Dintec: PDUs unterschätzen oft mobile Gerätekomponenten

Beginnen wir mit den Grundlagen, einverstanden?

Eine PDU, wie sie bei Dintec im Einsatz ist. (Foto: Dintec)

Eine Stromverteilungseinheit (PDU) ist das Herzstück einer elektrischen Maschine und verteilt den Strom zwischen den einzelnen Komponenten des elektrischen Systems. In Hochspannungssystemen (HV) ist die Rolle der PDU besonders wichtig, da sie die Komponenten, die den für den Betrieb der Systeme benötigten Hochleistungsgleichstrom erhalten, sicher und effizient miteinander verbinden muss.

Laut Michael Schmitt, Geschäftsführer von Dintec, einem deutschen Unternehmen, das auf die Entwicklung von Systemen für Elektrofahrzeuge spezialisiert ist, gibt es in der Energiebranche einige, die die PDU nur als eine Box betrachten, ohne zu erkennen, welche komplexen und kritischen Vorgänge sie darstellt.

„Bei der Entwicklung eines Hochspannungssystems muss man die Systemarchitektur berücksichtigen“, sagte er. „Natürlich beginnt man bei der Entwicklung einer Maschine mit der Dimensionierung der Antriebe, der Berechnung des Energiebedarfs und der daraus resultierenden Batteriegröße usw. Gleichzeitig – also schon in einem sehr frühen Stadium – muss man an eine sichere und zuverlässige Architektur denken. Und hier spielen PDUs eine entscheidende Rolle.“

Leistungsregelung

Die PDU ist das Gehirn, das den Stromfluss im gesamten System steuert, steuert und überwacht. Zu den Hauptaufgaben gehören die Steuerung des Hochspannungsstroms und die Sicherstellung der Fehlerfreiheit der gesamten Stromversorgungseinheit.

„Unserer Erfahrung nach sind bei 100 % aller Projekte größere Änderungen erforderlich, da Sie nach der Installation des Prototyps Feedback erhalten.“
-Michael Schmitt, Dintec.

Die Stromverteilung ist die grundlegendste Aufgabe. Sie erfolgt über Eingänge, Steckverbinder, Kabel, Masten usw. Für diese gelten jedoch präzise normative Anforderungen, und dies stellt die erste Designhürde dar. „In mittelgroßen mobilen Elektromaschinen sind die Ströme 15- bis 20-mal höher als in unseren Haushalten. Um solch hohe Ströme zu bewältigen, müssen zahlreiche Parameter und Sicherheitsanforderungen berücksichtigt werden“, erklärt Schmitt. „Beispielsweise können Temperatur und sogar die Betriebshöhe das Design einer PDU beeinflussen.“

Ein weiterer unterschätzter Designaspekt ist der verfügbare Platz. In einer funktionierenden Maschine ist der für die Platzierung der PDU vorgesehene Platz meist knapp bemessen, sodass ein relativ kleines Gehäuse für hohe Ströme und Spannungen benötigt wird.

„Praktisch gesehen muss man bei der Systementwicklung die Bedienung der Maschine berücksichtigen. Einige Aspekte werden vom OEM jedoch erst später im Designprozess finalisiert. Das bedeutet, dass die PDU erst dann vollständig spezifiziert werden kann, wenn die endgültige Fahrzeugarchitektur definiert ist“, so Schmitt.

Er fuhr fort: „Bis zur Konstruktion der Maschine lässt sich beispielsweise die Kabelführung nicht bestimmen. Wir müssen bedenken, dass es sich um dicke Kabel handelt, die sich nicht einfach beliebig biegen lassen.“

Eine weitere Hürde stellen laut Schmitt die Sensoren dar: „Solange die Steuerungsstrategie der Maschine nicht auf Grundlage der Betriebsarten definiert ist, lässt sich nicht bestimmen, welche Sensoren benötigt werden und wo diese positioniert werden.“

Vertrauenswürdiger Partner

Für OEMs ist es wichtig, bei der PDU-Konstruktion einen erfahrenen Partner zu haben. Dieser Partner fungiert effektiv als Berater, der den Kunden durch die gesamte Konstruktionsphase führt und den Prozess auf Grundlage der endgültig vereinbarten Leistungsniveaus steuert.

Die korrekte Spezifikation der PDU sorgt für ein zuverlässiges Stromversorgungssystem. (Foto: Dintec)

Nach den ersten Evaluierungen und Studien erfolgt im ersten Schritt die relativ schnelle Auslieferung eines PDU-Pilotprototyps. Unserer Erfahrung nach sind bei 100 % aller Projekte erhebliche Anpassungen erforderlich, da nach der Installation des Prototyps Feedback eingeholt wird. Von dort aus geht es dann weiter mit der Maschinenkonstruktion.

Dintec ist derzeit an einem Herstellerprojekt beteiligt, das die Entwicklung eines leichten Nutzfahrzeugs für Spezialtransporte umfasst; der erste PDU-Prototyp wurde bereits ausgeliefert. Nach eingehender Prüfung wurde festgestellt, dass die Box kleiner, aber insgesamt breiter sein muss. Obwohl sich das Projekt noch in der Anfangsphase befindet, liegen Dintec bereits zehn größere Änderungswünsche vor – die Fähigkeit, schnell auf diese Änderungen zu reagieren, ist entscheidend.

Natürlich spielen auch die Kosten eine wichtige Rolle. Schmitt erklärte, dass Dintec in der Regel in verschiedenen Phasen des Maschinenentwicklungsprozesses unterschiedliche Technologien anbietet. „In der ersten Phase verwenden wir Standard-Kupferschienen; sie sind flexibel im Design und relativ einfach auszutauschen, ihre Installation ist jedoch arbeitsintensiv. Daher sind sie keine Komponente für die Serienproduktion großer Stückzahlen, eignen sich aber hervorragend für den Einstieg mit einem Prototyp.“

Zusammenarbeitsleiter

Neben OEMs arbeitet Dintec auch mit Tier-1-Zulieferern zusammen. Ein Beispiel hierfür sind Batteriehersteller, die erwarten, dass ihre Kunden Unterstützung bei der Integration der verschiedenen elektrischen Komponenten und Systeme benötigen.

Dies ist eine typische Situation, wenn in der Maschine mehr als eine Batterie verwendet wird. Bei parallel betriebenen Batterien ist ein Batteriemanagementsystem (BMS) erforderlich. Die PDU fungiert als Gehirn und integriert das BMS in das gesamte elektrische System.

Ob OEM oder Zulieferer: Die gemeinsame Festlegung der Ziele und die Wahl der Wege zu deren Erreichung sind entscheidend für die zeitgerechte und kosteneffiziente Umsetzung aller Prozessschritte. Dieses Vertrauen führt unweigerlich zu einem PDU-Design, das die Zuverlässigkeits- und Sicherheitsanforderungen der jeweiligen Hochspannungsarchitektur erfüllt.

Anmerkung des Herausgebers: Dieser Artikel erschien ursprünglich in der Ausgabe Q4 2024 von Power Progress International.

Dintec liefert Lösungen für elektrifizierte Antriebsstränge. Ein Blick darauf, wie das spezialisierte Unternehmen mit Lieferanten zusammenarbeitet, um optimierte Lösungen zu liefern