Entwicklung von Elektrofahrzeugen Herausforderungen an die Organisation und den Entwicklungsprozess. Martin W. Ott

Transkript

1 Entwicklung von Elektrofahrzeugen Herausforderungen an die Organisation und den Entwicklungsprozess Martin W. Ott

2 Inhalt des Vortrags 1 Einführung 2 Rollenverständnis der Entwicklungsorganisation 3 Änderungen des Fahrzeuggrobmaßkonzeptes 4 Absicherung des elektrifizierten Powertrains 5 MBtech Group Ihr Engineering und Consulting Partner Martin W. Ott

3 1 Einführung Die Berichterstattung über Elektrofahrzeuge fokussiert sich auf Technologien, Auswirkungen auf die Umwelt sowie Zielstückzahlen Juni 2009 Forschungsprojekt entwickelt Stromtankstellen für Elektrofahrzeuge Better Place plant, installiert und betreibt Netzwerke von Batterielade- und - wechselstationen für Elektrofahrzeuge Attacke aus China gemäß Fünfjahresplan Elektrofahrzeuge 2020 in Österreich Forscher entwickeln Super-Akku Europäische Autohersteller und Energieversorger einigen sich auf Standard-Stecker Europcar will ab 2010 Elektroautos vermieten Elektromobilität wichtig für Klimaschutz Aber wie kommen die Elektroautos überhaupt auf die Strasse? Martin W. Ott

4 1 Einführung Die Einführung von rein elektrischen Fahrzeugen ist nur mit dem Schritt von der Pferdekutsche zum Automobil vergleichbar Weiterentwicklung des Automobils Entwicklungsfortschritt Martin W. Ott

5 1 Einführung Dennoch erwarten die Kunden die heute von konventionell angetriebenen Fahrzeugen gewohnte Zuverlässigkeit Kundenerwartung Verfügbarkeit der Mobilität Fahrbarkeit Bedienbarkeit Unfallschutz Liegenbleiber / Pannen Inspektion / Wartung Garantie und Kulanz Bildquellen: ADAC e.v.; JD Powers Inc. Martin W. Ott

6 1 Einführung Die tradierten Fahrzeugkonzepte erlauben Klein- oder Sportwagen, für eine echte Alltagstauglichkeit sind neue Konzepte notwendig Martin W. Ott

7 1 Einführung Aus diesem Anspruch heraus resultieren drei besondere Herausforderungen an die Entwicklung der Mobilität (Automobile) Rollenverständnis der Entwicklungsorganisation Änderungen des Fahrzeuggrobmaßkonzeptes Heutiger Vortrag Absicherung des elektrifizierten Powertrains Bildquelle: Daimler AG Martin W. Ott

9 2 Rollenverständnis der Entwicklungsorganisation Ein Powertrain wird in mehreren Fahrzeugen eingesetzt, daher laufen die Entwicklungsprozesse parallel Entwicklungsprozess Entwicklungsorganisation Fahrzeugentwicklung Fahrzeug 1 Fahrzeug 2 Fahrzeug 3 Fahrzeug 4 Produktdefinition Konstruktion Erprobung Serie Powertrain A Powertrainentwicklung Definition Konstruktion Erprobung Serie Powertrain B Powertrain C Martin W. Ott

10 2 Rollenverständnis der Entwicklungsorganisation Die heutigen Aufgaben der Powertrainentwicklung werden sich durch die Elektrifizierung grundlegend verändern und erweitern Funktionen Konventioneller Powertrain Motor Getriebe Steuergeräte Nebenaggregate Kühlung Klima Abgasanlage Elektrischer Powertrain E-Motor Neu! Leistungselektronik Neu! Batterie Neu! HV-Elektrik/Elektronik Neu! Nebenaggregate Neu! Kühlung Klima Aufgaben Verbrennung Applikation Verbrauch Applikation Verbrauch Bildquelle: Daimler AG, Brusa AG Martin W. Ott

11 2 Rollenverständnis der Entwicklungsorganisation Energiemanagement wird zur Kernkompetenz Kompromisse zwischen Fahrleistung und Komfort müssen gefunden werden Konventioneller Powertrain Gesamtfahrzeug Komfortsysteme Regelsysteme Sicherheitssysteme Gesamtfahrzeug Komfortsysteme Regelsysteme Sicherheitssysteme Powertrain Motor Generator 12V-Batterie Zusätzlicher Energiebedarf im Gesamtfahrzeug kann durch stärkeren Generator am Powertrain gedeckt werden geringer Effekt auf Reichweite Elektrischer Powertrain Powertrain E-Motor / Generator Traktionsbatterie 12V-Batterie Gesamtenergiehaushalt im Fahrzeug ist gedeckelt Kompromisse zwischen Komfort, Fahrleistung und Reichweite müssen akzeptiert werden Zukünftig wird ein Gesamtfahrzeugenergiemanager die Rolle eines Moderators übernehmen: Beispiele: Winter: Nutzung der Stand- / Sitz- und Batterieheizung gegenüber Reichweite oder Beschleunigung Sommer: Nutzung von Klimaanlage und Belüftung gegenüber Reichweite oder Beschleunigung Martin W. Ott

13 3 Änderungen des Fahrzeuggrobmaßkonzeptes Der Powertrain beeinflusst die Silhouette der Fahrzeuge maßgeblich E-Drive-Komponenten werden Auslegungskriterium Beispiele DuraCar QUICC! DiVa RinSpeed ichange Mercedes-Benz Subaru G4e Traditionelle Konzepte Mercedes-Benz BlueZero Triac E-Drive optimiert Bildquellen: DuraCar Ltd., Rinspeed AG, Daimler AG, Subaru Group, Triac Martin W. Ott

14 3 Änderungen des Fahrzeuggrobmaßkonzeptes Das gesamte Fahrzeug wird durch die für die Elektrifizierung notwendigen Komponenten und Systeme verändert Beispiele HV/NV Bordnetz Leistungselektronik Betriebsstrategie/ Gesfhz Energiemanagement Package Elektromotor Motorsteuerung Traktionsbatterie Fahrzeugaufbau Thermomanagement HV-Sicherheitskonzept EMV Ladegerät/ Steckverbindung elektr. Nebenaggregate Spannungswandler Vehicle Control Unit DMU/ PMU Martin W. Ott

15 3 Änderungen des Fahrzeuggrobmaßkonzeptes Schon in der Konstruktionsphase müssen die Ingenieure Ideen und Lösungen anhand der neuen Rahmenbedingungen berücksichtigen Beispiele Passagierzelle Neue Gestaltungsmöglichkeiten, z.b. Sitzverstellung auch quer Ablagefächer in der Mittelkonsole Vorderwagen Crash-Anforderungen als wichtigste Auslegungsgröße Neuer Stauraum durch Entfall des Motor-Getriebe-Aggregats Unterbringung der Nebenaggregate (Klima, Kühlung, etc.) besser möglich Unterboden Durch Entfall der Kardanwelle und der Abgasanlage im Tunnel kann ein flacher Unterboden realisiert werden Batterie kann im doppelten Boden (Sandwichkonzept) konzipiert werden Heckwagen Crash-Anforderungen und Stauraum als wichtigste Auslegungsgrößen Bildquelle: Daimler AG Martin W. Ott

16 3 Änderungen des Fahrzeuggrobmaßkonzeptes Elektrik/Elektronik die Unterbringung von Hoch- und Niedervoltkomponenten sowie Kabelsträngen muss gewährleistet sein Beispiele Package Leitungslängen Unterbringung der Komponenten, z.b. Batterie Montierbarkeit der Kabelstränge Batteriewechselkonzepte Hochvoltkontaktierung Isolierung (Temperatureinfluss, Scheuerung) Sicherstellung Berührungsschutz Lichtbogen bei Steckverbindungen Sicherheitskonzepte / Crashverhalten Automatische Abschaltung Missbrauchsschutz EMV Zusammenspiel Hoch- und Niedervoltkomponenten Ausschluss von Interferenzen NVH Festigkeit der Komponenten Geräusche (z.b. durch Kühlung Wasser oder Luft) Thermische Absicherung Kaltstartverhalten Batterietemperierung Zellenalterung Martin W. Ott

18 4 Absicherung des elektrifizierten Powertrains Absicherung von Funktion und Zuverlässigkeit bestehende Erprobungsmethoden müssen geändert und neue erstellt werden Schematischer Erprobungsprozess Digitaler Prototyp und Simulation Prüfstandserprobung Gesamtfahrzeugerprobung Software-in-the-loop Ladezustände Thermische Absicherung Hardware-in-the-loop Missbrauchs-Tests Dauerhaltbarkeit Festigkeit Schwingungen, NVH Elektromagnetische Verträglichkeit Thermische Absicherung (Klimakammern) Crash-Tests Stadt-Dauerlauf Versottungsdauerlauf Heide-Dauerlauf Sommer- / Winterfahrten Funktionstest Martin W. Ott

19 4 Absicherung des elektrifizierten Powertrains Interaktion mit der Außenwelt birgt weitere Herausforderungen für die Entwicklung von Elektrofahrzeugen Wie können Fußgänger auf Elektrofahrzeuge aufmerksam gemacht werden? Akzeptieren Kunden die kurzen Reichweiten? Welcher Strommix ist wirklich umweltfreundlich / verfügbar? Rohstoffvorräte werden Lithium/Neodym das neue Öl? Wie wirken laute Außengeräusche wie z.b. Sirenen und Hupen auf Fahrer Ladestationen Ist der Kabelsalat am Laternenmast eine Gefährdung? Ist der Ladevorgang dem Fahrer eine Premiumfahrzeugs zuzumuten Martin W. Ott

20 Zusammenfassung Die erfolgreiche Entwicklung von Elektrofahrzeugen bedingt ein umfassendes Umdenken in der Automobilentwicklung Entwicklungsorganisationen müssen sich durch veränderte Prozesse und Zusammenarbeitsmodelle an die neuen Anforderungen anpassen Der Entfall konventioneller und die Einbindung neuer Komponenten bieten andere Freiheitsgrade, aber auch neue Einschränkungen Silhouetten werden sich ändern, vor allem dann, wenn erste Plattformen ausschließlich für den elektrischen Antrieb und für die Massenproduktion entwickelt werden Kunden erwarten die selben Sicherheits- und Qualitätsstandards der heutigen kraftstoffgetriebenen Automobile Hochvolt-Elektrik, Steuerungselektronik und Thermische Anforderungen machen andere Funktionstests und Dauerlaufreihen notwendig Die Interaktion mit der Außenwelt muss bei der Entwicklung berücksichtigt werden, von der Wahl der Stromquelle bis zum Schutz von Fußgängern Martin W. Ott

22 5 MBtech Group Ihr Engineering und Consulting Partner Wir begleiten unsere Kunden von der Konzeptphase bis hin zur Absicherung im Gesamtfahrzeug GESAMT- FAHRZEUG Konzept & Spezifikation Validierung Gesamtfahrzeugerprobung SYSTEME, MODULE UND KOMPONENTEN Entwicklung & Adaption Validierung Integrations & Komponententests Integration Consulting & Projektbegleitende Leistungen Martin W. Ott

23 5 MBtech Group Ihr Engineering und Consulting Partner MBtech bündelt die Ressourcen aus den Fachbereichen den Anforderungen des Kundenprojektes entsprechend Martin W. Ott

24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Bildquelle: Daimler AG Martin W. Ott

25 5 MBtech Group Ihr Engineering und Consulting Partner Ihr Kontakt bei MBtech Martin W. Ott Head of Hybrid Project House MB-technology GmbH Kolumbusstrasse Sindelfingen Germany Phone +49 (0) Fax +49 (0) Mobil +49 (0) Martin W. Ott