In den frühen Entwicklungsphasen von Hochvolt-Batteriesystemen (HV) ist die Gewichtsanalyse ein kritischer Aspekt, der die Leistung, Effizienz und Kosten des Fahrzeugs maßgeblich beeinflusst. Die Durchführung einer genauen Gewichtsschätzung und -analyse in diesen Phasen stellt jedoch eine Reihe von technischen und organisatorischen Herausforderungen dar. Eine besondere Schwierigkeit besteht darin, eine funktionale Gewichtsstruktur zu schaffen, die das sich entwickelnde Design widerspiegelt.
Fehlende Konstruktionsdaten
In der Konzept- und Vorentwurfsphase sind wesentliche Parameter wie Bauraum, Materialauswahl und Außenhautkonturen entweder nicht definiert oder liegen nur als grobe Schätzungen vor. Diese fehlenden Informationen führen zu einer nur ungenauen Vorhersage der Massenverteilung. Ohne präzise Cell-to-Pack-Architektur oder Kühlsystem-Layouts müssen Annahmen getroffen werden, die in späteren Designphasen zu erheblichen Abweichungen führen können.
Interdependenz der Teilsysteme
HV-Batteriesysteme umfassen strukturelle, thermische, elektrische und elektronische Elemente. Änderungen in einem Subsystem (z. B. Wärmemanagement) können sich auf das Design auswirken und die Masse anderer Subsysteme beeinflussen. Die Erfassung dieser Wechselwirkungen in Gewichtsmodellen in der Frühphase erfordert eine iterative Modellierung auf Systemebene, die in dieser Phase oft nicht durchführbar ist.
Schwierigkeiten bei der Erstellung eines funktionellen Gewichtsaufbruchs
Die Erstellung eines funktionellen Gewichtsaufbruchs in einem frühen Entwicklungsstadium ist aufgrund des Mangels an klaren Schnittstellen und Definitionen zwischen den Funktionseinheiten eine besondere Herausforderung. Der funktionelle Gewichtsaufbruch muss Gewichte von Batteriezellen, Gehäusen, BMS, Verkabelung, Kühlsystemen und Befestigungselementen erfassen. In einem frühen Stadium ist die Zuordnung von Masse zu diesen Funktionen spekulativ, was oft zu inkonsistenten oder sich überschneidenden Massenrechnungen führt. Darüber hinaus sind herkömmliche Product Breakdown Structures (PBS) nicht gut auf die funktionale Architektur abgestimmt, was die Rückverfolgbarkeit und Optimierung erschwert.
Strategien zur Verbesserung
Um diesen Herausforderungen zu begegnen, werden fortschrittliche TGM-Systemmodellierungs-werkzeuge in die frühe Entwicklungsphase integriert. Funktionale Mock-ups und skalierbare Referenzarchitekturen können dabei helfen, erste Massenziele zu definieren. Eine funktionsübergreifende Zusammenarbeit ist unerlässlich, um Annahmen abzugleichen und den funktionellen Gewichtsaufbruch iterativ zu aktualisieren. Darüber hinaus kann der Einsatz von Leichtbauprinzipien wie Funktionsintegration und der Einsatz von Modulen die Gewichtsunsicherheit verringern und eine frühzeitige Optimierung fördern.
Fazit
Die Gewichtsanalyse in der frühen Entwicklung von HV-Batterien wird durch begrenzte Daten, Abhängigkeiten zwischen den Subsystemen und Schwierigkeiten bei der Definition einer funktionalen Gewichtsaufschlüsselung behindert. Um diese Herausforderungen zu meistern, sind integrierte Ansätze erforderlich, die Entwicklungsmodelle in der Frühphase, digitale Werkzeuge und auf Leichtbauprinzipien basierendes Denken auf Systemebene kombinieren.
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