09. September 2021

Top-Trends Beim Modularen Design von Elektrofahrzeugen

Dieser Beitrag ist Teil der FEV Blog-Reihe mit Informationen über die wichtigsten Trends zu nachhaltiger Mobilität. Für detailliertere technische Informationen wenden Sie sich bitte an marketing@fev.com. Wir bringen Sie mit dem zuständigen FEV Experten in Kontakt.

Der Markt für Elektrofahrzeuge verzeichnet eine zunehmende Anzahl an Wettbewerbern. Die Konstruktionskriterien - und die vielen Faktoren, die sich auf den Werkzeugbau, das Anlagendesign und die Fertigungskomplexität auswirken – sind inzwischen ein zentrales Thema der Diskussion. Dieser Blog gibt einen Überblick über Entscheidungen, die Entwickler von Elektrofahrzeugen zu Beginn des Konstruktionsprozesses treffen müssen – denn dies können die Kosten nach oben oder unten treiben und die Markteinführung entweder beschleunigen oder verzögern.

“NATIVE EV” ODER MODIFIZIERTES VKM-DESIGN?

Einige der Elektrofahrzeuge, die heute bereits auf unseren Straßen fahren, wurden von vornherein als solche konzipiert, also: Dezidiert für den Betrieb als Elektrofahrzeug entwickelt, während es sich bei anderen um modifizierte Versionen von Fahrzeugen mit Verbrennungskraftmaschinen (VKM) handelt. Bei Neueinführungen verspricht die Konstruktion als „natives“ Elektrofahrzeug mit EV-optimiertem Chassis und den Vorteilen modularer Komponenten größere Erfolgschancen.

DIE BEDEUTUNG DER MODULARITÄT

Wer von Flexibilität, Vielseitigkeit und Skaleneffekten profitieren möchte, kommt an Modularität nicht vorbei. Bei einem modularen EV-Aufbau können die Plattform und die Komponenten für unterschiedliche Fahrzeuge verwendet werden. Dies beschleunigt die Entwicklung und macht die Fertigung effizienter, was wiederum zu erheblichen Kosteneinsparungen führt. Modulare Komponenten ermöglichen eine effizientere Teilebeschaffung und erleichtern Bestandsverwaltung, Verarbeitung und Lagerung. In einem Werk können mehrere Fahrzeugvarianten einfacher und effizienter hergestellt werden, mit weniger komplexen Umrüstungen und Änderungen der räumlichen Anordnung.

Die Ingenieure müssen bei der Planung eines modularen Aufbaus zahlreiche konstruktionsbezogene Entscheidungen treffen – zu den wichtigsten gehören die Wahl der Basisplattform sowie die Anordnung und die Auslegung der Batterien.

Als einer der weltweit führenden Entwickler von Elektrofahrzeugen nimmt FEV dank Engineering-Know-how und Erfahrung eine Spitzenposition beim Thema modulares Design ein. Wir sind Entwicklungs- und Technologiepartner für EV-Startups, die unser umfangreiches Know-how in der Produktentwicklung nutzen wollen, um ihre Risiken zu verringern. Zudem unterstützen wir Startups bei der Markteinführung erfolgreicher Produkte.

DIE SKATEBOARD-PLATTFORM: EIN SCHNELLER WEG ZU BEWÄHRTER PERFORMANCE  

Im Vergleich zu VKM-Antrieben sind EV-Antrieben einfacher gehalten. Dies ermöglicht einen völlig neuen Ansatz für das Design von Fahrzeugplattformen. Die niedrige, flache "Skateboard"-Plattform mit integrierter Batterieplattform und Chassis kann die Grundlage für eine Vielzahl von Fahrzeugdesigns sein. Ihre Flexibilität ermöglicht einzigartige Fahrzeugdesigns mit verbesserter Leistung. Durch die Wahl einer Skateboard-Plattform als Ausgangspunkt können die Hersteller F&E, Design- und Entwicklungszeit sowie eine Vielzahl damit verbundener Kosten reduzieren.

Vorteile von Skateboard-Plattformen:

  • Geringere Kosten für Design und Entwicklung
  • Eine flexible Architektur kann für eine Vielzahl unterschiedlicher Modelle verwendet werden 
  • Einsparungen durch Skaleneffekte
  • Bewährte Performance dank integriertem Chassis

Die Grenzen des Skateboard-Designs liegen darin, dass es sich um eine feste Plattform handelt: Größe, Geometrie, maximale Reichweite und andere zentrale Leistungsmerkmale können nicht einfach verändert werden. Die gleichen Faktoren, die es attraktiv machen, setzen also auch seine Grenzen. Richtig durchdacht, kann ein Skateboard-basiertes Design schneller auf den Markt gebracht werden, aber dieses Tempo hat auch seine Tücken. Ein EV-Entwickler, der seine Entwürfe auf einem bereits existierenden Skateboard-Chassis aufbaut, ist für alle auftretenden technischen oder integrativen Probleme sowie für die Validierung des kompletten Fahrzeugs verantwortlich.

MODULARE BAUKÄSTEN UND UNTERBAUGRUPPEN: FLEXIBILITÄT KANN INTEGRATION ERSCHWEREN

Durch modulare Baukästen und Unterbaugruppen kann bei Entwurf und Entwicklung Zeit gespart werden. Typische Module sind Batterie-Pack-Baugruppen, die mit der vorderen und hinteren Aufhängung verbunden sind. Die Verwendung eines Baukastens bietet Flexibilität bei der Konstruktion, ohne dass die festen Abmessungen eines Skateboards eine Einschränkung darstellen. Allerdings ist der EV-Entwickler für ein höheres Maß an Fahrzeugdesign, -technik und -integration verantwortlich, was die Validierung des Fahrzeugs erschwert.

VOR- UND NACHTEILE VON UNTERFLURBATTERIEN

Bei den meisten der heutigen EVs sind die Batterien im Fahrzeugboden untergebracht (wie bei der typischen Skateboard-Plattform in der Abbildung oben).

Unterflurbatterien senken den Schwerpunkt des Fahrzeugs, was neben einem größeren Kofferraum auch Vorteile in der Fahrdynamik mit sich bringt. Allerdings kann die zusätzliche Unterbodenstruktur, die zur Aufnahme der Batterien erforderlich ist, das Gesamtgewicht des Fahrzeugs erhöhen, und die Befestigungspunkte erfordern möglicherweise eine zusätzliche Validierung. Die Position der Batterien kann zudem die Bodenfreiheit und Wattiefe des Fahrzeugs verringern.

VOR- UND NACHTEILE DES STACKED-BATTERY-DESIGNS 

Eine Alternative zu Batterien im Unterboden sind übereinander angeordnete („stacked“) Batterien. Sie werden üblicherweise gitter- oder reihenförmig angeordnet, die Positionierung kann jedoch auch an den Fahrzeugboden angepasst werden. Die Konstruktionsmöglichkeiten solcher Batterie-Stacks hängen von der Ausführung der Batteriezellen ab; die am häufigsten eingesetzten Zellen sind zylindrisch. 

Der Nachteil von übereinander angeordneten Batterien liegt im Packaging: Zum einen kann der verfügbare Platz im Fahrgastraum eingeschränkt und/oder die Bodenfreiheit verringert werden, zum anderen entstehen durch die Nähe der Batterien zueinander und die damit verbundene Wärmeentwicklung zusätzliche Herausforderungen bei der Kühlung. Zahlreiche OEMs setzen mittlerweile auf diesen Ansatz, um größere Reichweiten anbieten zu können. Das Packaging dieser Fahrzeuge muss demnach entsprechend beim Design besonders berücksichtigt werden. 

WEITERE TRENDS

Während der Markt für Elektrofahrzeuge reift, entwickeln sich zusätzliche Trends, die Entwickler von Elektrofahrzeugen in ihre Überlegungen einbeziehen müssen:

  • Leichtbau 
    Beim Trend zum Leichtbau ist kein Ende in Sicht, denn mit ihm steht und fällt die Effizienz jedes Fahrzeugs. Es ist zu erwarten, dass vermehrt Technologien mit gemischten Materialien zum Einsatz kommen werden. Zudem werden Technologieallianzen entstehen, die zu neuen kompakten Batteriezellen, -modulen und -packs führen, wie wir es bei den Smartphones beobachten können.
  • ADAS- UND AD-SYSTEME
    Die Technologien für Fahrerassistenz und autonome Fahrzeuge werden immer ausgefeilter und zuverlässiger. 
  • AUTOMATISIERTE FERTIGUNG 
    Fertigungsbetriebe benötigen bereits jetzt weniger, dafür aber mehr hochqualifizierte Mitarbeiter:innen - und dieser Trend wird sich fortsetzen. Dies wird zu kleineren Produktionsstätten führen, deren Jahresvolumen gegebenenfalls unter 100.000 Stück liegt.
  • BAUKASTEN-BASIERTES DESIGN
    Während sogenanntes Baukastendesign zunächst den Ton angeben wird, wird sich aufgrund der Gesamtbetriebskosten eine geringere Anzahl an Lösungen durchsetzen.

NUTZEN SIE KNOW-HOW UND ERFAHRUNG VON FEV FÜR DIE ENTWICKLUNG VON EVs

Für EV-Startups ist Innovation der Schlüssel zum Erfolg. Der Markt wird auf zukunftsweisende Fahrzeugkonzepte reagieren, die den Bedürfnissen und hohen Erwartungen der Endkunden gerecht werden - sei es für den privaten oder gewerblichen Gebrauch.

Der Weg vom Entwurf über die Entwicklung bis hin zur endgültigen Validierung kann lang und schwierig sein. Er birgt Risiken und Kosten, die unter Kontrolle gehalten werden müssen. Eine Partnerschaft mit einem erfahrenen EV-Entwickler wie FEV reduziert diese Risiken drastisch, verkürzt  Entwicklungszyklen und maximiert den Return-on-Invest. FEV hat mit zahlreichen globalen OEMs bei deren EV-Programmen zusammengearbeitet und mit SVEN (Shared Vehicle Electric Native) sogar ein eigenes Fahrzeug entwickelt. 

FEV bietet umfangreiche Inhouse-Design-, Test- und Projektmanagementleistungen an: EV-spezifisches Fachwissen in der Batterieentwicklung und -integration ebenso inklusive wie in der Entwicklung leistungsfähiger Antriebsstränge. In Zusammenarbeit mit unseren Partnern entwickeln wir neue Konzepte, entwerfen und konstruieren Komponenten und Module und entwickeln Fahrwerkskonstruktionen für höchste fahrdynamische Ansprüche. Wir unterstützen von der Komponenten- oder Antriebsstrang- bis hin zur Gesamtfahrzeugentwicklung.

SVEN BY FEV: VOM ENTWURF BIS ZUR FERTIGUNG

SVEN, ein „Shared Vehicle Electric Native“-Fahrzeug, haben wir bei FEV von Grund auf selbst entworfen und entwickelt. Das kompakte Elektrofahrzeug ist der rollende Beweis für unsere Fähigkeiten bei Entwurf, Entwicklung, Engineering und Management. Alles an diesem Fahrzeug, von der Architektur und dem Chassis über den elektrischen Antriebsstrang bis hin zu den Motiven für die Innengestaltung, wurde inhouse von FEV entwickelt und validiert.

FEV hat SVEN - das Shared Vehicle Electric Native Fahrzeug - von Grund auf konzipiert und entwickelt. Dieses kompakte Elektroauto steht stellvertretend für unser Know-how in den Bereichen Design, Entwicklung, Engineering und Projektmanagement. Alles an diesem Fahrzeug, von der Architektur und dem Chassis über den elektrischen Antrieb bis hin zur Innenraumgestaltung, wurde von FEV selbst entwickelt und validiert. Als herausragendes Beispiel eines kompakten EVs ist SVEN ab Oktober 2021 Bestandteil der neu gestalteten, auf die Zukunft der Mobilität ausgerichteten Verkehrsausstellung des renommierten Deutschen Museums in München.

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Brandon Bartneck Brandon Bartneck
Senior Manager, Business Development
FEV North America, Inc.