあるという証拠を提供するのは顧客次第です。
一方、これらの電気自動車の性能が向上したため、オペレーターは生産性の向上を楽しむことができます。ヒューマンマシンインタラクション(HMI)は、あらゆるアプリケーションで非常に重要であり、オペレーターが車両を安全に制御し、必要なタスクを実行できるようにします。通常、電気自動車はより良い制御性とより迅速な動的応答を提供し、オペレーターが仕事をするのに役立ちます。この制御は、これらの車両の消費電力を最適化する上で大きな役割を果たします。電力を再生し、さまざまなサブシステムを独立して制御する能力により、車両とオペレーターの効率は従来のディーゼル油圧機械よりも大幅に高くなる可能性があります。これらの利点を騒音と排出量の削減と組み合わせると、オペレーターは通常、より快適な作業体験を楽しむことができます。
■システム設計へのアプローチ
車両の設計は、フロントエンドの計画と市場とエンドユーザーの期待を深く理解する必要がある複雑なプロセスです。市場がバッテリーと燃料電池を搭載したゼロエミッション車に移行し始めると、システム設計へのアプローチも変更する必要があります。
各電化プロジェクトでは、すべての異なるビジネスユニットからリソースを引き出し、チームは市場と一緒に学んでいます。お客様と同じ電化の課題の多くに直面することで、私たちは専門知識を構築し、ツールを研ぎ澄まし、製品を改善しています。あらゆる機械を構築するには、電動化、静水圧、ソフトウェア、機能安全、システム設計、およびその他の分野に欠かせないものです。システム全体をカバーするポートフォリオとアプリケーションの知識により、お客様のアプリケーションの電化をサポートする非常にユニークな能力を持っています。
■ホイールローダーの変換と試運転
POCマシンを開発することにより、私たちの意図は、Editronポートフォリオを紹介し、電化を中心とした内部的に新しいコンピテンシーを構築し、将来構築および使用できるプラットフォームを作成することです。車両に関しては、目標は、現在のパフォーマンスを満たすか、それを上回り、ユーザーの期待に応えることができるマシンを構築することです。
ホイールローダーの目標は全体的なパフォーマンスを向上させることだったので、チームはエンジンスワップを実行するのではなく、システムアーキテクチャ全体を再考することにしました。広範な研究を通じて、当社のエンジニアは、2つのモーター構成(推進機能と作業機能のためにそれぞれ1つずつ)が電動車両に最適な効率、制御、純利益を提供すると結論付けました。
Nordborgのチームは、既存のOEMホイールローダーモデルを分解し、構築する空のシャーシしかなくなるまで、ほぼすべての内部コンポーネントを剥がすことから始めました。サブシステムのディメンシングを開始する前に、チームがさまざまなコンポーネントをどのようにサイズ設定するかを指示するためにパフォーマンス目標が設定されていました。これらの目標が設定されると、チームは推進、作業機能、冷却、電力管理など、さまざまなサブシステムのサイジングを開始できます。
ADCで車両を開発することで、POCチームはホイールローダーのパフォーマンスを確保するために必要な適切なツールとテスト環境にアクセスできました。これらには、この機械の制御を調整する際にエンジニアに大きな利点を提供する段階的な傾斜、砂利ピット、その他の機能を備えたテストトラックが含まれていました。チームはまた、Xboxコントローラーを使用してデスクトップコンピュータからソフトウェアをテストおよび実行できる高度なシミュレーションツールを使用していました。これらのリソースを自由に利用できることで、ソリューションの品質を確保することができます。
■ハードウェアの概要
Editronハードウェアのみを使用して、ホイールローダーの電気システムを構築しました。Editronモーターとインバータは推進機能と作業機能の両方を駆動し、DC-DCコンバータとLCLフィルタは電源管理に使用されます。推進作業機能と油圧作業機能の分離は、サブシステムの寸法測定にも大きな影響を与えます。
当社のホイールローダーの推進機能は、それを駆動する2つのEC-C1200-450インバータを備えた単一のEM-PMI375-T800モーターで構成されています。モーターは2速ギアボックスに接続し、フロントアクスルまたはリアアクスルにトルクを指示するために使用されるトランスファーケースを備えています。ホイールローダーの油圧作業機能は、EM-PMI240-T180モーターとEC-C1200インバーターを使用して、ダンフォスシリーズ45油圧ポンプを駆動します。作業機能を推進システムから切り離すことで、ポンプへの入力速度は推進力とは独立しており、消費電力を削減し、効率を最適化するために可変に制御することができます。電気モーターはディーゼルエンジンよりも速く速度を調整して到達できるため、ローダーブームの応答が増加し、ユーザーの操作が容易になります。
システムの全体的な配電は、Editronポートフォリオ内のいくつかの異なる電力電子部品によって管理されています。これらのコンポーネントは、ボード上の2つの異なるバッテリーとの間で電力を供給するために必要であり、充電に使用されるグリッド接続も必要です。ホイールローダーには、800Vバッテリーと補助機能用の24Vバッテリーで構成される主なエネルギー貯蔵があります。当社のEC-IDC24 DC-DCコンバータは、24Vバッテリとシステムの残りの部分との間の電圧レベルを調整するために使用され、EC-LCL1200フィルタを備えたEC-C1200-450コンバータは、メインバッテリの充電を管理するためにグリッドに接続します。これらのパワー電子部品は、Editronポートフォリオ内から完全な電気システムを構築することを可能にします。
さらに、ソフトウェア用のディスプレイ、ジョイスティック、ペダル、コントローラーはすべてDPSポートフォリオ内から来ています。このハードウェアをPLUS+1®ツールによって開発および管理されるソフトウェアと組み合わせることで、ダンフォスは、チームがオフハイウェイで次世代の電化ソリューションをサポートするために必要なポートフォリオの幅と内部知識を紹介しています。
■ソフトウェアの概要
ハードウェアとソフトウェアの両方の電子制御の最新の進歩により、オフハイウェイ市場における今日の機械はますます複雑で進歩しています。今日、これらの機械を開発および制御するには、生涯を通じて車両をサポートするための広範なソフトウェア開発とツールが必要です。当社は、顧客、開発者、テスター、エンジニアがモバイルマシンを制御するためのソリューションの設計に使用するソフトウェアニーズをサポートするために、PLUS+1®プラットフォームの構築に多額の投資をしてきました。
PLUS+1®内では、開発者は、事前に開発されたさまざまなファンクションブロックとライブラリ、およびハードウェアおよび増え続けるサードパーティコンポーネントのコンプライアンスブロック(デバイスドライバ)にアクセスできます。ポートフォリオへの最新の追加は、EC-C1200-450と連携してモーターを駆動するEditronモータコントロール(MCU)ブロックです。当社のエンジニアリングチームは、車両を制御するためのソフトウェアを作成する際に、このブロックを活用することができました。POCホイールローダーにソフトウェアを開発および実装する際に、チームは静水圧システムに関連する既存のブロックやライブラリから構築することができました。
ユーザーは、PLUS+1®環境からいくつかの方法で利益を得ることができます。ユーザーに完全なエコシステムを提供し、必要に応じてゼロから設計したり、既存のコードをインポートしたりできます。現在の油圧アプリケーションでコードと制御ハードウェアを書くために使用されているツールに関係なく、OEMは依然としてインバーター、バッテリー、充電システムなど、電気的なすべてのものについて学ぶことに挑戦しています。PLUS+1®でこのPOCソリューションを開発することで、この信じられないほどのソリューションを作成しながら、最終的にお客様に使用して開発時間を節約できる新しいソフトウェアを開発することができます。これにより、当社のツールや内部機能だけでなく、お客様が必要とするソフトウェアやツールもさらに強化されます。
■パフォーマンスと改善
バッテリーエレクトリックへの移行は、パフォーマンスを向上させる多くの機会を提供します。これらの電気自動車の技術、充電インフラストラクチャ、知識が一定のしきい値を超えると、電動化のすべての利点を設計に活用するソリューションは、ディーゼルのカウンターパートを上回り、市場で標準になります。
ニュースリリース
＊リリース内容から「ですます調」で表記しています。