DigiTain - Digitalization for Sustainability - Prozesse, Methoden und Modelle zur volldigitalen Produktentwicklung nachhaltiger Elektroantriebsarchitekturen im Rahmen des Konjunkturpakets, Ziffer 35c im Modul b "Neue, innovative Produkte als Schlüssel für Fahrzeuge und Mobilität der Zukunft"; Teilvorhaben: Entwicklung einer innovativen HV-Batteriegehäusestruktur

Abstract

Im Verbundprojekt DigiTain entwickelte die KIRCHHOFF Automotive Deutschland GmbH eine innovative HV-Batteriegehäusestruktur für elektrifizierte Fahrzeuge. Ziel war die Entwicklung einer crashsicheren, ressourcenschonenden und wirtschaftlich darstellbaren Struktur unter Anwendung volldigitaler Entwicklungs- und Absicherungsmethoden. Ausgehend von den Anforderungen des digitalen Gesamtfahrzeugs wurden verschiedene Gehäusekonzepte entwickelt, konstruktiv ausgearbeitet und mittels CAD- und FEM-Simulation bewertet. Ein besonderer Fokus lag auf der lastpfadgerechten Auslegung des Batteriegehäuses sowie auf der Berücksichtigung strukturrelevanter Komponenten des Batterieinnenlebens. Bewertet wurden unter anderem Poller-, Crush-, Innendruck- und Seitencrash-Lastfälle sowie das Eigenfrequenzverhalten der Struktur. Das entwickelte HV-Batteriegehäuse wurde für einen Technologieträger prototypisch umgesetzt und den Projektpartnern für Integration und Validierung bereitgestellt. Ergänzend wurden eine nachhaltigkeitsorientierte sowie eine effizienzorientierte digitale Fahrzeugvariante mit jeweils angepassten Batteriegehäusestrukturen entwickelt und virtuell abgesichert. Die Projektergebnisse zeigen, dass HV-Batteriegehäuse durch eine systemische Betrachtung von Fahrzeugstruktur, Batterieinnenleben und Lastpfaden effizient ausgelegt werden können. Darüber hinaus wurden Erkenntnisse zu virtuellen Entwicklungsprozessen, großseriennahen Stahl- und Hybridbauweisen sowie zur Integration nachhaltigkeitsbezogener Kriterien in den Produktentstehungsprozess gewonnen. Die Ergebnisse bilden eine Grundlage für zukünftige Entwicklungs- und Vorentwicklungsprojekte im Bereich elektrifizierter Fahrzeugstrukturen. Within the DigiTain collaborative research project, KIRCHHOFF Automotive Deutschland GmbH developed an innovative high-voltage (HV) battery housing structure for electrified vehicles. The objective was to design a crash-resistant, resource-efficient, and economically viable structure by applying fully digital development and validation methods. Based on requirements derived from the digital vehicle architecture, multiple battery housing concepts were developed, detailed in CAD, and assessed using FEM-based simulations. Special emphasis was placed on load-path-oriented structural design and on considering structural contributions of battery internal components. The investigations included bollard impact, crush, internal pressure, side-impact, and modal analysis load cases. The developed HV battery housing was prototypically realized for a technology demonstrator and provided to project partners for system integration and validation. In addition, two further digital vehicle variants, one sustainability-oriented and one efficiency-oriented, were developed and virtually validated using adapted battery housing concepts. The project results demonstrate that HV battery housings can be designed efficiently through a system-level approach that considers vehicle structure, battery internals, and load paths simultaneously. Furthermore, valuable insights were gained regarding digital engineering processes, large-scale steel and hybrid lightweight structures, and the integration of sustainability-related criteria into the product development process. The results provide a solid basis for future development and pre-development projects in the field of electrified vehicle structures and HV battery systems.