Experimental investigation on the startup of a sliding vane compressor for electric heavy vehicles

Engine driven reciprocating air compressors are employed on fuel powered heavy vehicles to actuate a number of auxiliary systems, like brakes and suspensions. However, in the scenario of the soon electric mobility, electric driven sliding vane air compressors turn to be particularly well suited expecially for electric heavy vehicles. Unlike in fuel-powered vehicles, the compressor is not heated up in the case of electric mobility, a situation that may lead to potential issues in extreme cold weathers. This work inquires by means an experimental investigation the startup process of a sliding vane air compressor designed specifically for electric heavy vehicles. The compressors, equipped with instruments, is positioned in a climatic chamber at Politecnico of Milan in the “Microgeneration Laboratory”. During the tests, the chamber is set to a desired temperature, 0, -10, -20, -30 °C or 20 °C taken as reference following ISO 1217, and the compressor is started when a steady-state is achieved. The delivery pressure is controlled at 10 bar(g) and all measurements are recorded until a temperature of 80 °C is reached in the air-lube oil separator. No issues related to the compressor itself are encountered during the tests. Moreover, the curves of the measured temperature within the air-lube oil separator show similar trends but lower slopes at lower start-up temperature resulting into higher and higher start-up times, from 16 minutes at 20 °C up to 69 minutes at -30 °C. In addition, the delivered volume flow rate curves show similar trends: indeed there is a peak that goes from 225 nl/min to 300 nl/min as the intake temperature decreases followed by a decreasing trend which lasts for the entire startup process except when the temperature of the separator reaches 70 °C. Lastly, the electric power consumption curves show almost the same trend: indeed after a peak of power ranging from 2.5 kW at 20 °C to 3.75 kW at -20 °C at the beginning, there’s a decreasing trend for all the tested temperature down to 2.25 kW when the startup is over.

I compressori d'aria alternativi azionati dal motore sono utilizzati su veicoli pesanti alimentati a carburante per azionare una serie di sistemi ausiliari, come freni e sospensioni. Tuttavia, nello scenario della prossima mobilità elettrica, i compressori d'aria a palette a motori elettrici si rivelano particolarmente adatti, soprattutto per i veicoli elettrici pesanti. A differenza dei veicoli a benzina, il compressore non viene riscaldato in caso di mobilità elettrica, una situazione che può portare a potenziali problemi in condizioni climatiche estremamente fredde. Questo lavoro indaga attraverso un’analisi sperimentale il processo di avviamento di un compressore d'aria a palette progettato specificamente per i veicoli elettrici pesanti. Il compressore, dotato di strumentazione, è posizionato in una camera climatica presso il Politecnico di Milano nel Laboratorio di Microcogenerazione. Durante le prove, la camera viene impostata alla temperatura desiderata, 0, -10, -10, -20, -20, -30 °C o 20 °C presi come riferimento secondo la norma ISO 1217, e il compressore viene avviato al raggiungimento dello stato stazionario. La pressione di mandata è controllata a 10 bar(g) e tutte le misure sono registrate fino a raggiungere una temperatura di 80 °C nel separatore aria-olio. Durante le prove non si riscontrano problemi relativi al compressore stesso. Inoltre, le curve della temperatura misurata all'interno del separatore aria-olio mostrano tendenze simili, ma pendenze più basse a temperature di avviamento più basse, con tempi di avviamento sempre più elevati, da 16 minuti a 20 °C a 69 minuti a -30 °C. Le curve di portata volumetrica erogata mostrano andamenti simili: c'è infatti un picco che va da 225 nl/min a 300 nl/min al diminuire della temperatura di aspirazione seguito da un trend decrescente che dura per l'intero processo di avviamento tranne quando la temperatura del separatore raggiunge i 70 °C. Infine, le curve di consumo di energia elettrica mostrano quasi lo stesso andamento: infatti, dopo un picco di potenza che va da 2,5 kW a 20 °C a 3,75 kW a -20 °C all'inizio, c'è un trend decrescente per tutte le temperature testate fino a 2,25 kW quando l'avviamento è terminato.