Voltabox is een belangrijke aanjager van de trend in elektrische mobiliteit
E-mobility is hét thema van dit moment. Wereldwijde mobiliteit staat aan de vooravond van een nieuw tijdperk. Moderne lithium-ion batterijsystemen vervangen steeds vaker conventionele aandrijvingen. Maar voordat een voertuig geëlektrificeerd kan worden, moeten tal van vragen worden beantwoord: welke capaciteit past in de beschikbare installatieruimte? Welke spanning is nodig voor de toepassing? Daarvoor is diepgaande knowhow nodig.
Voltabox AG uit Delbrück, Duitsland, gespecialiseerd in de ontwikkeling en productie van lithium-ion batterijsystemen, bevindt zich midden in deze trend. Om het batterijsysteem als sleutelcomponent van elektrisch aangedreven voertuigen zo nauwkeurig mogelijk af te stemmen op de omstandigheden en eisen van de betreffende toepassing, benut Voltabox tijdens de batterijontwikkeling het automatiseringspotentieel in kabel- en kabelboomontwerp volledig met Eplan Harness proD.
Christopher Bern, Team Leader Battery System Development bij Voltabox, legt uit: “We hebben ontdekt dat geen enkele andere tool zo snel te leren is en zo intuïtief werkt als Harness. De koppeling tussen Electric P8 en Harness biedt zoveel voordelen dat we die niet meer zouden willen missen.”
Ideale positie: midden in de waardeketen
Voltabox ziet zichzelf met zijn batterijsystemen op de ideale plek binnen elektromobiliteit – precies midden in de waardeketen. Het bedrijf heeft drie divisies. De divisie Voltapower biedt klantspecifieke batterijsystemen voor industriële toepassingen, zoals heftrucks, mijnbouwvoertuigen, trolleybussen en automatisch geleide voertuigen. De tweede divisie is Voltaforce, gespecialiseerd in lithium-ion batterijen voor de massamarkt. De focus ligt hier op startaccu’s voor motoren en sportwagens, plus batterijpakketten voor pedelecs en e-bikes. De derde divisie, Voltamotion, richt zich op de ontwikkeling van elektrische aandrijfsystemen: onderdelen die nodig zijn voor de elektrificatie van aandrijflijnen. Deze componenten worden op de markt gebracht vanuit het eigen ontwikkelcentrum in Aken, zoals vermogenselektronica voor volledige elektrificatie van high-performance voertuigen, inclusief zeer efficiënte elektromotoren.
Spanning gegarandeerd – batterijontwikkeling
Christopher Bern draait er niet omheen als het gaat om het uitdagende werkveld van de engineers bij Voltabox: “We moeten zo snel mogelijk klantspecifieke oplossingen ontwikkelen. De eerste prototypes moeten al geschikt zijn voor serieproductie.” Toch moeten prototypes en kleine series kostenefficiënt worden gerealiseerd en moeten aanpassingen op elk moment snel en eenvoudig kunnen worden doorgevoerd. Dat is geen keuze, maar een vereiste als je een leidende rol wilt spelen in een van de meest dynamische industrieën ter wereld: “We stellen de hoogste eisen aan onszelf en aan onze premiumproducten. Dat is de enige logische conclusie wanneer twee marktleiders samenwerken.” De ene is Voltabox en de andere is Eplan, dat de oplossingen levert die automatisering en workflow-samenwerking mogelijk maken: Eplan Electric P8 voor elektrotechnisch ontwerp en Eplan Harness proD voor kabel- en kabelboomontwerp in 2D en 3D. Een blik op het batterijontwikkelingsproces bij Voltabox laat zien hoe en waarom.
Het ontwikkelproces van Voltabox in beeld
Het batterijontwikkelingsproces kan worden samengevat in vier werkstappen: analyse van de 3D-inbouwruimte en schemaontwerp, componentplaatsing en 3D-kabelboomontwikkeling, prototypeproductie en productieaanvragen plus documentatie. Voltabox wil snel eersteklas resultaten behalen – en dat lukt niet met een sequentiële workflow van geïsoleerde afdelingen en losstaande oplossingen. Terwijl een klant van Voltabox informatie aanlevert over de inbouwruimte en mechanische ontwerpdata voor de doeltoepassing, wordt het schemaconcept al parallel ontworpen.
Beide datapakketten worden geïmporteerd in Eplan Harness proD, waarna “de componentplaatsing kan beginnen,” zegt Bern. “Kabelroutes worden gedefinieerd en gekoppeld op basis van het schema. Vervolgens worden individuele assemblages stap voor stap opgebouwd.” Naast de hoogspanningsbekabeling van meerdere batterijcontainers omvat de externe bekabeling van een batterijsysteem vaak ook communicatie met de centrale besturingseenheid, die de betrouwbare werking van de batterij waarborgt en als interface tussen batterij en voertuig fungeert.
De gegenereerde assemblages kunnen worden geëxporteerd en teruggekoppeld naar het mechanisch ontwerp om passende wijzigingen door te voeren en ontwikkelcycli mee te nemen. Dat gaat eenvoudig, omdat Eplan Harness proD open is voor MCAD-systemen en gemakkelijk in bestaande systeemlandschappen kan worden geïntegreerd. De prototypeafdeling kan vervolgens met alle benodigde informatie uit Eplan Harness proD – de kabelboom, de stuklijst van alle benodigde componenten, het schema voor oppervlaktebescherming, enzovoort – de eerste samples produceren; parallel worden draadtekeningen en nagelborden afgeleid om productieaanvragen te starten. Eplan Harness proD stelt automatisch alle documentatie samen, inclusief nagelbord- en draadtekeningen. Zoals Bern uitlegt: “Gebruiksaanwijzingen, assemblagedocumentatie voor de productie en visualisaties – begrijpelijk voor iedereen – zijn onmisbaar. In het begin hadden we zoiets helemaal niet.”
Het point-and-click-principe werkt
De eisenanalyse door Voltabox leidt eerst tot de selectie van de ideale batterijcel, waarna de passende bekabeling van de modules wordt ontworpen. Het systeemconcept wordt samen met het mechanisch ontwerp ontwikkeld en getoetst aan de data van de doeltoepassing. Bern: “Het gaat hierbij om de beschikbare inbouwruimte en ook om de vraag of het handlingconcept geschikt is en of de bevestigingspunten toegankelijk zijn.” De selectie en plaatsing van subcomponenten en draden gebeurt via de Harness-bibliotheek, een componentendatabase die Voltabox zelf heeft opgebouwd en die accessoires bevat zoals blindstoppen en afdichtingen. Het point-and-click-principe werkt: “We kunnen alles met slechts een paar klikken in de inbouwruimte plaatsen; de bekabeling voor de vermogens- en communicatie-eenheden kan heel snel worden gerealiseerd,” zegt Bern. Met nadruk op niet alleen de interactie met het mechanisch ontwerp, maar ook de samenwerking tussen elektrotechnische projectplanning en kabelboomontwerp, voegt hij toe: “De Harness-interface met Electric P8 is een enorm voordeel en maakt het leven van de ontwerper veel gemakkelijker. We kunnen de verbindingsplannen automatisch importeren.”
Bovendien kunnen afgeleide assemblagetekeningen zeer efficiënt worden gemaakt, waarbij wijzigingen automatisch worden geïmporteerd, dus bijgewerkt, en verrijkt met aanvullende informatie. De sleutel is interactie: de uitgebreide exportinterface tussen MCAD en ECAD maakt snellere ontwikkelcycli mogelijk voor het creëren van de digitale twin van het batterijsysteem. Het mechanisch ontwerp kan kabelbomen en gepositioneerde componenten terug importeren in het eigen systeem en het ontwerp daarop aanpassen – bijvoorbeeld voor bevestigingen en uitsparingen – om de kabelbomen veilig in het batterijsysteem te integreren.
Samenwerking tussen de afzonderlijke ontwikkelafdelingen bij Voltabox vormt de kern van een efficiënt ontwikkelproces. Het bedrijf bereikt een nog hoger integratieniveau met de geplande koppeling van Eplan Harness proD aan het PDM-systeem, die wordt gerealiseerd met Eplan ERP/PDM Integration Suite.
- Digitale twin Afbeelding: Voltabox AG
- Voltabox-batterijsysteem Afbeelding: Voltabox AG
Digitale twin: blik op de toekomst
Vooraf weten hoe het systeem later werkt – dat kan met Eplan Harness proD en is precies waar engineers van dromen: “Het is indrukwekkend om te zien hoe dicht het daadwerkelijke systeem bij de vooraf ontworpen digitale twin komt,” zegt Bern over de voordelen van de virtuele simulatie van het batterijsysteem op zijn desktop. “We kunnen met Harness alles vooraf controleren en fouten vroeg in het proces ontdekken zonder eerst prototypes te hoeven bouwen: montagegemak, draadrouting in relatie tot de ruimte in de doeltoepassing of de toegankelijkheid van stekkerverbindingen. Negentig procent van de taak kan in 3D worden uitgevoerd, waardoor de inspanning voor prototypes tot een minimum wordt beperkt.”
Met Eplan Harness proD kunnen draadroutes zonder prototype worden gedefinieerd en stuklijsten automatisch worden aangemaakt – dit ondersteunt de workflow net zo goed als de gekoppelde wijzigingsprocessen. Bern legt uit: “Neem het voorbeeld dat je één pin op een besturingsapparaat wilt wijzigen: we hoeven ons er helemaal geen zorgen over te maken of alle tekeningen en afgeleiden deze wijziging hebben meegenomen. De tool merkt de wijziging automatisch op, geeft deze aan en voert hem overal door.”
Ook het meten van draadlengtes is volledig geautomatiseerd in Eplan Harness proD. “Dat is een heel belangrijk punt,” zegt Bern, “ook al valt het misschien niet als eerste op. Bij conventioneel draadontwerp maak je eerst een sample en controleer je daarna of het geschikt is; de kabelboom wordt met de hand gemeten en vervolgens worden de bijbehorende tekeningen en nagelborden ontworpen. Hier gebeurt dat allemaal met één muisklik.”
Duidelijk is dat er geen toepassing bestaat die niet ook voor iets bijzonders kan worden gebruikt. Ook Voltabox vormt daarop geen uitzondering bij het gebruik van Eplan Harness proD: “Wat we intern graag doen, is leidingen ontwerpen in Eplan Harness. We geven een kabelboom simpelweg de juiste eigenschappen voor de leiding die we nodig hebben, en klaar!”
Auteur: Ulrich Kläsener, freelance redacteur, Bergisch Gladbach