DC/DC-Wandler für Transportanwendungen
28.06.2024
Elektrofahrzeuge für den Off-Highway-Einsatz (EVs) umfassen viele Anwendungen, von elektrischen Gabelstaplern über Traktoren bis hin zu Baggern. Die Einsatzbereiche reichen von Personenbeförderungsfahrzeuge wie Flughafen-Shuttles und Golfwagen, für Außengeräte im Baugewerbe, im Bergbau oder in Parks und Gärten bis hin zu Indoor-Einheiten wie Palettenlader, Gabelstapler und fahrerlose Transportsysteme.
Viele leichte E-Mobilitätsanwendungen, wie z. B. Golfwagen, gibt es schon seit Langem. Aber jetzt kommen auch schwerere Anwendungen wie Bau- und Bergbaumaschinen hinzu.
Zu den Trends, die die Elektrifizierung dieser Fahrzeugtypen vorantreiben, gehören:
Wie in Abbildung 1 dargestellt, verwenden Off-Highway-EVs in der Regel Hochspannungsbatterien für die Hauptantriebsleistung. Ein AC/DC-Wandler an Bord oder außerhalb des Fahrzeugs liefert die Ladeenergie für diese Batterien, die den Wechselrichter des Fahrmotors und andere Hochspannungs-Subsysteme mit einer Gleichspannung versorgen, die bis zu 800V, aber auch 96V oder weniger betragen kann.
Jeder Gerätetyp kann je nach Größe unterschiedliche Spannungen verwenden. Einige Beispiele sind:
Neben der Hochspannungsversorgung muss das Stromversorgungssystem auch zahlreiche Niederspannungsmodule aufnehmen. Dazu gehören je nach Fahrzeug Instrumententafeln, Ventile, Motoren und Aktuatoren mit geringer Leistung, Steckdosen für Zubehör, Türschlösser, Scheibenwischer, Hupen und Innenbeleuchtung. Off-Highway-EVs verfügen in der Regel auch über eine Sekundärbatterie, die Niederspannungsgeräte mit 12V-24V versorgt. Ein DC/DC-Wandler ist erforderlich, um die Hochspannung auf ein niedrigeres Niveau umzuwandeln, um die bordeigenen 12V- oder 24V-Batterien zu laden.
- Zunehmend strengere weltweite Emissionsvorschriften
- Das Streben nach mehr Energieeffizienz
- Abwärts gerichteter Kostendruck
- Rauschunterdrückung
- Der Aufwärtstrend autonomer Maschinen wie AGVs und Roboter
Wie in Abbildung 1 dargestellt, verwenden Off-Highway-EVs in der Regel Hochspannungsbatterien für die Hauptantriebsleistung. Ein AC/DC-Wandler an Bord oder außerhalb des Fahrzeugs liefert die Ladeenergie für diese Batterien, die den Wechselrichter des Fahrmotors und andere Hochspannungs-Subsysteme mit einer Gleichspannung versorgen, die bis zu 800V, aber auch 96V oder weniger betragen kann.
Jeder Gerätetyp kann je nach Größe unterschiedliche Spannungen verwenden. Einige Beispiele sind:
- Gabelstapler für den Palettentransport im Nahbereich (typ. 24V)
- AGVs (24V–96V)
- Mittelgroße Gabelstapler (36V-48V)
- Gegengewichtsstapler (48V-96V)
- Gepäckwagen für Flughäfen, Personenbeförderungswagen (48V-96V oder 450V-800V)
- Baufahrzeuge und Transportfahrzeuge (450V-800V)
Neben der Hochspannungsversorgung muss das Stromversorgungssystem auch zahlreiche Niederspannungsmodule aufnehmen. Dazu gehören je nach Fahrzeug Instrumententafeln, Ventile, Motoren und Aktuatoren mit geringer Leistung, Steckdosen für Zubehör, Türschlösser, Scheibenwischer, Hupen und Innenbeleuchtung. Off-Highway-EVs verfügen in der Regel auch über eine Sekundärbatterie, die Niederspannungsgeräte mit 12V-24V versorgt. Ein DC/DC-Wandler ist erforderlich, um die Hochspannung auf ein niedrigeres Niveau umzuwandeln, um die bordeigenen 12V- oder 24V-Batterien zu laden.
E-Mobilität: eine Anwendung für raue Umgebungen
Viele Offroad-Elektromobilitätsanwendungen müssen unter extremen Bedingungen betrieben werden, z.B. in Bergwerken, an vielen Industriestandorten und auf Baustellen. Diese Situationen sind mit hohen Betriebsbelastungen verbunden und werden als Anwendungen in rauen Umgebungen eingestuft.
Zu den elektrischen Belastungen gehören schwankende Hochspannungen, Erdungsunterschiede, die Notwendigkeit einer elektrischen Trennung zwischen Hoch- und Niederspannungssystemen und vieles mehr. Zu den mechanischen Belastungen in diesen Umgebungen können extreme Hitze oder Kälte, Stöße und Vibrationen, Korrosion, das Eindringen von Staub oder Feuchtigkeit und vieles mehr gehören.
Ein DC/DC-Wandler für eine Off-Highway-Anwendung im Bereich der Elektromobilität sollte über einen geregelten Ausgang verfügen, eine galvanische Trennung aufweisen und die volle Leistung über einen weiten Eingangsspannungsbereich liefern, um der elektrischen Umgebung gerecht zu werden. Um mechanischer Beanspruchung standzuhalten, muss es eine robuste Konstruktion aufweisen, in einem erweiterten Temperaturbereich arbeiten und über die entsprechende IP-Schutzart verfügen.
IP-Einstufungen (Ingress Protection) sind Industriestandard-Klassifizierungen, die den Grad des Schutzes gegen Feststoffe und Flüssigkeiten angeben. Eine IPxx-Einstufung besteht aus zwei unabhängigen Zahlen, die den Grad des Schutzes gegen Staub bzw. Feuchtigkeit angeben. Gehäuse mit der Schutzart IP69K müssen sowohl staubdicht sein als auch Hochdruckwasser und Dampfreinigung standhalten können.
Zu den elektrischen Belastungen gehören schwankende Hochspannungen, Erdungsunterschiede, die Notwendigkeit einer elektrischen Trennung zwischen Hoch- und Niederspannungssystemen und vieles mehr. Zu den mechanischen Belastungen in diesen Umgebungen können extreme Hitze oder Kälte, Stöße und Vibrationen, Korrosion, das Eindringen von Staub oder Feuchtigkeit und vieles mehr gehören.
Ein DC/DC-Wandler für eine Off-Highway-Anwendung im Bereich der Elektromobilität sollte über einen geregelten Ausgang verfügen, eine galvanische Trennung aufweisen und die volle Leistung über einen weiten Eingangsspannungsbereich liefern, um der elektrischen Umgebung gerecht zu werden. Um mechanischer Beanspruchung standzuhalten, muss es eine robuste Konstruktion aufweisen, in einem erweiterten Temperaturbereich arbeiten und über die entsprechende IP-Schutzart verfügen.
IP-Einstufungen (Ingress Protection) sind Industriestandard-Klassifizierungen, die den Grad des Schutzes gegen Feststoffe und Flüssigkeiten angeben. Eine IPxx-Einstufung besteht aus zwei unabhängigen Zahlen, die den Grad des Schutzes gegen Staub bzw. Feuchtigkeit angeben. Gehäuse mit der Schutzart IP69K müssen sowohl staubdicht sein als auch Hochdruckwasser und Dampfreinigung standhalten können.
Die RMOD-Serie von RECOM ist für E-Mobilitätsanwendungen optimiert
RECOM stellt eine breite Palette von AC/DC- und DC/DC-Wandlern her, die den Anforderungen zahlreicher Anwendungen der Elektromobilität gerecht werden.
Die geregelten DC/DC-Wandler der RMOD-Serie (Abbildung 2) wurden speziell für den Einsatz in Off-Highway Elektrofahrzeugen entwickelt, um das Niederspannungsnetz von der Hochspannungs-Traktionsbatterie zu versorgen. Die RMOD-Produkte sind außergewöhnlich robuste, kompakte und abgedichtete Einheiten. Sie bieten eine Reihe von Lösungen von 300W bis 600W, die auf dem Chassis montiert werden können, um die Notwendigkeit von Kühlungslüftern zu vermeiden. Der besonders weite Eingangsspannungsbereich von bis zu 120VDC macht die RMOD-Serie ideal für Elektrofahrzeuge mit nominalen 24V-96V batteriebetriebenen Systemen.
Ein Merkmal vieler Off-Highway-EV ist der fehlende Witterungsschutz für elektronische Module. Die RMOD-Serie kommt dank ihrer wasser- und staubdichten Gehäusekonstruktion ohne Schutzgehäuse aus und kann mechanisch und thermisch direkt mit dem Chassis, also an jeder beliebigen Stelle des Fahrzeugs, verbunden werden und arbeitet daher auch unter widrigsten Bedingungen zuverlässig.
Die RMOD-Serie von DC/DCs umfasst 300W-, 400W- und zwei 600W-Versionen. Das RMOD600-W verfügt über einen Eingangsbereich von 33,6V bis 96V (125V/5min) mit einem 24V-Ausgang; das RMOD600-EW verfügt über einen 13V-Ausgang und einen breiten kontinuierlichen Eingangsbereich von 33,6V bis 125V. Beide Versionen arbeiten bis zu einer Spannung von 24V für maximal 5 Minuten. Die RMOD-Familie ist bis 2,5kVDC isoliert und verfügt über Zertifizierungen nach IEC/DE/UL/CSA62368-1. Sie ist für den grundplattengekühlten Betrieb bis zu einer Umgebungstemperatur von 85°C ohne Derating vorgesehen.
Alle Produkte der RMOD-Serie sind gemäß IP67 und RMOD400/600 sogar gemäß IP69K gegen das Eindringen von Staub und Wasser abgedichtet und gemäß DE60068 für die Beständigkeit gegen Temperaturwechsel, Stöße und Ausdauer, Feuchtigkeit/Hitze, Vibrationen, mechanische Stöße und Salznebel zertifiziert. Zusammen mit dem umfassenden elektrischen Schutz machen diese Zertifizierungen die RMOD-Serie ideal für die Montage in exponierten Bereichen in rauen Anwendungen, wie z. B. Off-Highway-EVs, aber auch für den Einsatz in industriellen Materialtransportanlagen.
Die geregelten DC/DC-Wandler der RMOD-Serie (Abbildung 2) wurden speziell für den Einsatz in Off-Highway Elektrofahrzeugen entwickelt, um das Niederspannungsnetz von der Hochspannungs-Traktionsbatterie zu versorgen. Die RMOD-Produkte sind außergewöhnlich robuste, kompakte und abgedichtete Einheiten. Sie bieten eine Reihe von Lösungen von 300W bis 600W, die auf dem Chassis montiert werden können, um die Notwendigkeit von Kühlungslüftern zu vermeiden. Der besonders weite Eingangsspannungsbereich von bis zu 120VDC macht die RMOD-Serie ideal für Elektrofahrzeuge mit nominalen 24V-96V batteriebetriebenen Systemen.
Ein Merkmal vieler Off-Highway-EV ist der fehlende Witterungsschutz für elektronische Module. Die RMOD-Serie kommt dank ihrer wasser- und staubdichten Gehäusekonstruktion ohne Schutzgehäuse aus und kann mechanisch und thermisch direkt mit dem Chassis, also an jeder beliebigen Stelle des Fahrzeugs, verbunden werden und arbeitet daher auch unter widrigsten Bedingungen zuverlässig.
Die RMOD-Serie von DC/DCs umfasst 300W-, 400W- und zwei 600W-Versionen. Das RMOD600-W verfügt über einen Eingangsbereich von 33,6V bis 96V (125V/5min) mit einem 24V-Ausgang; das RMOD600-EW verfügt über einen 13V-Ausgang und einen breiten kontinuierlichen Eingangsbereich von 33,6V bis 125V. Beide Versionen arbeiten bis zu einer Spannung von 24V für maximal 5 Minuten. Die RMOD-Familie ist bis 2,5kVDC isoliert und verfügt über Zertifizierungen nach IEC/DE/UL/CSA62368-1. Sie ist für den grundplattengekühlten Betrieb bis zu einer Umgebungstemperatur von 85°C ohne Derating vorgesehen.
Alle Produkte der RMOD-Serie sind gemäß IP67 und RMOD400/600 sogar gemäß IP69K gegen das Eindringen von Staub und Wasser abgedichtet und gemäß DE60068 für die Beständigkeit gegen Temperaturwechsel, Stöße und Ausdauer, Feuchtigkeit/Hitze, Vibrationen, mechanische Stöße und Salznebel zertifiziert. Zusammen mit dem umfassenden elektrischen Schutz machen diese Zertifizierungen die RMOD-Serie ideal für die Montage in exponierten Bereichen in rauen Anwendungen, wie z. B. Off-Highway-EVs, aber auch für den Einsatz in industriellen Materialtransportanlagen.
Schlussfolgerung
Elektrofahrzeuge für den Off-Highway-Einsatz umfassen eine breite Produktpalette von Gabelstaplern bis hin zu Flughafenausrüstungen und Baumaschinen. Sie ersetzen zunehmend Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor als Reaktion auf den weltweiten Trend zu effizienteren, umweltfreundlicheren Lösungen.
In diesem Blog haben wir uns mit den elektrischen und umwelttechnischen Anforderungen befasst, die an die Designer von Off-Highway-Stromversorgungsarchitekturen gestellt werden, und die DC/DC-Wandler der RMOD-Serie besprochen, die für die Bereitstellung von Niederspannungsstrom aus einem breit gefächerten HV-Eingang konzipiert sind.
In diesem Blog haben wir uns mit den elektrischen und umwelttechnischen Anforderungen befasst, die an die Designer von Off-Highway-Stromversorgungsarchitekturen gestellt werden, und die DC/DC-Wandler der RMOD-Serie besprochen, die für die Bereitstellung von Niederspannungsstrom aus einem breit gefächerten HV-Eingang konzipiert sind.
Anwendungen
| Serie | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| 1 |
|
RMOD300-UW
Fokus
|
|
| |
| 2 |
|
RMOD360-UW
Fokus
|
|
| |
| 3 |
|
RMOD400-EW
Fokus
|
|
| |
| 4 |
|
RMOD400-W
Fokus
|
|
| |
| 5 |
|
RMOD500-W
Fokus
|
|
| |
| 6 |
|
RMOD600-EW
Fokus
|
|
| |
| 7 |
|
RMOD600-W
Fokus
|
|
| |
| 8 |
|
RMOD2000-EW
Coming Soon
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|
| |
| 9 |
|
RMOD4000-EW
Coming Soon
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