Optimalizace tepelného řízení pro elektrifikovaná terénní, těžební a důlní zařízení
Praha 1. prosince 2025
Tlak na elektrifikaci těžkých zařízení
Přechod na elektrifikované pohonné jednotky v terénních, stavebních a těžebních strojích nabírá na obrátkách. Výrobci reagují na rostoucí tlak regulačních orgánů na snižování emisí při současném zlepšování účinnosti, bezpečnosti a výkonu. Přechod ze systémů se vznětovým pohonem na hybridní a plně elektrické alternativy staví před konstruktéry významné technické výzvy, zejména v oblasti tepelného řízení.
Udržování optimálních provozních teplot ve vysoce výkonných akumulátorových systémech, elektrických pohonech a pracovních funkcích strojů je pro zajištění výkonu, spolehlivosti a bezpečnosti v extrémních prostředích naprosto rozhodující. Bez adekvátního chlazení se akumulátory přehřívají, klesá účinnost systému a zvyšuje se riziko samovolného přehřátí. Aby bylo možné těmto výzvám čelit, musí být do elektrifikačních systémů motorových vozidel integrovány pokročilé technologie tepelného řízení, které zajistí, aby systémy chlazení byly účinné, ale také lehké, kompaktní a dostatečně robustní k použití v náročných aplikacích.
Společnost Parker Hannifin, mezinárodní lídr v oblasti technologií a systémů pro řízení pohybu, včetně řešení pro řízení kapalin, pohyb a tepelné řízení, je na čele vývoje kompletních systémových řešení, která zvyšují bezpečnost, účinnost a životnost elektrifikovaných motorových vozidel.
Klíčové výzvy elektrifikace těžkých zařízení
Elektrifikace vozidel pohybujících se v terénu nepředstavuje jednoduchou výměnu tradičních pohonných jednotek. Na rozdíl od stacionárních aplikací, kde lze funkci chlazení přesně řídit, pracují pojízdné stroje v často nepředvídatelném a extrémním prostředí, což vede k dynamickým výkyvům teplotních rozsahů na základě terénu, zatížení a pracovního cyklu. Mezi klíčové výzvy elektrifikace patří omezený prostor pro chlazení komponentů, požadavky na hustotu výkonu, účinnost systému, trvanlivost v extrémních podmínkách, snížení hluku a jednoduchost integrace.
Významnou překážkou v elektrifikaci stavebních a těžebních strojů je dostupnost prostoru pro instalaci chladicích systémů. Mnoho terénních platforem je navrženo doslova „okolo“ vznětových motorů s minimálním ohledem na zvýšenou tepelnou složitost akumulátorů, invertorů a elektromotorů. Účinné chlazení vyžaduje výměníky tepla, hadice, čerpadla a nádrže; nalezení prostoru pro tyto komponenty bez ohrožení výkonu vozidla nebo bezpečnosti obsluhy však představuje významnou konstrukční výzvu.
Dalším kritickým faktorem je hustota výkonu. Elektromotory, invertory a akumulátory musí poskytovat vysoký výkon a zároveň být kompaktní, takže je nutné účinně řídit přenos tepla v systému. Na rozdíl od vznětových motorů, které mohou pracovat v širokém rozsahu teplot, musí akumulátory zůstat v relativně úzkém tepelném rozmezí, aby byla zachována účinnost, výkon a životnost. Nedostatečné chlazení vede k přehřívání, ztrátě energie a trvalé degradaci článků akumulátoru.
Tepelná účinnost přesahuje rámec chlazení. Rostoucí trend průmyslové elektrifikace zahrnuje opětovné využití odpadního tepla pro zvýšení celkového výkonu systému. Namísto jednoduché disipace tepla pokročilé systémy přesměrovávají přebytečnou tepelnou energii do předehřívání kapalin, udržování teploty akumulátoru v chladných podmínkách nebo zlepšení hydraulické účinnosti. To snižuje plýtvání energií a zvyšuje celkovou účinnost systému, díky čemuž je elektrifikace v průmyslových odvětvích, kde je provozní provozuschopnost a úspory energie nejvyšší prioritou, nyní dostupnější.
Kromě efektivity zůstávají klíčovými aspekty trvanlivost a robustnost. Terénní vozidla pracují v drsných podmínkách, od prašných dolů až po mrazivá staveniště a vlhké lesnické provozy. Komponenty pro řízení přenosu tepla musí odolávat vibracím, mechanickým nárazům a expozici drsným chemikáliím a kontaminantům při zachování výkonu po delší servisní intervaly.
Dalším aspektem je snížení hladiny zvuku. Vzhledem k tomu, že těžební a stavební zařízení přecházejí na elektrické pohony, nepřítomnost hlučného vznětového motoru znamená, že pomocné komponenty – ventilátory, čerpadla a chladicí systémy – jsou mnohem více na očích pozorovatelů. Snížení provozního hluku je nezbytné zejména u projektů městské výstavby a hlubinné těžby, kde jsou hluková omezení stále přísnější.
V neposlední řadě je v elektrifikaci motorových vozidel rozhodující jednoduchost a snadná integrace systému. Průmysl přechází k „plug-and-play“ řešením chlazení, která minimalizují složitost instalace, snižují míru poruch a bezproblémově je lze integrovat do systému řízení akumulátoru a napájecí elektroniky. Zjednodušení architektury chladicího systému snižuje výrobní náklady a zefektivňuje servis a údržbu pro operátory v terénu.
Význam chlazení akumulátoru v elektrifikovaných pracovních systémech
Stavební a těžební stroje napájené akumulátory spoléhají na lithium-iontové akumulátory s vysokou hustotou energie pro napájení všech součástí, od elektrických pohonů až po hydraulické pracovní funkce. Během činnosti těchto strojů se řízení teploty akumulátoru stává omezujícím faktorem výkonu a provozní životnosti. Přehřátí degraduje akumulátorové články, snižuje schopnost držet akumulovaný náboj a v extrémních případech způsobuje katastrofické samovolné přehřátí.
Pracovní funkce, jako je hydraulické zvedání, vrtání a manipulace s materiálem, kladou na elektrické pohonné jednotky značné energetické nároky, což vede k rychlé akumulaci tepla. Na rozdíl od tradičních strojů poháněných vznětovými motory, kde je teplo odváděno chlazením motoru, elektrické systémy vyžadují specializovaná řešení přenosu tepla pro efektivní regulaci teploty.
Při řešení problémů souvisejících s teplem využívají akumulátory pokročilé systémy kapalinového chlazení. Tyto systémy cirkulují chladicí kapalinu pečlivě navrženými cestami odvodu tepla, což účinně zabraňuje degradaci systému v důsledku nadměrného tepla. Díky odběru tepla z akumulátorových článků, invertorů a elektromotorů zajišťují tyto chladicí systémy optimální výkon i za podmínek vysokého zatížení.
Účinnost chlazení akumulátoru přímo ovlivňuje pracovní cyklus stroje, výkon a dlouhodobou spolehlivost, což z něj činí kritickou součást konstrukce elektrické pohonné jednotky.
Akumulátory spoléhají na systémy kapalinového chlazení, které zajišťují cirkulaci chladicí kapaliny prostřednictvím speciálně navržených tepelných cest, aby se zabránilo degradaci způsobené nadměrným teplem. Tyto systémy odebírají přebytečné teplo z akumulátorových článků, invertorů a elektromotorů a udržují tak optimální výkon i za podmínek vysokého zatížení. Účinnost tohoto chlazení přímo ovlivňuje pracovní cyklus stroje, výkon a dlouhodobou spolehlivost.
Pokročilá řešení tepelného řízení pro elektrifikované stroje pohybující se v terénu
Společnost Parker Hannifin poskytuje komplexní portfolio komponentů pro tepelné řízení navržených tak, aby splňovaly jedinečné požadavky elektrifikace strojů pohybujících se v terénu. Tato řešení jsou navržena tak, aby je bylo možné bezproblémově integrovat do vznětových, hybridních a plně elektrických systémů motorových vozidel a zajistit tak optimální výkon a bezpečnost v náročných průmyslových podmínkách.
Komponenty vysoce výkonného chlazení
Chladicí hadice elektroniky, kapalinou chlazené výměníky tepla a inovativní jednotky tepelného řízení společnosti Parker nabízejí přesné řízení přenosu tepla akumulátorů, invertorů a elektromotorů. Tyto flexibilní a spolehlivé hadice umožňují výrobcům navrhovat účinné a prostorově úsporné chladicí smyčky.
Rychlospojka a přenos kapaliny bez netěsností
Spolehlivé rychlospojky zajišťují rychlé a utěsněné připojení systémů naplněných kapalinami, snižují prostoje a minimalizují riziko znečištění. Tyto komponenty jsou nezbytné pro systémy chlazení vysokonapěťových akumulátorů, kde je udržení integrity systému naplněného kapalinou a tepelné účinnosti rozhodující pro bezpečnost a výkon.
Integrované chladicí systémy pro ePTO a elektrifikované pracovní funkce
Společnost Parker nabízí vysokonapěťové systémy tepelného řízení přizpůsobené pro elektrifikované pracovní funkce, které zajišťují, že přenos výkonu a hydraulické ovládání zůstávají účinné i při extrémním zatížení. Tato řešení systémů chlazení poskytují modulární a škálovatelnou architekturu, takže jsou vhodná pro různé velikosti zařízení a způsoby použití.
Popisek: QDC pro ePTO – modulární systém chlazení proudem vzduchu SLIM
Řízení bezpečnosti akumulátoru a tlaku
Kromě chlazení poskytuje společnost Parker odvzdušňovací ventily a vysoce výkonná těsnění, která regulují tlak v akumulátoru, zabraňují samovolnému přehřátí jevu a chrání před znečištěním životního prostředí. Tyto komponenty důležité pro bezpečnost zvyšují dlouhodobou spolehlivost skříní vysokonapěťových akumulátorů.
Energeticky účinné chlazení na vyžádání
Inovativní řešení systémů chlazení od společnosti Parker v reálném čase dynamicky upravují průtok vzduchu a chladicí kapaliny na základě podmínek tepelného zatížení. Optimalizací spotřeby energie tyto systémy snižují příkon při zachování konzistentního výkonu a prodlužují dojezd a účinnost pojízdných strojů poháněných akumulátory.
Budoucnost elektrifikace a systémů tepelného řízení u strojů pohybujících se v terénu
S tím, jak se obor strojů pohybující se v terénu posouvá směrem k větší elektrifikaci a autonomii, bude pro udržení provozní účinnosti a spolehlivosti stále důležitější pokročilý systém tepelného řízení. Integrace algoritmů inteligentního chlazení, prediktivní údržby a strategií rekuperace energie dále optimalizuje účinnost hybridních a plně elektrických strojů.
Společnost Parker Hannifin i nadále inovuje a poskytuje technická řešení, která umožňují nasazení nové generace elektrifikovaných stavebních, těžebních a terénních vozidel. Poskytnutím plně integrovaných systémů tepelného řízení pomáhá společnost Parker výrobcům překonat prostorová omezení, zlepšit účinnost chlazení a zvýšit bezpečnost elektrifikovaných pracovních funkcí.
V rychle se vyvíjejícím prostředí bude schopnost udržovat přesnou tepelnou regulaci při optimalizaci spotřeby energie určovat úspěch každé snahy o elektrifikaci. S kompletním portfoliem pokročilých řešení systémů chlazení se společnost Parker podílí na budoucnosti elektrifikace motorových vozidel vyznačujících se bezpečností, účinností a dlouhou životností.
Autor: Andreas Lengnowski, Market Development Manager, Cylinder & Accumulator Division Europe (CADE), a Fabian Brücker, Market Development Manager, High Pressure Connectors Europe (HPCE), Parker Hannifin.
O společnosti Parker Hannifin – Parker Hannifin, patřící do Fortune 250, je mezinárodním lídrem v oblasti technologií a systémů pro řízení pohybu. Již více než 100 let umožňuje technické průlomové inovace, které vedou k lepší budoucnosti.
Zjistěte více na www.parker.com nebo @parkerhannifin.