Parker: Les défis de la numérisation et de l'électrification dans la conception de machines mobiles
Le monde entier s'engage à limiter l'impact du changement climatique, donnant lieu à de nombreuses initiatives prises au sein de divers secteurs d'activité.
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Les pays, les industries et les entreprises ont adopté des plans d'action en vue d'atteindre des objectifs environnementaux spécifiques. Prenons par exemple l'étude présentée par Pernilla Bergmark, à l'époque Principal Researcher ICT Sustainability Impacts chez Ericsson, lors du Sommet mondial sur l'action pour le climat de 2019. En réponse à l'accord de Paris de décembre 2015, cette étude propose de réduire de moitié les émissions mondiales de carbone d'ici 2030 en ayant recours aux technologies numériques et à des actions climatiques exponentielles. La transition des machines mobiles vers des sources d'énergie durables découle de cette initiative mondiale ciblant la neutralité carbone.
Cet article aborde les thèmes clés autour de l'électrification et de la numérisation dans la conception des machines mobiles. L'électrification contribue au développement durable au sein l'industrie en réduisant les émissions de carbone. La numérisation, quant à elle, permet aux équipementiers d'optimiser la conception et les performances de leurs machines afin de pallier les limites de capacité qui caractérisent les batteries par rapport à la teneur en énergie du diesel.
Les organismes de réglementation du monde entier fixent des normes d'émissions de plus en plus exigeantes pour les poids lourds, dans l'optique d'atteindre les objectifs de développement durable à l'échelle mondiale. La norme EURO VI est actuellement la norme réglementaire la plus contraignante et de nombreux pays s'y conforment déjà. Les énergies fossiles sont la principale source d'émissions nocives, ce qui contraint les équipementiers à explorer des sources alternatives de carburant afin de rester conformes à des normes d'émissions toujours plus strictes. Si certaines ne nécessitent qu'une révision minimale de la machine, d'autres en imposent une refonte complète.
Certaines alternatives au diesel, comme l'huile végétale hydrotraitée (HVO100), peuvent être mélangées avec du diesel pour réduire les émissions sans pour autant modifier la machine de quelconque façon . D'autre part, les batteries lithium-ion permettent une transition complète des énergies fossiles et éliminent presque toute émission . Cependant, ces dernières occupent beaucoup d'espace sur une machine et nécessitent d'être rechargées régulièrement. Les piles à combustible à hydrogène offrent les avantages de l'électrification tout en fournissant une densité d'énergie plus élevée que les batteries lithium-ion . Elles constituent une solution plus compacte que les batteries lithium-ion pour l'alimentation de machines de plus grande envergure. Néanmoins, le stockage et la distribution de volumes importants d'hydrogène présentent leurs propres défis.
Parker Hannifin fournit des solutions d'électrification modulaires afin de répondre aux besoins des clients en matière de sources d'énergie alternatives. La gamme GVI d'onduleurs pour véhicules et la gamme GVM de moteurs pour véhicules sont au cœur de ces solutions :
- Les onduleurs GVI pour machines mobiles offrent une plage de fonctionnement allant de 200 V à 800 V, avec trois modèles proposant des intensités nominales respectives de 360 A, 180 A et 108 A. En tant que composants essentiels à la sécurité des machines mobiles électriques, les onduleurs GVI sont conformes aux normes EN ISO13849 et ISO26262.
- Les moteurs GVM pour machines mobiles sont des moteurs à courant alternatif à aimants permanents (PMAC) dont la plage de fonctionnement est adaptée aux onduleurs GVI. Les moteurs GVM offrent un couple de crête de 1 430 Nm, une puissance maximale de 409 kW et une vitesse maximale de 9 500 tr/min.
Numérisation
Les machines mobiles consomment de l'énergie, mais seule une fraction de celle-ci est transformée en travail utile. Il est essentiel de connaître la quantité d'énergie utilisée et sa répartition lors du fonctionnement de la machine. Les ingénieurs schématisent la répartition de l'énergie afin d'en analyser la consommation au cours de chaque phase d'un cycle de service. Ce processus leur permet d'identifier les pertes d'énergie et d'optimiser la conception d'une machine en vue d'en améliorer l'efficacité énergétique. Ils explorent également les éventuelles opportunités de récupération d'énergie afin d'optimiser la durée de vie des batteries des machines mobiles électriques.
Le cœur d'une solution numérique est le système de commande mobile. Celui-ci utilise un environnement fonctionnel basé sur un modèle pour connecter une large gamme de capteurs discrets. Il peut ainsi mettre en œuvre des solutions de sécurité efficaces. La sortie de ces contrôleurs peut être connectée à des appareils intelligents qui pilotent les systèmes électromécaniques de la machine en assurant une utilisation optimale de l'énergie et en respectant les limites de sécurité.
Voici certains des produits clés de Parker qui contribuent à la numérisation des machines mobiles :
- Les distributeurs mobiles de la gamme VA sont la nouvelle génération de distributeurs. Ils jouissent de pertes de pression plus faibles que les distributeurs à détection de charge traditionnels, ce qui permet d'économiser de l'énergie. Des fonctions logicielles intelligentes permettent d'améliorer la productivité, tandis que le dosage individuel contribue également à améliorer l'efficacité. Des études démontrent que les distributeurs intelligents intégrant un dosage individuel abaissent la pression de la pompe de 11 % et réduisent la consommation d'énergie de 8,4 % par rapport aux distributeurs à détection de charge traditionnels, sans compromettre la productivité de la machine.
- Les pompes mobiles hydrauliques à débit variable de la gamme P1M proposent cinq modèles différents couvrant une plage de cylindrées de 28 cc à 85 cc. La commande de cylindrée électronique hautes performances permet de fournir la quantité exacte d'énergie nécessaire.
Synergie de l'électrification et de la numérisation
L'électrification et la numérisation vont de pair en optimisant les interactions entre les systèmes de conception électromécanique et hydraulique. Le système fournit ainsi la quantité exacte d'énergie nécessaire à la fonction hydraulique, au moment précis où elle est nécessaire. La batterie est réalimentée avec l'énergie récupérée afin de prolonger son temps d'utilisation avant la recharge.
Chaque composant d'une solution de machine mobile électrique remplit une fonction propre et spécifique. Néanmoins, les avantages de cette solution peuvent être optimisés en associant ces composants dans un système combiné conçu pour fonctionner comme un tout. Par exemple, une solution ePump configurée est un système très efficace associant un onduleur, un moteur et une pompe hydraulique. Le système ePump offre une réponse hautement dynamique afin de répondre à un large panel de commandes vitesse-couple. Les concepteurs peuvent ainsi optimiser la densité de puissance tout au long du cycle de service, ainsi que la capacité de refroidissement liquide dans l'ensemble du système.
Des outils logiciels peuvent également faciliter la conception de systèmes reposant sur une configuration flexible de la machine. Il est, par exemple, plus efficace de transférer l'énergie par voie électrique qu'hydraulique. Ceci offre la possibilité d'opter pour des moteurs électriques distincts pour chaque essieu d'une machine mobile, plutôt qu'un seul moteur relié aux deux essieux.
Une fois la machine mise en service, les contrôleurs utilisent les informations des capteurs sur la température, la pression et le débit dans les circuits hydrauliques et le système électrique afin de générer des sorties optimisées qui contrôlent les moteurs électriques. En d'autres termes, la numérisation pousse le système électromécanique à mobiliser le système hydraulique de la manière la plus économe en énergie possible.
Partenaires d'électrification
Les machines mobiles existent depuis des décennies sous leur forme la plus élémentaire, avec des moteurs diesel alimentant des pompes hydrauliques. Le passage à l'électrification est un terrain inconnu pour de nombreux équipementiers qui ne disposent pas d'une expertise approfondie concernant les composants ou les ressources disponibles pour assurer la transition. Par conséquent, ils ont besoin de partenaires capables de fournir l'expertise qui leur manque et d'accélérer la mise sur le marché des modèles électriques de leurs machines mobiles.
Depuis un siècle, Parker s'intéresse aux systèmes hydrauliques et a acquis, au fil des années, une connaissance approfondie de la conception fonctionnelle des machines mobiles. Notre gamme de produits s'accompagne d'une expertise en matière de conception de systèmes qui fonctionnent comme un tout pour assurer le cycle de service des machines dans de nombreuses applications.
Les solutions de Parker couvrent tous les aspects de l'électrification et de la numérisation des machines mobiles. Nos projets commencent typiquement par une évaluation approfondie des objectifs du client et des performances actuelles de la machine. Les services de Parker vont de la simple transition entre moteurs à combustion interne et moteurs électriques jusqu'à l'élaboration de schémas d'énergie et à l'analyse des données en vue d'une refonte de la machine pour en favoriser l'optimisation énergétique.
L'expertise développée au sein de l'entreprise provient de divers secteurs, y compris l'aérospatiale. À partir de cette expérience en tant qu'entreprise, Parker a développé des éléments de base modulaires et des interfaces de commande simplifiées facilement applicables aux machines mobiles. Parker peut ainsi aider les équipementiers à réduire les délais de mise sur le marché des machines électriques.
Récapitulatif
La poursuite de la neutralité carbone est un impératif mondial qui préoccupe de nombreux secteurs d'activité à travers le monde. Les machines mobiles ne font pas exception et de nombreux équipementiers développent des modèles électriques de leurs machines à moteur à combustion interne.
Les solutions d'électrification contribuent certes au développement durable, mais elles doivent être associées à la numérisation afin de maximiser les bénéfices des systèmes écoénergétiques et d'accélérer la mise sur le marché.
Parker jouit de dizaines d'années d'expérience dans la conception de systèmes électromécaniques et hydrauliques, ainsi que d'une expertise en matière d'électrification et de numérisation dans divers secteurs affinée au fil des décennies. Parker est ainsi le partenaire idéal pour aider les équipementiers à progresser dans leur transition vers les machines mobiles électriques.
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