Serie it‘s OWL: Praxisbeispiel Accumotive
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Serie it‘s OWL: Praxisbeispiel Accumotive

Serie it‘s OWL – Teil 6
Praxisbeispiel Accumotive

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Hochvoltbatterien bilden zusammen mit Elektromotoren die Herzstücke des Elektroautos. Die Stromspeicher mit besonders hoher Energiedichte auf engem Raum sind technisch hochkomplex, was ihre Entwicklung sehr anspruchsvoll macht. Grund genug für ihre Hersteller, sich mit innovativen Entwicklungsmethoden zu beschäftigen.

Kirsten Harting, Kommunikation Produktentstehung, Fraunhofer IEM

Hochvolt (HV)-Batterien werden aus vielen verschiedenen Komponenten zusammengesetzt. Die einzelnen sogenannten Batteriezellen speichern die Energie und sorgen zusammen mit einer komplexen Elektronik für die Energieversorgung des Fahrzeugs. Der Wunsch nach hohen Reichweiten bei Elektroautos erfordert eine optimale Ausnutzung der verfügbaren Bauräume, eine effektive Kühlung und crashsichere Konzepte. Künftig geht es für Entwickler der Hochleistungsspeicher darum, immer mehr Energie auf möglichst kleinem Raum akkumulieren zu können und höhere Leistung abzugeben: Neben dem Antrieb des Hybrid- oder Elektromotors sollen Batterien auch andere Komfortfunktionen im Fahrzeug mit Energie versorgen.

Bedarf an System-Experten steigt

Die Entwicklungsabteilungen sehen sich immer wieder mit neuen Herausforderungen konfrontiert, weiß Andre Gronke, Clusterleiter Systems Engineering bei der Daimler-Tochter Accumotive: „Jedes unserer Projekte soll von neuen Erkenntnissen in der Batterietechnologie und der Verbesserung bestehender Produktlinien profitieren. Dafür müssen bei Bedarf Änderungen auch noch spät im Projektverlauf möglich sein – gerade bei komplexen Produkten und vielen parallelen Projekten mit Gleichteilen keine einfache Aufgabe.“ Bei Accumotive, einem Spezialisten für die Entwicklung und Herstellung von Lithium-Ionen-Batteriesystemen, übernimmt das Team der Systemauslegung die Synthese der Anforderungen und unterstützt die Konzeptfindung mit den Fachabteilungen. Neben Softwaretechnikern, Konstrukteuren und Elektrotechnikern müssen auch die Perspektiven aus den Abteilungen Testing und Qualitätssicherung sowie – nicht zu vergessen – die des Kunden und der Zulieferer berücksichtigt werden. „Unser Job ist es, zu gewährleisten, dass das Zusammenspiel der Komponenten in der Batterie reibungslos funktioniert“, sagt Andre Gronke.

In der Entwicklung besteht oft in der frühen, konzeptionellen Phase Optimierungspotential. Bei einem unzureichenden Systemüberblick entstehen häufig in diesen Phasen Entwicklungsfehler, die zum Teil erst nach der Inbetriebnahme des Produkts auffallen und dann enorme zusätzliche Entwicklungsaufwände bedeuten. „Für Accumotive erhöht sich die Komplexität in doppelter Hinsicht. Durch die steigenden Anforderungen der Kunden und den steten Technologiefortschritt steigt die Systemkomplexität ihrer Produkte enorm. Hinzu kommt eine größere Anzahl an Projekten, die es intern zu koordinieren und zwischen denen es Anknüpfungspunkte zu erkennen gilt“, sagt Dr.-Ing. Harald Anacker vom Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM.

Lösungsansätze im SE Live Lab

Die Wissenschaftler des Fraunhofer IEM begleiten die Ingenieure von Accumotive inzwischen in unterschiedlichen Entwicklungsreihen von HV-Batterien. Gemeinsam werden so in laufenden Projekten Methoden des Systems Engineering angewendet und Accumotive erarbeitet sich eine durchgängige, durch SE-Methodik gestützte, Herangehensweise an ihre Entwicklungsprojekte. Der übergeordnete Ansatz: Lange bevor sich die Fachexperten an die detaillierte Entwicklung der einzelnen Komponenten machen, wird fachübergreifende Transparenz und Einigkeit über das Projekt geschaffen. So denkt beispielsweise auch der Softwaretechniker nicht nur in der IT-Dimension, sondern leistet durch seine Arbeit einen Beitrag zum Gesamtprojekt.

Besonders das Umfeldmodell der Methode Consens setzen inzwischen auch die einzelnen Fachabteilungen mit Erfolg ein. „Das Sichtbarmachen der verschiedenen Interaktionspartner der zu entwickelnden HV-Batterien ist von großem Wert“, erklärt Andre Gronke. „Wir erarbeiten hier ein viel vollständigeres Bild unseres Entwicklungsprojektes. Durch die bildliche Darstellung der Elemente im Umfeld unserer Batterie – etwa dem E-Motor – und ihrer Wechselwirkungen erhalten wir ein fachübergreifendes Verständnis unseres Entwicklungsauftrags und der Interaktion zwischen der Batterie sowie den beteiligten Fahrzeugkomponenten.“ Auch die Modellierung der Wirkstruktur, die zeitige Einbindung der Kundenperspektive über verschiedene Anwendungsszenarien und das Entwerfen von Verhaltensmodellen sind inzwischen festes Ritual zum Start aller Entwicklungsprojekte. Ziel von Andre Gronke ist es, das modellbasierte Denken in den Köpfen der Accumotive-Ingenieure zu verankern und als standardisierte Vorgehensweise zu etablieren.

Unterstützen könnte da künftig auch eine Softwarelösung, die das Accumotive-Entwicklungsteam im Systems Engineering Live Lab des Fraunhofer IEM in Paderborn erprobt. Über das Tool werden die gemeinsam entwickelten Modelle formal aufgebaut und strukturiert dokumentiert. Auch das parallele Arbeiten von Experten am gleichen Modell sowie das gemeinsame Änderungsmanagement sind möglich. ik

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Hintergrund

Im Technologie-Netzwerk it‘s OWL – Intelligente Technische Systeme OstWestfalenLippe – entwickeln über 180 Unternehmen und Forschungseinrichtungen in 46 Projekten gemeinsam Lösungen für intelligente Produkte und Produktionssysteme. Das Spektrum reicht von intelligenten Automatisierungs- und Antriebslösungen über Maschinen, Fahrzeuge und Hausgeräte bis zu vernetzten Produktionsanlagen. Über ein innovatives Transferkonzept werden neue Technologien für eine Vielzahl von – insbesondere kleinen und mittelständischen – Unternehmen verfügbar gemacht. Ausgezeichnet im Spitzencluster-Wettbewerb des Bundesministeriums für Bildung und Forschung gilt it´s OWL als eine der größten Initiativen für Industrie 4.0 in Deutschland.

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