Der Power-Backbone als optimale Lösung für zukünftige Anforderungen der Elektromobilität

21. SEP 2022

Mit der Elektrifizierung des Antriebsstranges, des dadurch eingeführten Hochvolt-Batteriespeichers und der angepassten (zonalen) Fahrzeugarchitektur verändern sich auch die Anforderungen an die Energieübertragung im Fahrzeug. Dort, wo bisher aus EMV Gründen die Energieversorgung des Fahrzeuges verlief, sitzt jetzt dessen Hochvolt-Batterie. Zur Versorgung der vorderen, elektrischen LV-Komponenten aus der HV-Batterie mittels eines DC/DC-Konverters stellen klassische, flexible Rundleiter nicht mehr die optimale Lösung dar.

Bei einer Verschiebung der Energieversorgung in den Innenraum spielen insbesondere die Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit, der begrenzte Bauraum und die Maxime zur vollautomatisierten Fahrzeugmontage, neben den Kosten und dem Gewicht eine große Rolle. Eine mögliche Lösung (zur Bewältigung der genannten Anforderungen) ist die Energieübertragung mittels starrer Stromschienen, welche gestapelt angeordnet als Power-Backbone bezeichnet werden.

Vorteile von Stromschienen

Technische Entwicklung des Power-Backbone

Wir bei LEONI haben im Vorentwicklungsprojekt zunächst eine langfristige Vision erarbeitet und auf Basis derer die Entwicklungsarbeit mit Hilfe agiler Projektmethoden gestartet. Ausgehend von einem ähnlichen, bestehenden Produkt und dem dazu vorhandenen Wissen wurden die neuen Anforderungen gesammelt, analysiert und entsprechende neue Lösungen entwickelt. Diese generischen Lösungen für die Einzelfunktionen wurden in einem morphologischen Kasten zusammengetragen und bewertet.

Auszug des morphologischen Kastens

Auf diese Weise können optimierte Lösungen auf spezifische Anforderungen der Kunden angeboten werden. Insbesondere die Materialauswahl, Dimensionierung, Fixierung und Kontaktierungstechnologie des Power-Backbone sind wesentliche Merkmale bei der Erstellung eines spezifischen Konzepts. Verschiedene, generische Konzepte wurden entworfen, um die technische Bandbreite der möglichen Anwendungen demonstrieren zu können.

Für die Auslegung unter definierten Annahmen wurden sowohl elektro-thermische, mechanische als auch elektromagnetische Simulationen durchgeführt. Darüber hinaus wurde eine Kostenevaluation für die Konzepte und ein Vergleich mit bestehenden Lösungen abgeschlossen.

Ergebnisse der Simulationen

Ergebnisse und Erfolgsfaktoren

Durch die Entwicklung des Power-Backbone konnte gezeigt werden, dass er viele Vorteile gegenüber klassischen Rundleitern aufweist. Insbesondere das durch die gestapelte Anordnung sehr niedrige magnetische Feld, ermöglicht eine Installation nah am Innenraum, ohne zusätzliche Schirmungsmaßnahmen ergreifen zu müssen. Ein weiterer Vorteil ist der geringe vertikale Platzbedarf, wodurch eine Integration auch in engen Bauräumen ermöglicht wird. Des Weiteren kann durch die flache Geometrie und der damit besseren Wärmeabgabe ein geringerer Querschnitt der Leiter ausgewählt werden, was dementsprechend auch zu einem geringerem Gewicht der Komponente führt. Durch die Steifigkeit der Stromschienen wird außerdem das Potential für eine automatisierte Produktion und Montage wesentlich erhöht.

Im Verlauf des Projekts wurden neben der Konzeptarbeit zudem unterschiedliche Prototypen zur Kommunikation mit dem Kunden aufgebaut und nachhaltige sowie automatisierte Produktionskonzepte entworfen. Innovative Lösungsansätze wurden bereits zum Patent angemeldet und stellen so ein Alleinstellungsmerkmal für das neue Produkt bei LEONI dar.

Unter Verwendung der agilen Methoden konnte innerhalb von nur 7 Sprints die Voraussetzung für die Aufnahme eines neuen Produkts in den LEONI Produktkatalog geschaffen werden. Somit ist LEONI bereit, um mit Kunden die individuelle Lösung zu besprechen und die Vision Wirklichkeit werden zu lassen.

Finales Produkt: 2 Prototypen für unterschiedliche Anforderungsszenarien

Mit seinen zahlreichen Vorteilen und Verbesserungen gegenüber herkömmlichen Rundleitern beweist der Power-Backbone eine intelligente Alternative zu sein: Der LEONI Power-Backbone ist reif für die Straße und wird durch aktuell laufende Erweiterungen noch attraktiver.