Acht Ladegerät-Konfigurationen auf Basis einer einzigen Architektur

Projekt kurz zusammengefasst: Ein europäischer Hersteller industrieller Ladesysteme benötigte eine neue Generation von Hochleistungs-Lademodulen in zwei Leistungsklassen: 7,5 kW und 11,5 kW. Jede Klasse deckt einen eigenen Bereich geregelter Ausgangsspannungen und -ströme ab (24–80 V / 80–150 A bzw. 72–96 V / 80–120 A), mit insgesamt acht Konfigurationen innerhalb der Produktfamilie. Beide Klassen nutzen ein standardisiertes Gehäuse und einen gemeinsamen EU-Zertifizierungspfad für die gesamte Produktreihe. 

Promwad übernahm die Hardware-Architektur, Firmware, mechanische Konstruktion und Pre-Compliance-Validierung. Die Plattform zielt darauf ab, die Kosten bei einem Produktionsvolumen von 8.000 Einheiten pro Jahr von 83,61 € auf 67,61 € pro kW zu senken. 

Kunde & Herausforderung

Unser Kunde ist ein europäischer OEM, der industrielle Ladeschränke an Betreiber in den Bereichen Logistik, Fertigung und kritische Infrastruktur liefert. Als deren Kunden auf leistungsstärkere Anwendungen umstiegen, reichten die bestehenden Lademodule nicht mehr aus, und die Produktlinie benötigte eine umfassende Aktualisierung, um wettbewerbsfähig zu bleiben. 

Der Engineering-Umfang war anspruchsvoll. Acht Hardware-Konfigurationen mussten einen standardisierten Modulformfaktor gemeinsam nutzen (87,55 × 396 × 419,6 mm mit schnell zugänglichen Inspektionsklappen), über CAN mit einer bestehenden Steuerplatine kommunizieren und einen einzigen EU-Zertifizierungsprozess durchlaufen, der alle Varianten der Produktfamilie abdeckt. Der einheitliche Formfaktor war eine feste Vorgabe: Alle Module mussten innerhalb der bestehenden Ladeschränke des Kunden austauschbar sein. 

In der Leistungselektronik birgt die Aufteilung eines Programms auf mehrere Anbieter das Risiko, kritische Probleme erst dann zu erkennen, wenn ihre Behebung teuer ist. Der Kunde benötigte ein Team, das den gesamten Umfang verantwortet. 

Lösung

Anstatt jede Variante als separates Produkt zu entwickeln, entwarf Promwad eine einheitliche Plattformarchitektur, auf der alle acht Konfigurationen basieren. Dasselbe Gehäuse, dieselbe Dokumentation und derselbe Zertifizierungspfad dienen der gesamten Produktfamilie.

Der Leistungspfad nutzt einen Diodengleichrichter in der AC-DC-Stufe, kombiniert mit einem Phase-Shifted-Full-Bridge-Wandler (PSFB) für die isolierte DC-DC-Wandlung, umgesetzt mit SiC-MOSFETs. Unter den geprüften Topologien, darunter Vienna PFC + PSFB und Vienna PFC + DAB, bot die Kombination aus Diodengleichrichter + PSFB die praktikabelste Balance für die Serienproduktion: Vienna PFC hätte den Leistungsfaktor verbessert und Netzoberschwingungen reduziert, jedoch die Steuerung komplexer gemacht und bei einem Zielvolumen von 8.000 Einheiten pro Jahr zusätzliche Komponentenkosten von 60–100 € pro Einheit verursacht. Jedes Modul liefert einen geregelten DC-Ausgang mit weniger als 5 % Spannungsabweichung sowie Schutz vor Überstrom, Überspannung und elektromagnetischen Störungen.

Für Standorte ohne Neutralleiter, zum Beispiel abgelegene Anlagen, die mit Generatoren betrieben werden, steht eine TNPC-Topologie als alternativer Pfad zur Verfügung. So können diese Installationen unterstützt werden, ohne die Plattformarchitektur neu aufzusetzen. Alle Module kommunizieren über CAN mit der bestehenden Steuerplatine, und ein sicherer Bootloader übernimmt Firmware-Updates auf Geräteebene.

Geschäftlicher Mehrwert

Eine Zertifizierung, acht Konfigurationen. Eine gemeinsame Architektur und gemeinsame Dokumentation bedeuten, dass der Kunde ein einziges Compliance-Paket verwaltet, das EN 60335-1, IEC 60335-1, EN 61000-6-4, LVD, RoHS, REACH und WEEE für alle Varianten abdeckt. Wenn eine neue Konfiguration zur Produktfamilie hinzugefügt wird, muss diese Arbeit nicht von vorn beginnen. 

Kostenziel in den Designentscheidungen verankert. Die Plattform ist darauf ausgelegt, bei 8.000 Einheiten pro Jahr 67,61 €/kW zu erreichen, also 19 % unter dem aktuellen Ausgangswert von 83,61 €/kW. Diese Zielgröße bestimmte die Topologieauswahl, die Strategie für die Komponentenbeschaffung und jede thermische Abwägung im Programm. 

Eine Grundlage, keine Einzellösung. Die Architektur ist auf Ladeschränke der nächsten Generation und Produkterweiterungen ausgelegt. Wissenstransfer-Sessions mit dem Engineering-Team des Kunden sind im Übergabepaket enthalten.

Weitere Leistungen im Bereich Leistungselektronik

• Leistungselektronik-Design: unser vollständiges Spektrum an Designleistungen für Nieder-, Mittel- und Hochspannungsanwendungen.

• Isolierte HV-Stromversorgung für AMB-Steuerung: sehen Sie sich diese Fallstudie zur Entwicklung eines hochspannungsisolierten DC/DC-Wandlers an.