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May 14, 2023

¿Qué es ganar las guerras de energía de vehículos eléctricos comerciales? mi

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Cuando observa incluso una camioneta eléctrica de trabajo liviano como un Ford F-150 Lightning, encontrará que el lado civil del mundo automotriz ha declarado que un motor eléctrico montado en un eje es la mejor práctica. Uno pensaría que, por alguna medida de tecnología o diseño de goteo, el lado de los vehículos comerciales seguiría la misma ruta. Resulta que ese no es el caso y esa evidencia no fue más clara que en la Exposición de Transporte Limpio Avanzado (ACT) de 2023 en Anaheim, California, justo al otro lado de la calle de Disneyland. Hablamos con Dana Incorporated, Hexagon Purus y Motiv Power Systems para averiguar por qué la mayoría de los vehículos comerciales eléctricos aún montan sus fuentes de energía donde, bueno, tradicionalmente podría ir un motor, renunciando a la eficiencia de empaque de un motor integrado con el eje.

Con la electrificación y los combustibles sin carbono como un gran impulso para los vehículos comerciales en los últimos tiempos, especialmente ahora que estados como California prohibirán la venta de nuevos vehículos medianos y pesados ​​con motor ICE para 2036, la carrera ha comenzado a descifrar la mejor manera de cumplir con esta nueva regulación. Si bien pensaría que la gran batalla sería elegir entre totalmente eléctrico o eléctrico de hidrógeno, eso no es lo único que sucede. En muchos sentidos, la elección de dónde colocar el motor eléctrico es tan discutida como qué alimenta esas baterías. Lo que descubrimos es que los fabricantes de vehículos comerciales todavía están tratando de decidir si impulsar un motor montado en el chasis, que se define como un motor de "impulsor central" o "montaje central", con componentes heredados como ejes de transmisión y transmisiones que lo conectan al eje es la forma de construir un vehículo mediano o pesado o si montar el motor directamente en ese eje, convirtiéndolo en un "eje electrónico", es la mejor manera de hacerlo. No es tan simple, ya que los ejes eléctricos son demasiado nuevos y se entienden poco. También es un caso de lo que busca construir un diseñador de vehículos.

Algunos constructores todavía no están tan dispuestos a confiar en la confiabilidad total de un eje eléctrico. Motiv Power Systems, un fabricante de camionetas comerciales y chasis desnudo con sede en Foster City, California, es uno. Acaba de anunciar un contrato exclusivo con Cintas, una empresa de servicios comerciales de Mason, Ohio, que existe desde 1968, pero descubrió que el uso de camionetas comerciales eléctricas tiene grandes atributos más allá de los factores ambientales, como bajos costos de mantenimiento y conductores más saludables y felices. Conductores que también sirven como vendedores al final del día.

Motiv ha estado en el negocio desde 2009 y hablamos con el CEO, Tim Krauskopf, y el CTO y fundador, Jim Castelaz, sobre por qué Motiv eligió usar componentes heredados junto con la electrificación a pesar de construir vehículos comerciales desde cero. "Principalmente confiabilidad histórica", nos explicó Krauskopf, "Usamos el diferencial Dana estándar y no tenemos nada en el eje, el sistema de frenos o el diferencial y el eje de transmisión que no tenga décadas de confiabilidad. El motor proviene de uno de los cinco principales fabricantes de motores del mundo. Solo los estamos ensamblando en una aplicación que es nueva, pero estamos construyendo confiabilidad, componente por componente, que nos permite asegurarnos de que nuestro tiempo de actividad sea realmente alto".

Krauskopf no descarta por completo el uso de un eje eléctrico, "pero quiero que alguien más sea el conejillo de indias y lo haga primero en la industria comercial". Para los clientes de Motiv, eso también es lo que buscan porque "¿De qué sirve lo más nuevo cuando esos camiones no funcionan? Están perdiendo ingresos".

Castelaz también menciona el costo como una de las razones por las que Motiv optó por motores de accionamiento central en lugar de ejes eléctricos. "Hemos analizado mucho los ejes eléctricos", dice, "creo que, para nosotros, se trata realmente de cuándo la confiabilidad y el costo llegan a ser capaces de igualar el controlador central. Cuando lo hace, entonces "Haremos la transición a eso. Solo queremos asegurarnos de que siempre estamos brindando a nuestros clientes de flotas la solución más confiable y rentable que podamos".

Esa posición tiene mucho sentido. Cuando observa los componentes de la línea de transmisión más allá de la transmisión en un chasis desnudo, o chasis de monopatín, como le gusta llamar a Castelaz las ofertas sin carrocería de Motiv, todo lo que ve son piezas estandarizadas y a prueba de balas. Casi todos los camiones comerciales utilizan componentes robustos y de aspecto similar. No se trata solo de lidiar con el peso de la carga, sino también de garantizar que esas líneas motrices duren tanto como el chasis o más. Incluso después de estar en el negocio durante 13 años, Motiv solo ahora está haciendo la transición a un solo módulo para controlar todo el sistema electrificado, donde su inversor, cargador y controlador de motor se integran en uno solo, porque solo ahora han encontrado una fuente confiable para el industria comercial. Algo que Tesla ha hecho bien en las décadas que ha existido, pero no se depende de los Tesla para obtener ingresos como lo es un vehículo comercial y pueden experimentar un poco más libremente, a pesar de los perjuicios que el pensamiento puede causar en el mundo real.

En la otra cara de la moneda con la que hablamos está Hexagon Purus y su EVP of Systems, Todd Sloan. Hexagon Purus es una empresa hermana de Hexagon Agility que fabrica tanques y componentes compuestos Tipo Cuatro para vehículos comerciales que buscan utilizar la producción de energía gaseosa para crear energía como vehículos eléctricos de hidrógeno y gas natural renovable (RNG). Hexagon Purus se concentra en sistemas completos de vehículos y trabaja en baterías, almacenamiento de hidrógeno y motores para celdas de combustible y BEV. Trabajan con los principales fabricantes de vehículos comerciales para crear las soluciones para fabricar estos vehículos y están particularmente interesados ​​en usar ejes eléctricos. "Retroceda hace un par de años", dijo Sloan, "y los ejes eran algo muy nuevo. La primera vez que estuvimos involucrados con los ejes eléctricos, fue en Daimler Innovation Fleet donde los apoyamos en la electrificación del M2S y en el Freightliner eCascadia donde hicimos el sistema de batería de alto voltaje". El eje provino de Meritor, que unió fuerzas con Cummins a principios de este año y es uno de los principales fabricantes de ejes eléctricos en el espacio de vehículos comerciales. "Terminaron siendo muy duraderos", dijo Sloan, "pero al mismo tiempo, había muchas empresas que salían con vehículos que usaban un motor de accionamiento central".

También señaló que estos controladores centrales son más baratos y funcionan con componentes heredados, pero dijo que el eje electrónico es "una forma más eficiente de conducir sus ruedas. Decidimos 'hagamos lo más difícil que es potencialmente más eficiente'". Luego, Sloan continuó explicando cómo el eje eléctrico eventualmente se volvería más barato: "A la larga, será más barato porque hay menos componentes. La belleza de deshacerse de los ejes de transmisión es que ahora tiene todo ese espacio libre en los rieles del bastidor. " Luego mostró cómo liberar los rieles centrales del bastidor no solo le brinda más espacio para las baterías, sino que ahora, sin paquetes de baterías colgando de los costados de los rieles del bastidor, puede agregar cosas que son importantes para la industria de vehículos comerciales. Por ejemplo, ahora tiene más espacio para agregar cepillos hidráulicos a los lados de una barredora de calles electrificada. Si tiene una furgoneta de reparto de bebidas, las puertas laterales ahora pueden extenderse hasta el suelo para facilitar el apilamiento de cajas en su carretilla de mano. Los camiones con pluma pueden tener sus estabilizadores montados a los lados del chasis. Etcétera.

Sin embargo, un caso de uso que nos llamó la atención fue un semirremolque Clase 8 conceptual de Hino Motors, el fabricante de vehículos comerciales de la organización Toyota. Se realizó en asociación con Hexagon Purus para desarrollar una versión electrificada del chasis de la cabina del tractor XL 4x2. La parte interesante es cuán corta es esta Clase 8 mientras conserva una gran batería de 528 kWh, ¿por qué? Utiliza un eje electrónico, en lugar de un conductor central. En esta configuración, esta camioneta tendría alrededor de 250 millas de alcance, más que suficiente para aquellas flotas de última milla que no pueden o no quieren usar una camioneta recta.

"Cualquier cosa que necesite un tráiler en lugar de un camión directo, como un distribuidor de bebidas o una entrega de comestibles o cualquier cosa que necesite un tráiler pero no pueda entrar en algunas esquinas estrechas, este concepto será una aplicación perfecta", dijo Sloan. En lugar de usar un eje electrónico Meritor, este Hino está usando una transmisión Allison (sí, esa transmisión Allison, ventiladores Chevrolet Duramax) eGen Power 100D e-axle. Es un eje eléctrico de motor dual con una caja de cambios de dos velocidades con una salida de par máximo de 34,665.42 lb-ft (probablemente con influencia de multiplicación de engranajes para este número y jugando el mismo juego de números que GMC hizo con el Hummer EV) y entregando un pico de 871,66 hp a 650 voltios, pero es capaz de tomar hasta 900 voltios.

"Pero de nuevo", continuó Sloan, "puede ver que al no tener un motor de accionamiento central, en realidad podemos acortar esta distancia entre ejes aún más para hacer una camioneta rechoncha con un giro y un radio de giro ajustados para los clientes que lo necesitan como aquellos en el ciudad. Si tiene un motor de accionamiento central que es tan potente como este, va a ser bastante grande por sí solo y aún necesitará un eje de transmisión". Incluso si lo monta de modo que el controlador central esté montado en la parte trasera, no puede aprovechar que tiene una distancia entre ejes más corta porque ahora tiene algo que sobresale por la parte trasera". Por supuesto, si necesita más alcance, aún puede usar este eje y celdas de combustible de hidrógeno para recorrer más de 1,000 millas, pero en ese punto, querrá una distancia entre ejes más larga para poder alojarse en una camioneta con cabina dormitorio en lugar de una cabina diurna como esta.

Hablando de fabricantes reconocibles en el espacio comercial, una marca que aprovecha ambos diseños es Dana Incorporated. Sí, la misma Dana que le proporciona a su Jeep Wrangler y Gladiator ese codiciado eje Dana 44. La marca con sede en Ohio también fabrica muchos componentes para la industria de vehículos comerciales, desde filtros hasta ejes, y su experiencia encaja perfectamente en esta discusión. Hablamos con Jeremy Frenznick, director sénior de ingeniería de vehículos comerciales de Dana, y Jason Sidders, director sénior de ingeniería de aplicaciones avanzadas de tren motriz de Dana, para ver a qué se dirigía esta marca legendaria. Advertencia de spoiler, resulta que es tanto el conductor central como el eje eléctrico.

"Tenemos soluciones que no son solo un punto de soporte de eje electrónico integrado", dijo Frenznick, "sino también en un montaje central, ya sea de transmisión directa o montaje central con engranajes, pero nuestros clientes se encuentran en varias etapas de evolución o lo que ellos están dispuestos a hacer para diseñar nuevos diseños". También están los clientes que no construyen camiones completamente nuevos, sino que reacondicionan los camiones existentes para cumplir con estos nuevos estándares. "Un montaje central es excelente para la modernización, donde tiene un espacio existente entre los rieles del bastidor y necesita hacer algo rápido", agregó Frenznick, "y hemos diseñado tanto el montaje central como el eje eléctrico para que podamos para proporcionar esas soluciones dependiendo de lo que los clientes estén buscando".

Incluso para Dana, el eje electrónico no es un diseño completamente nuevo, ya que el eje e incluso la carcasa en sí están construidos con piezas de camiones comerciales existentes. Sólo el añadido del motor es nuevo. "Miras la arquitectura y tiene muchas de las mismas partes y piezas", dijo Sidders, "los mismos bloques de construcción que hemos estado haciendo durante mucho tiempo. Es solo que las partes y las piezas se colocan en una orientación diferente". Señaló el eS9000r y, a excepción del motor eléctrico y sus componentes, "sigue siendo un diferencial S130 dentro de una carcasa S130 con rodamientos a juego". Las pautas de diseño y la validación también se aplican a sus accionamientos eléctricos, tal como se ha hecho con sus ejes, motores eléctricos e inversores desde que se fundó la empresa hace casi 100 años.

"Es más como que el mercado comercial se siente un poco más cómodo con uno versus el otro en este momento, en algunos casos", agregó Frenznick, "pero en otros casos son 100 por ciento todos para ejes eléctricos integrados. No hay umbral o el apetito por no tener éxito y tener concesiones en cuanto a durabilidad o robustez, y tenemos que adoptar la misma mentalidad firme sobre cómo vamos a diseñar, cómo vamos a validar y asegurarnos de que no se tomen atajos".

Es interesante observar el espacio de vehículos comerciales y compararlo con el espacio de entusiastas donde los propietarios están convirtiendo sus propios vehículos en energía eléctrica. Al igual que los entusiastas, simplemente no hay una sola respuesta correcta. Los vehículos construidos especialmente o adaptados con energía eléctrica en cualquiera de las industrias siguen siendo una especie de Salvaje Oeste. Por lo que parece, vamos a seguir viendo tanto motores de eje central como motores de eje en el espacio comercial durante un tiempo. Al menos hasta que el eje eléctrico se vuelva más barato, porque con compañías como Meritor, Allison Transmission y Dana Incorporated construyéndolos, la confiabilidad ya está ahí. Una vez que ese costo se reduzca para los fabricantes, espere que más de ellos cambien a ejes eléctricos tal como lo han hecho los fabricantes "civiles" durante varios años. Hasta entonces, será divertido observar y ver las innovaciones que se desarrollan para ambos tipos de soluciones electrificadas.