Is een volledig elektrische bouwvoertuigenindustrie meer dan prototypes en een hype?

Als alle fabrikanten van origineel bouwmaterieel (OEM's) dit willen bereiken, zullen ze de prototypes waarmee veel fabrikanten experimenteren, moeten omzetten in productieklare machines zoals de Bobcat T7X. Dit betekent dat ze machines moeten ontwerpen en productieprocessen en -mogelijkheden moeten transformeren door dieselmotoren om te zetten in batterijvermogen of brandstofcellen. De overstap naar volledig elektrische, productieklare machines vereist ook dat fabrikanten hydraulische bediening omzetten in elektrische bewegingsbesturing, machines ombouwen en hun personeel opleiden.

Met volledig elektrische aandrijving kunnen OEM's van off-highway voertuigen, verhuurbedrijven en exploitanten de totale onderhoudskosten verlagen en de veiligheid en duurzaamheid verbeteren (door het gebruik van brandstof, olie en emissies te verminderen). Denk bij duurzaamheid in dit artikel aan het gebruik van een hulpbron om deze niet uit te putten of voor altijd te beschadigen.

Wat komt er kijken bij volledig elektrische technologie?

Bij een volledig elektrisch aangedreven bouwvoertuig krijgt de aandrijflijn een batterij als energiebron en een mechatronicaset (elektromotor, batterij, vermogenselektronica en elektrische cilinders) om de tractie en aandrijvingsbehoeften van de machine te regelen. Volledig elektrische terreinvoertuigen hebben ook een ingebouwde EVCM (electric vehicle control module) computerverwerkingseenheid en software om de beweging te regelen en de taken die ze uitvoeren te detecteren en te controleren.

Deze onderling verbonden mechatronica helpt de machine te manoeuvreren, bewegingen te besturen en signalen te versturen om veilig te heffen, kantelen, achteruit te rijden en vooruit te gaan. Elke as op de machine kan onafhankelijk en nauwkeurig worden bestuurd. Ze zijn echter met elkaar verbonden via software, sensoren en telemetrie, waardoor het voor de fabrikant eenvoudig is om waardevolle functionaliteit voor hun klanten te ontwikkelen via minimaal invasieve softwarewijzigingen. Dit is vergelijkbaar met de manier waarop Tesla en Apple nieuwe functies introduceren via software-updates, in plaats van hardware in en uit te wisselen. Het hierboven beschreven volledig elektrische systeem maakt deze mogelijkheid mogelijk voor terreinwagens. Een digitaal softwareframework als dit maakt een bouwvoertuig klaar voor automatisering, waardoor OEM's digitale en softwareconfigureerbare machines kunnen bouwen voor gebruikers.

Vroeger hadden werknemers een reeks op zichzelf staande producten en hulpmiddelen bij zich om een klus te klaren. Denk aan een mobiele telefoon, digitale camera, GPS en een computer die je verbond met het internet. Toen deze producten eenmaal geïntegreerd waren in één product, ontstond er nieuwe functionaliteit, waarde en zelfs nieuwe industrieën. Dat is niet anders dan de waarde van het digitaal verbinden van meerdere subsystemen van machines. De connectiviteit creëert geheel nieuwe waarde uit bouwmachines, terwijl de bouw veiliger, productiever, autonomer en duurzamer wordt.

De voordelen van een volledig elektrische machine

De onderhoudsvoordelen van een volledig elektrische machine zijn vergelijkbaar met die van de auto-industrie. Volledig elektrische systemen hebben minder onderdelen, sensoren, aansluitingen, filters en vloeistoffen om te onderhouden. Het kleinere aantal onderdelen staat gelijk aan minder storingspunten en een groter gebruik van het voertuig. De overstap van hydraulische naar volledig elektrische actuators betekent ook dat een machinebouwer geen lekken meer heeft die kunnen optreden bij hydraulische vloeistof. Vloeistoffen zijn kostbaar en belastend voor het milieu. Volledig elektrische aandrijving en bewegingsbesturing verminderen ook het geluid van een terreinvoertuig (en elimineren dit in sommige gevallen), wat leidt tot minder geluidsoverlast en een betere werkomgeving. Wat de veiligheid betreft: door het wegvallen van grote hydraulische pompen op deze machines kunnen bestuurders en werknemers naast een machine gemakkelijk met elkaar praten en elkaar horen.

De uitdagingen van volledig elektrische off-road voertuigen

Een veelgehoord elektrisch tekort is dat volledig elektrische aandrijving niet zo krachtig is als conventionele hydraulische systemen. Het tegendeel is bewezen bij compacte bouwmachines. Volledig elektrische machines presteren even goed of beter dan machines met hydraulische systemen. Als een dieselmotor bijvoorbeeld stationair draait, heeft hij een lager koppel en moet de motor bijschakelen om aan de belasting van de machine te voldoen. Maar elektromotoren bieden de machinist een onmiddellijk piekkoppel bij nul toerentallen.

Op dezelfde manier produceert de defensie-industrie al jaren grondvoertuigen met elektrische besturing. In de ruimtevaartindustrie beheert elektrische bewegingsbesturingstechnologie het vermogen en de beweging voor zonnepanelen op satellieten en het draaien (of gimbaling) van de motor of het uitlaatmondstuk van een raket. Ontwikkelingen op het gebied van batterijtechnologie hebben de afgelopen jaren geleid tot de capaciteit voor compacte laders, graafmachines en graaflaadmachines. Er moet echter nog meer vooruitgang worden geboekt op het gebied van batterijtechnologie om grotere voertuigen zoals bulldozers en motorgraders te kunnen elektrificeren.

Een andere uitdaging voor een volledig elektrische vloot van bouwvoertuigen is het snel opladen van een batterij in hetzelfde tijdsbestek dat nodig is om een bouwvoertuig bij te tanken. Dit is een belangrijk probleem voor auto's die lange afstanden afleggen, maar terreinvoertuigen die worden gebruikt voor graaf-, transport- en hefwerkzaamheden leggen geen lange afstanden af. Met de snellaadmogelijkheden die tegenwoordig beschikbaar zijn, zou een bouwplaatsmanager een verplaatsbaar oplaadstation kunnen hebben en voertuigen op een bouwplaats gedurende de werkdag kunnen opladen.

Laatste gedachten

Als we 10 jaar vooruit kijken, zien we een opmerkelijke overgang van analoge naar intelligente digitale machines. Deze verschuiving maakt robotbesturing voor terreinvoertuigen en een schat aan gegevens op machineniveau mogelijk. Met de juiste ontwerpen en productiesystemen kunnen OEM's deze gegevens oogsten en belangrijke inzichten verwerven die de productiviteit op de bouwplaats verhogen. Wanneer een OEM zijn verbonden machines combineert met geavanceerde sensoren en mogelijkheden, gaan deze inzichten verder dan de grenzen van traditionele vloottelematica. Naarmate machines en systemen slimmer worden, kan kunstmatige intelligentie als katalysator dienen voor nog geavanceerdere inzichten die de industrie van off-highway voertuigen zullen bewegen om op grote schaal intelligente digitale machines te gaan gebruiken.

Een mogelijke voorloper van hoe de reis van de bouwindustrie naar elektrificatie zou kunnen verlopen, is vluchtsimulatie. Tientallen jaren lang werden de twee verdiepingen hoge simulators waar piloten in klommen om hun FAA-certificaten te halen, hydraulisch aangedreven. Alleen hydraulische technologie was opgewassen tegen de systeemvereisten van deze enorme simulatoren die heen en weer kantelden om opstijgen, landen en andere luchtmanoeuvres na te bootsen. Maar toen de elektrische bewegingsbesturingstechnologie eenmaal volwassen was en voldeed aan de systeem- en levenscyclusvereisten, domineerden volledig elektrische simulators, die schoner, stiller en goedkoper waren in onderhoud, installatie en gebruik, de simulatormarkt. Tegenwoordig is de vluchtsimulatormarkt volledig elektrisch.

-ScottScheffler is marketingmanager voor Moog Construction, onderdeel van Moog Inc.