Elsto ontwikkelt hybride aandrijfsysteem in huis
Elsto Drives & Controls kreeg het verzoek om mee te denken over de mogelijkheid om een elektrische aandrijving te combineren met een range extender voor toepassing in een agrarisch voertuig. Dit was het begin van de ontwikkeling van een volledig nieuw hybride aandrijfsysteem dat het bedrijf presenteerde tijdens de Esef 2014.
In de wereld van personenvervoer wordt al geruime tijd ingezet op de ontwikkeling van duurzamere technologieën. Een voorbeeld daarvan is de komst van range extenders in hybride auto’s om het batterijpakket te kunnen laden tijdens bedrijf. Ook in de scheepvaart wordt naarstig gezocht naar duurzame alternatieven. Denk maar eens aan de alsmaar compacter wordende scheepsvoortstuwinginstallaties. Ook hierbij wordt sterk ingezet op accupakketten in combinatie met een DC-bus (660 V DC), om meerdere voortstuwingseenheden op een energie-efficiëntere wijze tegelijk te kunnen voeden.
Met de techniek van de DC-bus heeft Elsto Controls inmiddels zes jaar ervaring, sinds het de Agile- en Active Cube-frequentieregelaars van Bonfiglioli Vectron met DC-busaansluiting distribueert. Door deze DC-bus bidirectioneel toe te passen, slaagde het bedrijf er onder meer in om de regeneratieve energie die daarbij vrij kwam te hergebruiken voor andere machineonderdelen en aandrijfcomponenten. Ook paste het deze techniek toe voor een elektrische aandrijving met een elektronisch differentieel in voertuigen. Die expertise leidde ertoe dat Elsto ruim anderhalf jaar geleden de vraag kreeg om mee te denken over de ontwikkeling van een hybride aandrijfsysteem voor agrarische voertuigen die van spoorbreedte moeten kunnen wisselen om zich aan te kunnen passen aan het terrein. Die laatste eis is lastig voor een normale aandrijfas zoals die in auto’s zit, maar relatief eenvoudig als je voor elk wiel een aparte elektromotor gebruikt.
In samenwerking met TNO Transport & Mobility ontwikkelde Elsto in eigen beheer een nieuwe hybride aandrijving die het zo veel mogelijk opbouwde uit standaard componenten. Een dieselmotor met een vermogen van 130 kW is gekoppeld aan twee parallel geschakelde, compacte 55 kW permanente-magneetmotoren van AEG-Lafert. Door deze motoren oversynchroon te laten draaien, gedragen ze zich als generatoren en kunnen Active Cube-frequentieomvormers van Bonfiglioli de energie die daarbij vrijkomt, omzetten naar de DC-bus van 660 V DC. Aan deze DC-bus heeft Elsto vervolgens de wielaandrijvingen, hulpaandrijvingen en de batterijset gekoppeld.
Precisie
Voor de aandrijving van elke wiel heeft Elsto gekozen voor een zelf ontwikkelde 22 kW asynchrone driefase-AC-motor met vloeistofkoeling in combinatie met een planetaire wielaandrijving van Bonfiglioli Trasmital. Op deze manier worden alle vier de wielen individueel aangedreven. Om het iets lagere rendement van een asynchrone motor te compenseren, wordt gebruikgemaakt van veldversterking. Zo kan tot 5 km/u (bij bijvoorbeeld het ploegen) toch continu een drievoudig motorkoppel worden gerealiseerd en kan de tractor ook met 40 km/u (met lager koppel) op de openbare weg rijden.
Het complete aandrijfsysteem wordt elektronisch bestuurd vanuit een industriële PLC die via vier Can-bussen is gekoppeld aan tien gedistribueerde I/O-eilanden op het voertuig. Twee van de vier Can-bussen, die zijn gekoppeld aan de wielbesturing en –aandrijving, werken met een hoge reactiesnelheid en een vertragingstijd van 1 milliseconde. De andere twee Can-bussen hebben een vertragingstijd van een 0,1 seconde. Als het aandrijf- en besturingssysteem volledig is ingeschakeld, is het stuursysteem te vergelijken met een normaal voertuig. Bij stilstand is het stuurwiel neutraal en zijn alle systemen volledig ontkoppeld.
Elsto heeft zijn hybride aandrijfsysteem voor het eerst toegepast bij de agrarische werktuigdrager Multi Tool Trac. Het ploegen en frezen van ruggen zijn in de akkerbouw de meest arbeidsintensieve activiteiten op het land. In die situaties kan slechts beperkt worden gewerkt op de batterijset. Bij activiteiten als het aanbrengen van gewasbeschermingsmiddelen of rijden op de openbare weg is de capaciteit van de batterij afdoende. Met name voor de biologische landbouw biedt het systeem uitkomst, vindt Elsto, omdat met deze werktuigdrager met een hoge precisie mechanisch kan worden gewied. Via een Scada-systeem met touchscreen in de cabine kan de gebruiker de uitgevoerde werkzaamheden van het betreffende werktuig nauwlettend in de gaten houden. Het gps-systeem zorgt voor een nauwkeurigheid van twee centimeter.
Elsto ziet mogelijkheden om de aandrijftechniek ook te gebruiken voor andere industriële voertuigen. Het bedrijf denkt daarbij aan voertuigen voor grond-, weg- en waterbouw, voor interne logistieke transportsystemen en hijs- en hefinstallaties, hoewel voor AGV’s de nauwkeurigheid nog iets omhoog moet. In vergelijking met een conventionele dieselmotor kan Elsto een twintig procent minder dieselverbruik en CO2-uitstoot realiseren.
