Axeon verlässt sich auf Creo und Windchill, um seinen Erfolg im Bereich Elektrofahrzeuge zu sichern

Optimieren der Produktkonstruktion in der Anfangsphase des Entwicklungszyklus

Axeon (Logo)

Axeon aus dem schottischen Dundee ist Europas größter unabhängiger Lieferant von Lithium-Ionen-Batteriesystemen. Hier werden jährlich über 70 Millionen Zellen verarbeitet und Großserien für den internationalen Markt hergestellt. Das Unternehmen entwirft und produziert leistungsstarke Batteriesysteme für Elektro- und Hybridfahrzeuge. Unter anderem hat Axeon ein erfolgreiches und bewährtes Batteriemanagementsystem entwickelt, mit dem das Unternehmen eine zuverlässige und sichere Leistung garantieren kann. Axeon liefert auch Batterielösungen für andere Anwendungsfelder, beispielsweise für Bosch Power Tools.

Die Aufgabe: Entwicklung einer leistungsstarken und leichten Batterie für den Elektrofahrzeugmarkt

In den letzten Jahren ist der Absatz für Elektrofahrzeuge bei Axeon stark gestiegen. Das liegt vor allem am großen Interesse an Elektrofahrzeugen und anderen umweltfreundlichen Technologien. Vor dieser Entwicklung konzentrierte sich das Unternehmen schwerpunktmäßig auf Mobilitätsprodukte wie Akkupacks für Elektrowerkzeuge und auf kleine AA-Batterien. Aufgrund des Umwelttrends setzt das Unternehmen nun verstärkt auf größere Batteriemanagementsystem für den Fahrzeugbau. Diese großen Batterien sind jedoch schwerer und müssen höhere Lasten aushalten. Deshalb erfordern sie umfangreichere technische Analysen.

Axeon stellt viele verschiedene Batterien und Akkus für seine wachsende Kundenbasis her. Neue Kunden müssen oft erst verstehen, wie sie diese Technologie in ihrem Einsatzbereich nutzen können. Aufgrund der derzeit verfügbaren Technologien benötigte Axeon früher schwere und klobige Zellen (die Bausteine von Batterien und Akkus), um das System mit genug Energie zu versorgen. Die Herausforderung für Axeon bestand darin, eine leistungsfähige und doch leichte Batterie für den Elektrofahrzeugmarkt zu entwickeln und vor der Produktion zu testen.

Dank der Verwendung von Creo für den Architekturentwurf konnte ONL die Komponenten der Brücke anpassen und die F2F (File-to-Factory)-CNC-Herstellungsprozesse des Unternehmens einsetzen, um die Brücke plan- und budgetgemäß zu bauen.

Axeon Batteriesystem

Die Lösung: Entwicklung eines optimal dimensionierten Systems mit PTC Elements/Direct, Verwaltung von Dokumenten und Vorlagen mit Windchill PDMLink 

Axeon wählte für die Entwicklung der verschiedenen Batteriekomponenten die 3D-Produktkonstruktionssoftware Creo. Routed Systems Designer wird für den Entwurf von Elektro- und Verdrahtungsschaltplänen, Creo für die mechanische Konstruktion, Cabling Extension für die direkte Kabelverlegung am Creo Modell und Creo Simulate für die Simulation vor der Fertigung eingesetzt. Dank Creo kann Axeon seine Batterieentwürfe jetzt in einer naturgetreuen Simulationsumgebung (in der Regel SAE J2380) testen. Durch die zusätzliche Einbindung von Windchill PDMLink kann Axeon den gesamten Prozess insgesamt besser steuern.

Das Ergebnis: Kürzerer Entwicklungszyklus und niedrigere Entwicklungskosten

Dank Creo konnte Axeon seine Batteriesysteme so entwerfen, dass sie optimale Leistungsfähigkeit in einer kompakten, leichten Bauweise bieten. Gegenüber früheren Entwürfen, die mehr Material benötigten und die Batterien größer und schwerer machten, ist dies ein bedeutender Fortschritt. Mithilfe von Creo untersuchte Axeon die entwickelten Strukturen und konnte deren Leistungsfähigkeit so früh abschätzen. Vor Creo mussten die Ingenieure die Komponenten modellieren und dann die Prototypen bauen, diese auf Probleme untersuchen und schließlich die Probleme lösen. Jetzt können sie das Batteriesystem unter realistischen Bedingungen entwerfen, visualisieren und simulieren – und dadurch frühzeitig entscheiden, ob ein Entwurf weiterentwickelt oder überarbeitet werden muss.


Entwicklung von Zellen für Batterien

Axeon liefert als Europas größter unabhängiger Lieferant von Lithium-Ionen-Batteriesystemen individuelle Lösungen für Elektro- und Hybridfahrzeuge, Mobilfunk und Elektrowerkzeuge. Erst seit Kurzem stellt das Unternehmen auch kompliziertere und größere Batteriesysteme für Elektrofahrzeuge her. Es entwickelt viele einmalige Entwürfe, damit seine Kunden testen können, wie sie die Technologie in ihren Elektrofahrzeugen am besten einsetzen.

Simon Dobson, leitender Maschinenbauingenieur bei Axeon, erklärt: "Die größte Herausforderung für uns ist, in unseren Systemen eine ausreichende Energiedichte zu erreichen. Mit der derzeitigen Zellentechnologie müssen wir viele große Zellen verbauen, um die benötigte Kapazität zu erhalten."

Fahrzeugbatterien liefern in der Regel 300 Volt Spannung. Für ein Batteriesystem sind etwa 90 Zellen erforderlich. Die Ingenieure gehen bei der Konfektionierung der Zellen modular vor. Das hat zum Teil logistische Gründe, trägt aber auch dazu bei, Unterbaugruppen herzustellen, die dann in das größere Batteriesystem eingebaut werden können. Die Ingenieure können die Module offline auf Einhaltung der Qualitätsstandards testen, die Elektronik bearbeiten und die Module anschließend in das fertige Batteriesystem einbauen.


Axeon Akkupack-Design

Auswahl von PTC Elements/Direct für Modellierung und Konstruktion

"Durch die Verwendung von Creo für Modellierung und Konstruktion können wir die Struktur, in der wir diese geballte Batterieleistung unterbringen, sehr stabil und leicht konstruieren. So reduzieren wir die Traglast der Fahrzeuge", erklärt Dobson. "Ohne die Entwurfsoptimierung wäre das zusätzliche Gewicht erheblich größer."
"Einer der Gründe, warum wir uns für Creo entschieden haben, ist die Möglichkeit, das System in einer realistischen Umgebung unter natürlichen Bedingungen zu testen. Dank Creo Fatigue Advisor können wir die langfristigen Folgen von Vibrationen auf die einzelnen Komponenten sehr genau untersuchen. Wir müssen also nicht mehr den kompletten Entwicklungszyklus durchlaufen, nur um dann festzustellen, dass der Entwurf fehlerhaft ist. Stattdessen können wir jetzt virtuelle Simulationen durchführen, ohne überhaupt einen Prototyp bauen zu müssen."
Dank Creo kann Axeon mehrere Iterationen erstellen, um den Entwurf zu optimieren, ehe seine Entwicklung intensiv vorangetrieben oder ein teurer Prototyp hergestellt wird.
"Ohne Simulationen würden Fehler im Endprodukt bedeuten, dass wir zwei Monate umsonst gearbeitet haben. Dank Creo haben wir viel mehr Vertrauen in unsere Entwürfe", so Dobson abschließend.

Windchill erleichtert die Steuerung und gemeinsame Nutzung der Dokumentation

Axeon setzt Windchill PDMLink für die Steuerung der CAD-Dokumentation ein. So können sämtliche Spezifikationen und die Entwicklungsdokumentation in einer Umgebung verwaltet werden. In Windchill können die Ingenieure von Axeon Vorlagenmodelle erstellen, um neue Produktstrukturen für das übrige Unternehmen bereitzustellen. Die Ingenieure können die Stücklistendetails an das Beschaffungsteam weitergeben, sodass sich dieses anhand der Berichte mit dem zu entwickelnden Produkt vertraut machen kann.

Das integrierte Änderungsmanagement in Windchill erlaubt es der technischen Entwicklung von Axeon, sämtliche Komponenten und Baugruppen bei Änderungen einer präzisen Revisionskontrolle zu unterwerfen.

Dobson: "Eine der Schwierigkeiten bei der Konstruktion ist die Integrität der Daten. Es ist gar nicht so einfach, sicherzustellen, dass man die richtige Komponente, den richtigen Pfad und überhaupt die richtige Version verwendet. Und ein Fehler kann teuer werden. Das Fantastische an Windchill PDMLink ist, dass es wirklich nur 'eine einzige Wahrheit' gibt. Zu wissen, dass man in einer Baugruppe die richtigen Teile verwendet hat, bedeutet sehr viel weniger Stress für die Ingenieure."

Voraussetzung für den Bau von Elektrofahrzeugen

Immer mehr Hersteller beabsichtigen, Batterietechnologien in ihre Fahrzeuge einzubauen. Infolgedessen beauftragen viele Unternehmen Axeon mit der Entwicklung einer leichten und effizienten Batterie für ihre spezifischen Anforderungen. Mit Creo als Konstruktionstool kann Axeon die Batterie vor dem Einbau in das Fahrzeugsystem testen und modellieren. Das spart Zeit und Geld. Windchill PDMLink hilft Axeon ebenfalls dabei, Informationen zum Entwicklungsprozess zu steuern und an viele verschiedene Abteilungen im Unternehmen weiterzugeben.

Dobson abschließend: "Creo ist wie eine Garantie für unsere Batteriesysteme. Wir können mehrere Iterationen untersuchen und unseren Entwurf ausgiebig optimieren, bevor das Produkt an den Kunden geht."

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