Estacionamento de ar condicionado em caminhões elétricos: dimensionamento da carga auxiliar de 24V e evitação de surpresas de gama

A pergunta que é feita na ordem errada

Uma equipe de electrificação da frota geralmente começa com o lado de tração: tamanho do pacote, curva de carregamento, energia da rota. O clima da cabine é tratado como um erro de arredondamento até que alguém assinale que um motorista que não consegue dormir a 26 °C em julho não aceitará o veículo, e que o sistema de tração com o sistema de tração para executar o HVAC é desperdício e, em depósitos com regras estritas, não é permitido.

Até então a arquitetura auxiliar está congelada. O conversor DC- DC foi especificado para cargas hoteleiras e um microondas, não para um compressor que puxa 33 A em 24V por horas. O resultado é um veículo que tem tecnicamente um ar condicionado de estacionamento e que praticamente não pode ser executado durante a noite sem aplanar a bateria 24V.

Este artigo é sobre fazer essa ordem correta: compreenda primeiro o ônibus auxiliar, em seguida, escolha a unidade de refrigeração, em seguida, decida a política operacional.

O que "auxiliar 24V" significa realmente em um caminhão elétrico

Num caminhão diesel, o sistema 24V é alimentado por um alternador parafusado para o motor. Num caminhão elétrico de bateria, ele é alimentado por um Conversor DC- DC que passa o pacote de alta tensão (tipicamente 600– 800 V) até 24– 28 V.

Três números descrevem aquele conversor, e não são o mesmo número:

• Classificação de saída contínua — o que pode fornecer indefinidamente à temperatura nominal. Esta é a figura que importa para um ar condicionado de estacionamento.
• Classificação do pico de saída — uma capacidade de curto prazo, freqüentemente 1,3-1.5× contínua, usada para atuação de direção e freio.
• Curva de deratação — como a saída cai à medida que o refrigerante ou temperatura ambiente do conversor aumenta. Um conversor avaliado 3 kW em 25 °C pode entregar 2,2 kW em 65 °C, e o conversor fica em uma parte quente do chassi.

Um ar condicionado de estacionamento é incomum entre as cargas auxiliares porque é contínuo e grande. Um microondas funciona por três minutos. Uma máquina de café para cinco. Um ar condicionado de estacionamento funciona por oito horas em 700–900 W, que em 24V é 29–38 A. Nada mais no veículo se comporta assim exceto o aquecedor, e o aquecedor funciona principalmente quando o AC não funciona.

O orçamento energético, com números

Comece com a unidade. Tome um 24V Modelo do telhado na nossa gama — VS02-PRO em 24V desenhos 10 – 33 A, CU2700 desenhos 9 – 33 A, EcoMax 3S 10 – 33 A no resfriamento. A velocidade total do compressor e nominal de 24V, que é de aproximadamente 790 W no topo da gama, além de ventilador e controles indoor, por isso chame-o 830–850 W na saída do conversor.

Numa noite de oito horas, se o compressor funcionasse continuamente, isso seria o 6.6-6.8 kWh. Ele não funciona continuamente, porque o termostato o ciclou. A 45 °C ambiente com uma cabine razoável, espere 50 a 65 % de imposto durante a noite:

Para um trator elétrico de longa distância com um pacote de 500– 600 kWh, a resposta é confortável: o resfriamento durante a noite custa 1 % do alcance, e nenhuma frota sensata o recusaria. Para um caminhão elétrico de média carga com um pacote de 120-160 kWh, a mesma noite custa 3-5 % — que em uma rota de 250 km com 15 % de reserva é uma restrição real, e precisa de uma unidade de refrigeração menor, uma janela de refrigeração mais curta, ou um plano de carga que inclui um reabastecimento.

A aritmética também explica um padrão que vemos nas pesquisas: frotas europeias e norte-americanas de médio serviço pedindo o menor 24V unidade que segurará um 22 – 24 °C cabine em um 1,8 Belt m3 diurno-, em vez da maior unidade disponível. Em um veículo elétrico, a eficiência da unidade importa mais do que a sua capacidade principal, porque cada watt tem uma conseqüência de alcance.

Eficiência é a especificação que importa aqui

Em um caminhão diesel, uma diferença de eficiência de 10% é um argumento de número de combustível. Num caminhão elétrico, é um argumento de alcance que um planejador de rotas pode ver.

Duas figuras em nossos dados ilustram a propagação:

• O Plataforma CU2700 / CUDU2700 publica um ER máximo de 3,4, medido a 35 °C ambiente. Isso é 3,4 W de resfriamento por watt de entrada elétrica nessa condição, e é a plataforma mais eficiente do alcance.
• Uma unidade de cobertura de maior capacidade na velocidade máxima nas mesmas condições oferece mais resfriamento, mas em uma proporção menor, porque as perdas de condensador e compressor crescem mais rápido do que a capacidade.

A eficiência também se degrada no calor, em ambas as direções: a capacidade cai e a potência de entrada aumenta. O comportamento de depravação descrito no nosso guia de alto ambiente aplica- se idêntico aqui, e em um caminhão elétrico ele aparece como um número de alcance em vez de uma queixa de conforto.

Integração: cinco conexões, uma delas crítica

Mecânicamente, montar um ar condicionado de estacionamento em um caminhão elétrico não é diferente de um diesel: abertura do telhado, base selada, drenagem. Eletricamente, existem cinco conexões, e a ordem é importante.

1. Potência — uma alimentação fundida do ônibus 24V, dimensionada por queda de tensão na corrente máxima (veja o nosso guia de dimensionamento de cabos; o método é idêntico, a corrente é o que muda).
2. Ignição / sinal de despertar — como a unidade sabe que o veículo está estacionado e autorizado a correr. Em um EV, este é geralmente uma saída de controle do corpo em vez de uma posição chave.
3. Terreno — um retorno dedicado ao negativo da bateria 24V, não um caminho do chassi através da estrutura de alumínio colada.
4. Comunicações (opcional) — CAN ou LIN se a frota quiser controle telemático, ou contatos secos para um simples sinal de permissão de execução.
5. Consciência de interlocução HV — a própria unidade não toca em alta tensão, mas a instalação não deve encaminhar cabos 24V perto de teares laranja HV sem a separação especificada pelo OEM, e qualquer trabalho perto de componentes HV requer o procedimento de desenergização do OEM.

O crítico é o sinal de despertar, porque o sistema auxiliar de um EV normalmente dorme. Se o AC for ligado a 24V permanente e deixado ao seu próprio controle remoto, ele irá funcionar enquanto o veículo acredita que está desligado, e o conversor pode não ativar o suporte. A unidade drena então a pequena bateria de buffer 24V, e o caminhão não iniciará seus sistemas de manhã — um equivalente elétrico de uma bateria plana, com o mesmo tempo de diagnóstico e nenhuma das mesmas opções de início.

A bateria de buffer 24V não é opcional

Os caminhões elétricos mantêm uma pequena bateria de 24V — tipicamente 2-4 kWh de ácido- chumbo ou um pequeno pacote de lítio — para carregar o buffer que o conversor não pode seguir instantaneamente e manter os sistemas de segurança vivos durante a desconexão do HV.

Esse buffer faz o mesmo trabalho para o ar condicionado: ele absorve a onda inicial do compressor, que o conversor pode não fornecer devido ao seu limite atual. Um compressor 24V que começa contra um condensador quente pode puxar de duas a três vezes a corrente de execução por dezenas de milisegundos. Se o buffer for de tamanho baixo ou envelhecido, a tensão do ônibus se sag, o controlador da unidade vê um evento de baixa tensão, e — dependendo da sua lógica — ele pode recusar iniciar ou reiniciar repetidamente.

Duas conseqüências práticas:

• Não excluir a bateria de buffer em um exercício de redução de peso sem verificar a resposta transitória do conversor. O conversor é um dispositivo em estado estacionário; a bateria é o dispositivo transitório.
• Definir o ponto de corte de baixa tensão para a química do buffer, não para um grande pacote adjacente à tração. Um buffer de chumbo 24V quer sobre o 23,6– 24,0 V; um buffer de lítio pode ir mais baixo, mas o BMS desligará sem aviso se for empurrado.

Política operacional: a engenharia de peças não pode decidir por você

Uma vez que o veículo pode executar fisicamente o AC toda a noite, alguém tem que decidir em que condições deve. Essa é uma questão de política de frota, e as opções não são equivalentes.

A abordagem com SOC é a que mais frotas convergem, porque é executável no software e pode ser auditada posteriormente. Ele também cria uma pergunta de suporte: quando um motorista o substitui às 02:00 e o caminhão está a 18% da manhã, de quem é o problema? Responda isso por escrito antes do primeiro veículo ser entregue, não depois.

Pre-refrigeração: o resfriamento mais barato é o resfriamento que você faz na energia de terra

Cada kWh de resfriamento feito enquanto conectado é um kWh que o driver não precisa carregar. Dois hábitos fazem uma diferença mensurável em um caminhão elétrico:

• Pre-cool no carregador durante 20 a 30 minutos antes da partida, puxando a cabina de 35 °C a 23 °C enquanto o veículo estiver em terra. O próprio consumo do AC é então externo à energia da rota, e o driver começa com uma cabine fresca e seca.
• Estacione na sombra e use coberturas. Ganho solar é a maior carga variável em uma cabine estacionada. Uma capa reflexiva do pára-brisas e cortinas de dormir fechadas podem cortar a carga de refrigeração em 300–500 W, que em uma noite de oito horas é de 2,4–4 kWh — a diferença entre 1 % e 2 % de um pacote de tamanho médio.

Nenhum destes requer uma mudança de produto, e é por isso que eles geralmente são ignorados a favor de uma bateria maior.

O que especificar em um RFQ para o fornecedor AC

Se você for o integrador do veículo ou a frota especificando a unidade de refrigeração, pergunte por:

• Atualidade a 24V, velocidade máxima do compressor, em um ambiente declarado. Não watts de placa de nome.
• Atualidade e duração máximas de entrada, para que o conversor e o buffer possam ser verificados.
• Eficiência (EER ou COP) a 35 °C e a 45 °C, com a condição de teste indicada.
• Opções de interface de controle: remotamente, sinal de ignição, CAN, contato seco.
• Atual de sono — o que a unidade desenha quando estacionada, mas desativada. Uma unidade que puxa 40 mA continuamente irá aplanar uma pequena bateria de buffer durante um longo fim de semana.
• Comportamento na subtensão: ele reinicia automaticamente, bloqueia uma falha ou requer uma reiniciação manual?

Esse último item importa mais em um EV do que em um diesel, pois o procedimento de recuperação para uma falha encravada pode exigir caminhar para um veículo que é deliberadamente imobilizado.

Uma verificação do conversor trabalhado

Leve um caminhão elétrico de médio serviço com um 3 kW conversor DC-DC contínuo, avaliado em 25 °C e depreciado para 2,2 kW em 65 °C. Assumir que as outras cargas auxiliares contínuas do veículo enquanto estacionado são modestas: controle do corpo, telemática, um frigorífico a 60 W, iluminação interior a 30 W e despertar periódico do sistema de freio com média de 40 W. Ligue para a linha de base não- AC 250 W.

Adicione o ar condicionado no pior caso do 850 W e o total é o 1.100 W — metade da capacidade do conversor degradado, o que soa confortável. Em seguida, adicione as cargas que são fáceis de esquecer:

• aquecedor de cabina numa manhã fria, 400– 800 W;
• aquecimento do banco, 100 W;
• um inversor de driver para um carregador de laptop e telefone, 150 W;
• a bateria 24V recarrega- se, que pode puxar 300– 500 W depois de uma noite profunda.

Uma manhã fria com aquecimento, um laptop e uma bateria de buffer esgotada aterrissam em aproximadamente 2.050 W — dentro do 2,2 kW degradou a classificação, mas com quase nenhuma margem, no momento exato o conversor é mais quente após oito horas de trabalho. É por isso que a curva derrasadora e a lógica prioritária do OEM importam mais do que a classificação do conversor principal, e por que uma unidade de bomba de calor que fornece 2.000 W de aquecimento para 620 W de entrada é uma proposição materialmente diferente de um aquecedor resistivo.

O que muda em uma plataforma de van de 12V

As vans elétricas comerciais ligeiras geralmente funcionam com um ônibus auxiliar de 12V, e a aritmética é menos perdoadora: o mesmo 850 W de refrigeração tira cerca de 70 A em 12V em vez de 35 A em 24V. O conversor é menor, o cabo tem que ser muito maior, e a bateria de 12V do veículo é frequentemente uma unidade 70- 95 Ah AGM que nunca foi pretendida para absorver um arranque do compressor.

Duas conseqüências práticas. Primeiro, escolha a menor unidade que atenda a carga da cabine — em uma cabine de vans 1,8 m3, um telhado 7.000 BTU/h no 12V é geralmente suficiente, e a banda atual é mais importante do que o título de capacidade. Em segundo lugar, trate a bateria de buffer 12V como um consumível com uma verificação do estado de saúde em cada serviço, porque um AGA envelhecido produzirá exatamente o padrão de desligamento intermitente que será diagnosticado erroneamente como falha do controlador.

Onde o resfriamento de caminhões elétricos está indo

Duas tendências são visíveis do lado do fornecedor.

Primeiro, refrigeração está sendo absorvida no sistema de gestão térmica. Em vez de uma unidade de cobertura independente, alguns OEMs querem que o evaporador do sono seja colocado num loop de refrigerante compartilhado com um refrigerante ou bomba de calor. Isso melhora a eficiência e reduz o desordenamento do telhado, mas torna o AC um sistema de nível de veículo com validação de nível de veículo, e remove a simplicidade de pós- mercado que as frotas valorizam.

Segundo, refrigeração estacionada está se tornando um recurso telemático em vez de um recurso hardware. A unidade é um componente; o valor está nas regras de controle que determinam quando ela funciona, qual é a temperatura ajustada e qual estado de carga permite a operação. Frotas que monitoram os primeiros cinquenta veículos aprendem mais sobre seus ciclos reais de trabalho do que qualquer ficha técnica poderia mostrar.

Por enquanto, a resposta pragmática para a maioria das frotas é uma unidade de cobertura 24V independente de capacidade modesta, uma plataforma eficiente, uma alimentação de conversor de tamanho adequado, uma bateria de buffer saudável e uma política operacional escrita. Essa combinação custa menos do que uma integração térmica personalizada e cobre o requisito que realmente importa: um motorista que dorme e um caminhão que começa. Também deixa espaço para mudar de ideia sobre a arquitetura térmica mais tarde, porque uma unidade independente pode ser removida de um veículo e colocada no próximo da frota — uma opção que desaparece no momento em que o resfriamento é colocado no próprio loop refrigerante do veículo.

Diferenças de manutenção em um caminhão elétrico

Dois hábitos de serviço mudam. Em primeiro lugar, não há uma área do motor para aquecer o condensador, mas há um sistema térmico de bateria que pode despejar o calor perto da unidade num dia quente, por isso os condensadores montados no telhado em caminhões elétricos devem ser verificados para recirculação da mesma forma que as instalações diesel — estacionados sobre um pacote quente HV, uma unidade do telhado pode ver o ar de entrada vários graus acima do ambiente.

Segundo, o diagnóstico se divide em dois. O lado 24V se comporta como qualquer outro caminhão: medir a tensão sob carga, verificar a corrente em relação à especificação, verificar a configuração de corte. O lado de alta tensão é o domínio do OEM, e os técnicos não devem ser convidados a trabalhar em torno de componentes HV para alcançar uma falha de 24V. Escreva o limite no procedimento de serviço para que ninguém improvise perto de um cabo laranja.

Perguntas frequentes

O ar condicionado é uma carga de 24V, então o conversor e a bateria buffer decidem a viabilidade antes da capacidade de refrigeração. O custo de energia é de cerca de 1 % de um pacote de longa distância e de 3-5 % de um pacote de médio serviço por noite. E a política operacional — quando o resfriamento é permitido, contra qual estado de carga — é a coisa que transforma uma instalação funcional em uma implantável.