Dintec: le PDU sono spesso sottovalutate come componenti di apparecchiature mobili

Cominciamo dalle basi, va bene?

Una PDU utilizzata da Dintec. (Foto: Dintec)

Un'unità di distribuzione dell'alimentazione (PDU) è il cuore di una macchina elettrificata e distribuisce l'energia tra ciascuno dei componenti che compongono il sistema elettrico. Nei sistemi ad alta tensione (AT), il ruolo delle PDU è particolarmente critico, poiché devono essere progettate per interconnettere in modo sicuro ed efficiente i componenti che ricevono la corrente continua ad alta potenza necessaria per alimentare i sistemi.

Secondo Michael Schmitt, amministratore delegato di Dintec, un'azienda tedesca specializzata nello sviluppo di sistemi per veicoli elettrici, nel settore energetico alcuni considerano la PDU semplicemente una scatola, senza riconoscere le operazioni complesse e critiche che rappresenta.

"Nella progettazione di un sistema ad alta tensione, è necessario pensare all'architettura del sistema", ha affermato. "Naturalmente, quando si progetta una macchina si inizia con il dimensionamento degli azionamenti, il calcolo dell'energia necessaria e, di conseguenza, delle dimensioni della batteria, e così via. Ma allo stesso tempo – e cioè in una fase molto precoce – è necessario considerare la costruzione di un'architettura sicura e affidabile. Ed è qui che le PDU svolgono un ruolo fondamentale".

Controllo di potenza

La PDU è il cervello che gestisce, aziona e monitora il flusso di potenza in tutto il sistema. I suoi compiti principali includono la gestione della corrente ad alta tensione e la garanzia che non vi siano guasti nell'unità di potenza più ampia.

"Secondo la nostra esperienza, il 100% dei progetti richiederà modifiche sostanziali man mano che si riceve un feedback dopo l'installazione del prototipo."
-Michael Schmitt, Dintec.

La distribuzione dell'energia è il compito più fondamentale. Viene eseguita tramite ingressi, connettori, cavi, pali, ecc. All'interno di questi, tuttavia, vi sono precisi requisiti normativi e questo rappresenta il primo ostacolo progettuale. "In una macchina elettrica mobile di medie dimensioni, le correnti sono da 15 a 20 volte superiori a quelle che abbiamo nelle nostre case. Per gestire correnti così elevate, ci sono molti parametri e requisiti di sicurezza da considerare", ha spiegato Schmitt. "Ad esempio, la temperatura e persino l'altitudine operativa possono influenzare la progettazione di una PDU."

Un altro aspetto progettuale sottovalutato è la disponibilità di spazio. In una macchina in funzione, lo spazio assegnato al posizionamento della PDU è solitamente limitato, il che significa che ci sarà una scatola relativamente piccola che gestirà correnti e tensioni elevate.

"In pratica, quando si progetta un sistema, è necessario valutare come verrà utilizzata la macchina. Tuttavia, alcuni aspetti vengono definiti dall'OEM solo in una fase avanzata del processo di progettazione, il che significa che la PDU non può essere completamente specificata finché non viene definita l'architettura finale del veicolo", ha affermato Schmitt.

Ha continuato: "Finché la macchina non sarà progettata strutturalmente, non sarà possibile determinare, ad esempio, la disposizione dei cavi. Dobbiamo ricordare che stiamo parlando di cavi spessi che non possono essere semplicemente piegati in qualsiasi direzione a piacimento".

Secondo Schmitt, i sensori rappresentano un altro ostacolo: "Finché non sarà definita la strategia di controllo della macchina in base alle modalità operative, non sarà possibile stabilire quali sensori saranno necessari e dove saranno posizionati".

Partner di fiducia

Per gli OEM è importante avere un partner esperto quando si tratta di progettazione di PDU; il partner agirà effettivamente come una guida in grado di guidare il cliente attraverso l'intera fase di progettazione, gestendo il processo in base ai livelli di prestazioni finali concordati.

Una corretta specifica della PDU garantirà un sistema di alimentazione affidabile. (Foto: Dintec)

Dopo le valutazioni e gli studi iniziali, il primo passo prevede la consegna relativamente rapida di un prototipo pilota di PDU. Nella nostra esperienza, il 100% dei progetti richiede modifiche sostanziali man mano che si riceve feedback dopo l'installazione del prototipo. Da lì si procede con la progettazione della macchina.

Dintec è attualmente impegnata in un progetto di un produttore che riguarda la progettazione di un veicolo commerciale leggero per servizi di trasporto speciali; il primo prototipo di PDU è già stato consegnato. Dopo alcune valutazioni, è stato stabilito che il box stesso doveva essere più piccolo, ma complessivamente più largo. Sebbene il progetto sia ancora nelle fasi iniziali, Dintec ha già ricevuto 10 importanti richieste di modifica: la capacità di reagire rapidamente a queste modifiche è fondamentale.

Naturalmente, il costo è un altro fattore importante e Schmitt ha spiegato che Dintec offre in genere diverse tecnologie nelle varie fasi del processo di sviluppo della macchina. "Nella prima fase utilizzeremmo barre collettrici in rame standard; hanno un design flessibile e sono relativamente facili da sostituire, ma la loro installazione richiede molto lavoro. Pertanto, non sono un componente che verrà utilizzato nella produzione in serie per grandi quantità, ma sono ottime per iniziare con un prototipo."

Responsabile della collaborazione

Oltre agli OEM, Dintec può collaborare anche con i fornitori di primo livello. Un esempio potrebbe essere il caso in cui i produttori di batterie si aspettino che i loro clienti abbiano bisogno di assistenza per l'integrazione dei vari componenti e sistemi elettrici.

Questa è una situazione tipica quando nella macchina vengono utilizzate più batterie. Con le batterie che funzionano in parallelo, è necessario un sistema di gestione della batteria (BMS) e la PDU fungerà da cervello, integrando il BMS nel sistema elettrico completo.

Che si tratti di un OEM o di un fornitore di livello Tier, la condivisione degli obiettivi finali e la scelta dei percorsi per raggiungerli sono fondamentali per rendere ogni fase del processo tempestiva ed economicamente vantaggiosa. Questa fiducia si tradurrà inevitabilmente in un progetto finale di PDU che soddisfi i criteri di affidabilità e sicurezza richiesti dalla specifica architettura ad alta tensione.

Nota dell'editore: questo articolo è stato originariamente pubblicato nel numero del quarto trimestre 2024 di Power Progress International.

Dintec fornisce soluzioni di trasmissione elettrificate Uno sguardo a come un'azienda specializzata collabora con i fornitori per fornire soluzioni ottimizzate