Hyötyajoneuvojen ja työkoneiden sähköistykseen liittyy monta sudenkuoppaa

Paineet ympäristöystävällisten sähkökäyttöisten hyötyajoneuvojen ja työkoneiden saamiseksi markkinoille kasvavat koko ajan. Tavoitteina on vähentää päästöjä, säästää energiaa ja parantaa turvallisuutta. Teholähteen muuttaminen polttomoottorista sähköksi tuo uudenlaisia haasteita kokeneillekin konesuunnittelijoille, koska se edustaa monelle vierasta ympäristöä.

Kun hyötyajoneuvosta tai työkoneesta tehdään sähkökäyttöinen, sen malli voi ulkoisesti pysyä entisellään, mutta konepellin alla menee kaikki uusiksi. Lisäksi vaikutukset ulottuvat yllättävän laajalle laitteen ulkopuolelle.

– Monella etenkään pienellä laitetoimittajalla ei välttämättä ole ajoneuvosähköistyksen osaamista. Vieraalla pelikentällä riittää lukuisia asioita, joita konseptisuunnittelussa pitää huomioida onnistuneen lopputuloksen varmistamiseksi, toteaa hyötyajoneuvojen liiketoimintapäällikkö Janne Hirvonen Comatecilta.

Siirryttäessä polttomoottoritekniikasta sähkökäyttöön ajoneuvon tehonsiirtojärjestelmä pitää suunnitella kokonaan uudestaan. On mietittävä myös monia uudenlaisia elementtejä, kuten latausinfraa tai -järjestelmiä ja jopa sähköverkon tai -liittymän vahvuutta, koska ajoneuvo tarvitsee lyhyessä latausajassa paljon tehoa.

Työkenttä on laaja, mutta onneksi laitevalmistajan ei tarvitse tarpoa sillä yksin. Comatecilla on vankkaa osaamista konseptisuunnittelussa ja sähköistämiseen liittyvillä osa-alueilla, kuten sähkö-, automaatio-, ohjelmisto- ja testaussuunnittelussa sekä itse testauksessa.

Konseptisuunnittelu on kaiken A ja O

Sähköistystä miettivän laitevalmistajan päässä pyörii todennäköisesti pitkä lista kysymyksiä. Mitä maksaa kehittää ja valmistaa sähkökäyttöinen hyötyajoneuvo tai työkone? Millaiset käyttökustannukset sille syntyy elinkaaren aikana? Millaiset ympäristövaikutukset ajoneuvolla on? Miten paljon sähkökäyttöisyys nostaa tehtävän työsyklin tehokkuutta? Kaikki nämä asiat selviävät Comatecin konseptisuunnittelussa, joka luo pohjan onnistuneelle suunnittelulle ja toteutukselle.

– Olipa asiakkaan lähtötilanne minkälainen tahansa, pystymme nopeasti konseptoimaan asiakkaan tarvitseman tehonsiirtojärjestelmän. Tässä auttavat erityisesti käytössämme olevat mallinnus- ja simulointityökalut, Hirvonen kertoo.

Mallinnuksella ja simuloinnilla on merkittävä rooli järjestelmän oikeassa mitoituksessa ja toimivan konseptin rakentamisessa. Jos koneen työsykliin kuuluu esimerkiksi taakan nosto, siirtyminen toiseen paikkaan ja taakan lasku, Comatecin asiantuntijat pystyvät laskemaan mallinnustyökaluilla koneeseen oikeankokoiset ja työhön soveltuvat komponentit.

Komponenttivalinta on tärkeää, sillä väärät komponentit voivat pilata koko järjestelmän. Jos akkukapasiteetti on liian pieni, työkone ei pääse vuoroaan loppuun vaan se on ladattava ennenaikaisesti.  Liian pienet tehokomponentit saattavat lämmetä liikaa ja estää koneen tehokkaan toiminnan, mikä laskee koko operaation tehokkuutta. Vääränlaiset komponentit eivät ehkä kestä olosuhteita tai eivät mene läpi EMC-mittauksista.

– Komponenttitoimittajia on paljon, ja googlaamalla voi olla vaikea löytää hyvää kokonaisuutta, Hirvonen sanoo.

Simuloinnin avulla voidaan myös selvittää laitteen mahdolliset haavoittuvuudet ja vikatilanteet turvallisesti ilman, että testejä tehdään vasta valmiilla tuotteella. Turvallisuuskriittisissä paikoissa pitää huomioida myös akkujen suojaus joko pienentämällä tulipaloriskiä tai poistamalla tulipalon mahdollisuus kokonaan.

Uusin tieto käytössä ammattikorkeakouluyhteistyön kautta

Sähköisiin hyötyajoneuvoihin ja työkoneisiin liittyvä teknologia kehittyy huimaa vauhtia. Comatec aikoo jatkossakin pysyä alan kehityksen kärkijoukoissa ja varmistaa oman osaamisensa korkean tason.

Tässä tärkeässä roolissa on tiivis yhteistyö Tampereen ammattikorkeakoulun (TAMK) kanssa. Oppilaitos on lajissaan ainoa, jolla on Suomessa erikoisosaamista hyötyajoneuvojen sähköistyksestä. Se on muun muassa ollut mukana kehittämässä Pohjoismaiden ensimmäistä kokonaan sähkökäyttöistä raskasta jakeluautoa, joka liikkuu Tampereen alueella.

Käytännössä yhteistyö tarkoittaa sitä, että TAMKin sähkövoimatekniikan lehtori Lauri Hietalahti on pian vuoden käyttänyt puolet työajastaan Comatecilla ”osaamisvaihdossa”.

– Teemme ammattikorkeakoulussa alan soveltavaa tutkimusta ja opimme sitä kautta koko ajan uutta ajoneuvojen sähköistämisestä. Lisäksi seuraamme tarkasti, mitä muut alan toimijat tekevät maailmalla käymällä alan konferensseissa ja lukemalla tiedejulkaisuja. Tehtäväni on tuoda Comateciin yleistietoa ja osaamista, joka liittyy laitteisiin, ominaisuuksiin, turvallisuuteen, määrittelyihin ja ohjaukseen, kun tekniikka vaihtuu perinteisestä polttomoottorista sähköiseksi, hän selvittää.

Yksi Hietalahden vahvoista osaamisalueista liittyy akkuteknologiaan ja oikeanlaisten akkukemioiden tuntemiseen. Kattava tieto näistä auttaa mallintamaan oikeanlaisia ja turvallisia akkuvaihtoehtoja Comatecin asiakkaiden erilaisiin sovelluskohteisiin.

– Yhteistyöstä on hyötyä myös omalle opetustyölleni ammattikorkeakoulussa, kun pääsen näkemään, mitä yrityselämässä tapahtuu ja miten se muuttuu. Muuten on vaarana jäädä omaan kuplaan, Hietalahti jatkaa.

Suunnittelujälki näkyy sovelluskohteissa laidasta laitaan

Comatec on osoittanut monipuolista suunnitteluosaamista isojen globaalien laitevalmistajien kumppanina vaativissa sähköistysprojekteissa. Oma konseptiosaaminen on vahvistunut hankkeissa, joissa Comatec kantaa kokonaisvastuun suunnittelusta.

Hyvä esimerkki tästä on käynnissä oleva projekti, jossa Comatec vastaa Posiva Oy:n maan alla toimivan, käytetyn ydinjätepolttoaineen siirtoon tarkoitetun kapselin siirto- ja asennusajoneuvon suunnittelusta, valmistuksen valvonnasta, käyttöönotosta, projektinjohdosta ja hankintojen tukemisesta. Käyttöympäristöstä ja käsiteltävästä materiaalista johtuen koneessa on paljon erikoisratkaisuja, joilla varmistetaan turvallisuus käytön kaikissa vaiheissa ja tilanteissa.

Kokemusta on karttunut laajasti myös linja-autojen haastavasta voimalinja- ja sähkösuunnittelusta. Kyse ei ole vain bussin liikuttamisesta paikasta toiseen vaan myös kaikesta muusta sen sähköstä riippuvasta toiminnasta, kuten lämmityksestä, ilmastoinnista, jäähdytyksestä, ovien ohjauksesta ja valaistuksesta eli koko ajoneuvon energianhallinnasta.

– Suomessa julkisessa liikenteessä bussilla pitää pystyä ajamaan 200 kilometriä ilman latausta. Se aiheuttaa haasteita, koska sähköä kuluu myös auton lämmittämiseen talvella ja viilentämiseen kesällä, mikä puolestaan lyhentää ajomatkaa. Meidän asiantuntijamme osaavat suunnitella energian käytön niin, että vaadittu ajomatka saadaan tehtyä ja energiaa riittää joka toimintaan, selvittää Comatecin erityisasiantuntija Eero Kalevo, jolla on vuosikymmenien kokemus linja-autoalalta.

Sähköbusseja, joissa on Comatecin suunnittelua, liikennöi Euroopan kaupunkien lisäksi muun muassa Singaporessa.

Ja lopuksi vielä pieni kuriositeetti. Innokkaat golfin pelaajat saattavat törmätä viheriöillä eri puolilla maailmaa tanskalaisiin Garia-luksusgolfautoihin. Ne kannattaa panna merkille, sillä niiden sähkösuunnittelu on Comatecin käsialaa.