Energieversorgung, Bordnetz und Ladetechnik
Elektrische Energie bedarfsgerecht bereitstellen
Ein elektrisches System benötigt mehr als eine geeignete Energiequelle. Die Energie muss mit der erforderlichen Spannung, Leistung und Versorgungsqualität bei den Verbrauchern ankommen. Das System muss beim Einschalten und bei dynamischen Lastwechseln stabil arbeiten und in spezifizierten Fehlerfällen definiert reagieren. Falls vorhanden, müssen Ladefunktion, Energiespeicher und Nebenverbraucher auf die Energiearchitektur abgestimmt sein.
Silver Atena entwickelt Lösungen für die elektrische Energieversorgung, für Bordnetze und für die Ladetechnik. Wir betrachten Energiequellen, Spannungsebenen, Wandler, Verbraucher und Schutzfunktionen als zusammenhängendes System. Daraus entstehen Konzepte für die Verteilung, Wandlung, Überwachung und Bereitstellung elektrischer Energie.
Herausforderungen bei Bordnetzen und Energieversorgung
Wenn mehrere Verbraucher dieselbe Versorgung nutzen, kann eine Laständerung auch andere Funktionen beeinflussen. Hohe Leistungsanforderungen und schnelle Lastsprünge müssen ebenso auf Systemebene betrachtet werden wie Störungen und Fehlerzustände.
Unterschiedliche Spannungsebenen erhöhen die Anforderungen an die Integration. Energie muss zwischen Hochvolt- und Niedervoltsystemen übertragen werden, ohne die festgelegten Grenzen von Quelle, Wandler oder Verbraucher zu überschreiten. Beim Laden kommen die Eigenschaften der externen Versorgung und die Anforderungen des Energiespeichers hinzu.
Überwachungs-, Diagnose- und Schutzfunktionen müssen bereits in der Energiearchitektur berücksichtigt werden. Kurzschlüsse, Überstrom, Über- oder Unterspannung, Isolationsfehler und thermische Überlastung können sicherheitsrelevant sein. Die erforderlichen Maßnahmen ergeben sich aus Produkt, Anwendung und Sicherheitskonzept. . Die erforderlichen Maßnahmen ergeben sich aus Produkt, Anwendung und Sicherheitskonzept. Die Energiearchitektur beeinflusst die verfügbare Leistung, die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV), die Sicherheit und das Verhalten des Gesamtsystems.
Leistungen für Energieversorgung, Bordnetze und Ladetechnik
Wir entwickeln Konzepte für Hochvolt- und Niedervoltbordnetze, koppeln Spannungsebenen und integrieren elektrische Verbraucher. Dazu gehören Ladefunktionen, Schutz- und Diagnosekonzepte sowie das Energiemanagement.
Energie- und Bordnetzarchitektur
Die Auslegung beginnt bei den Energiequellen und Verbrauchern. Betrachtet werden der Leistungsbedarf, gleichzeitig auftretende Lasten und ihre Dynamik, die zu verbindenden Spannungsebenen sowie das Verhalten bei Störungen. Daraus leiten wir Anforderungen an Versorgung, Verteilung, Wandlung und Überwachung ab und legen Schnittstellen, Energiepfade, Betriebsarten und gegebenenfalls Prioritäten der Verbraucher fest.
Kopplung von Hochvolt- und Niedervoltsystemen
DC/DC-Wandler verbinden Gleichspannungsebenen und werden passend zu Quelle, Last, Betriebsbereich, Wirkungsgrad und Kühlung ausgelegt. Silver Atena entwickelt unter anderem Hochvolt-Wandler für die Einbindung von Brennstoffzellensystemen in Fahrzeugbordnetze und stimmt die Wandlerfunktion mit der übergeordneten Energiearchitektur ab. Die Energieumwandlung knüpft an unsere Kompetenz in der Leistungselektronik an.
DC-Ladetechnik und Spannungsanpassung
Ladetechnik muss zur externen Versorgung und zum Energiespeicher passen. Maßgeblich sind Spannungs- und Leistungsbereiche sowie Steuerung, Kommunikation und Überwachung des Energieflusses. Der DC Boost Charger von Silver Atena hebt beispielsweise eine niedrigere DC-Ladespannung auf das für ein 800-V-Fahrzeugsystem erforderliche Niveau an und wird in die Bordnetz- und Systemarchitektur eingebunden.
Versorgung elektrischer Nebenverbraucher
Neben dem Hauptantrieb benötigen auch Zusatzfunktionen elektrische Energie. Bei wechselnden Lasten sind Regelverhalten, Rückwirkungen auf das Bordnetz und zulässige Betriebsgrenzen besonders wichtig. Silver Atena entwickelt unter anderem elektrische Nebenantriebe (ePTO), die Energie aus dem Fahrzeugbordnetz für Zusatzaggregate und Fahrzeugaufbauten wandeln und bedarfsgerecht bereitstellen.
Batteriemanagementsysteme
Ein Batteriemanagementsystem erfasst relevante Batteriegrößen, bewertet den Batteriezustand und unterstützt den Betrieb innerhalb der festgelegten Spannungs-, Strom- und Temperaturgrenzen. Je nach System gehören Diagnose, Balancing und die Ansteuerung von Schützen hinzu. Silver Atena entwickelt BMS-Lösungen für unterschiedliche Spannungsebenen.
Bidirektionale Energieflüsse
Bei bidirektionalen Systemen kann Energie in beide Richtungen übertragen werden. Komponenten und Steuerung müssen dafür auf die vorgesehenen Betriebszustände abgestimmt sein. Zulässige Richtung und Leistung sowie der Wechsel zwischen den Betriebsarten ergeben sich aus der konkreten Anwendung.
Schutz, Trennung, Vorladung und Diagnose
Eine Energiearchitektur braucht ein definiertes Verhalten beim Einschalten und in Fehlerzuständen. Schutz, Trennung und Vorladung werden deshalb gemeinsam mit der Systemauslegung betrachtet. Diagnose und Überwachung erfassen relevante elektrische Zustände und stoßen die vorgesehenen Reaktionen an. Silver Atena stimmt diese Funktionen mit Hardware, Regelung, Software und funktionaler Sicherheit ab.
Entwicklungsprozess für elektrische Versorgungssysteme
- Anforderungen und Lastprofile: Betriebszustände, Lastprofile, Schnittstellen, Einschaltvorgänge und spezifizierte Fehlerfälle werden beschrieben. Gleichzeitig wird festgelegt, mit welchen Analysen, Simulationen und Tests die Anforderungen nachgewiesen werden.
- Architektur und Auslegung: Energiepfade, Spannungsebenen, Wandler, Ladeelektronik, Überwachung und Schutz werden aufeinander abgestimmt. Dazu gehört je nach System auch die Koordination von Sicherungen, Schützen und elektronischen Schutzfunktionen.
- Regelung und Integration: Regelung und Embedded Software setzen Betriebsstrategien um. Komponenten und Verbraucher werden schrittweise integriert.
- Verifiaktion und Qualifikation: Verifikationstests prüfen Betriebszustände, Schutzfunktionen, Diagnose, EMV und thermisches Verhalten. Zusätzliche Qualifikationsprüfungen ergeben sich aus Produkt, Anwendung und den vereinbarten Standards.
Die Ergebnisse aus Integration und Test fließen in die Auslegung zurück. Zeigt sich beispielsweise eine unzulässige Spannungsschwankung oder eine zu hohe thermische Belastung, wird die Ursache im Zusammenspiel von Quelle, Wandler, Verbraucher und Betriebsstrategie untersucht.
Lastprofile und Standards für Bordnetze und Energieversorgung
Lastprofile zeigen, welche Dauer- und Spitzenleistung Verbraucher benötigen, wie schnell sich die Last verändert und welcher Energiebedarf über einen definierten Zeitraum entsteht. Daraus entstehen Anforderungen an Energiequelle, Speicher, Wandler und Regelung. Entwicklungsbegleitende Untersuchungen betrachten außerdem EMV, Verluste und thermische Belastung.
Für Automotive-Projekte können je nach Produkt und Spannungsebene unter anderem ISO 26262, ISO/SAE 21434, LV 123, LV 148 oder die Normenreihe ISO 21498 relevant sein.
Im Aerospace- und Defence-Umfeld können Anforderungen aus RTCA DO-160 oder MIL-STD-704 hinzukommen. Die anzuwendenden Ausgaben, Prüfprofile und Nachweise werden für das konkrete Projekt festgelegt.
Energieversorgung und Bordnetze in Automotive, Aerospace und Defence
Automotive
In Fahrzeugen müssen unterschiedliche Spannungsebenen und Verbraucher zusammenarbeiten. Ladefunktion, Batterie, Antrieb und Nebenaggregate stellen jeweils eigene Anforderungen an die Versorgung. Silver Atena entwickelt dafür DC/DC-Wandler, DC Boost Charger, elektrische Nebenabtriebe und Batteriemanagementsysteme für Niedervolt- und Hochvoltarchitekturen
Aerospace
In der Luftfahrt muss die elektrische Versorgung zu den angeschlossenen Funktionen und den vorgesehenen Betriebsbedingungen passen. Masse, verfügbare Leistung, Versorgungsqualität, Redundanz und das Verhalten bei Ausfällen beeinflussen die Architektur. Die Anforderungen von Avionik, Aktuatoren und weiteren Verbrauchern bestimmen, wie Energie bereitgestellt, überwacht und im Fehlerfall behandelt wird.
Defence
Mobile Defence-Systeme können stark wechselnde, impulsartige oder dauerhaft hohe elektrische Lasten aufweisen. Die Energiearchitektur muss auf diese Lasten und die spezifizierten Einsatzbedingungen ausgelegt sein. Schutz, Diagnose und ein definiertes Verhalten bei Versorgungsschwankungen gehören zu den zentralen Entwicklungsaufgaben.
Vorteile einer abgestimmten Energiearchitektur
Die gemeinsame Betrachtung von Quellen, Wandlern und Verbrauchern macht Integrationsfragen früh sichtbar. Lastprofile, Spannungsbereiche und Fehlerzustände werden als Anforderungen an das Gesamtsystem behandelt. Komponenten lassen sich dadurch aufeinander abstimmen, bevor ein vollständiger Aufbau vorliegt.
Für das Projekt entsteht eine nachvollziehbare Grundlage. Sie zeigt, welche Leistung unter welchen Bedingungen verfügbar ist, wie sich Verbraucher gegenseitig beeinflussen und wie relevante Fehler erkannt und behandelt werden. Wirkungsgrad, Verluste und Versorgungsverhalten müssen dennoch am konkreten System und unter realen Betriebsbedingungen nachgewiesen werden.
Energieversorgung im Zusammenspiel der Fachbereiche
Energieversorgung, Bordnetz und Ladetechnik sind mit mehreren Entwicklungsdisziplinen verbunden:
- Systemarchitektur und Systemintegration definieren Struktur, Schnittstellen und Energiepfade.
- Leistungselektronik und Hardwareentwicklung setzen Wandlung, Verteilung und Überwachung um.
- Regelungsentwicklung und Embedded Software steuern die vorgesehenen Betriebszustände.
- EMV und Thermomanagement begleiten die elektrische und thermische Auslegung.
- Funktionale Sicherheit und Cybersicherheit leiten aus den jeweiligen Analysen projektspezifische Anforderungen und Maßnahmen ab.
- Test und Validierung sowie Umwelterprobung tragen zusammen mit Analysen, Reviews und Simulationen zu den geforderten Nachweisen bei.
- Industrialisierung und Serienüberführung bereiten Produkt und Fertigungsprozess auf die Serie vor.
Warum Silver Atena für Energieversorgung und Bordnetze?
Silver Atena verbindet die Entwicklung leistungselektronischer Komponenten mit Systemarchitektur, Regelung, Embedded Software, Verifikation und Qualifikation. Dadurch können Energieflüsse und Schutzfunktionen im Zusammenhang mit dem gesamten Produkt entwickelt und geprüft werden.
Die Lösungen reichen von der Kopplung verschiedener Spannungsebenen über DC-Ladetechnik bis zur Versorgung von Nebenaggregaten und zur Batterieüberwachung. Diese Projekterfahrung hilft unseren Teams, Komponentenanforderungen aus den Randbedingungen des gesamten Bordnetzes abzuleiten und an den Schnittstellen abzustimmen.
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