Unsicherheitsmanagement von Produktanforderungen in der Entwicklung von Hochvolt-Batteriesystemen

Haunreiter, Andreas Ludwig Maximilian; Kampker, Achim; Pischinger, Stefan

doi:10.18154/RWTH-2021-04571

Unsicherheitsmanagement von Produktanforderungen in der Entwicklung von Hochvolt-Batteriesystemen = Uncertainty management of product requirements for the development of high voltage battery systems

Haunreiter, Andreas Ludwig Maximilian^RWTH*

2021

VerantwortlichkeitsangabeAndreas Haunreiter

Ausgabe1. Auflage

ImpressumAachen : Apprimus Verlag 2021

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

ISBN978-3-86359-955-3

ReiheErgebnisse aus der Elektromobilproduktion ; 14

Dissertation, RWTH Aachen University, 2021

Druckausgabe: 2021. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University. - Weitere Reihe: Edition Wissenschaft Apprimus

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Kampker, Achim (Thesis advisor)^RWTH* ; Pischinger, Stefan (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2021-01-20

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2021-04571
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/818683/files/818683.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Production Engineering of E-Mobility Components (420910)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Batteriesysteme (frei) ; Produktanforderungen (frei) ; Produktentwicklung (frei) ; Unsicherheitsmanagement (frei) ; battery systems engineering (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Die Automobilindustrie unterliegt einem dynamischen und disruptiven Wandel. Durch die Regulation durch CO2-Obergrenzen als Haupttreiber investieren die Unternehmen in die Entwicklung elektrischer Antriebe und neuer Fahrzeugmodelle. Für den rein elektrischen Antrieb spielt das HV-Batteriesystemdabei eine entscheidende Rolle, da es die Antriebseigenschaften wesentlich festlegt und gleichzeitig die teuerste Komponente im Fahrzeug ist. Die Entwicklung der HV-Batteriesysteme erfordert die Einbindung diverser Disziplinen (insbesondere Mechanik, Elektrik/Elektronik – E/E, Thermik, Elektrochemie) und legt durch die Auslegung und Konstruktion die späteren Produktkosten zu großen Teilen fest. Die Einhaltung von zeitlichen und finanziellen Zielen in der Entwicklung ist herausfordernd, da die Produktanforderungen bereits früh im Entwicklungsprozess festgelegt werden müssen, aber unteranderem durch schnelle Technologiesprünge und fehlende Standards auf allen Integrationsstufen – vom Zellmaterial, über die Zelle bis hin zum Batteriesystem – auf zum Teil unsicheren Informationenbasieren. Es werden demnach Annahmen als Basis für Produktanforderungen getroffen. Hinsichtlich der Produktanforderungen und der getroffenen Annahmen besteht ein Bedarf an geeigneten Methoden für das Management der unsicheren Informationen sowie durch sie bedingte Änderungen am Produkt und seinen Produktanforderungen, um Umsatz- und Gewinnausfälle durch einen Verzug im Entwicklungsprojekt zu vermeiden. In der vorliegenden Arbeit wird eine Methodik erarbeitet, die das Vorgehen für einen erfolgreichen Ablauf des Unsicherheitsmanagements für Produktanforderungen in der HV-Batteriesystementwicklung beschreibt. Sie befähigt den Entwickler von HV-Batteriesystemen dazu, Unsicherheiten zu identifizieren, in geeigneter Weise zu analysieren, sie hinsichtlich ihres Risikos für das Entwicklungsprojekt zu bewerten und letztendlich die Unsicherheiten zu handhaben. Durch die Validierung der Methodik wird der Nachweis erbracht, dass das Unsicherheitsmanagement im Entwicklungsprozess des HV-Batteriesystems bereits in der frühen Konzeptphase in der Praxis sinnvollangewendet werden kann. Zum Nachweis dient eine browserbasierte Software-Applikation, die für den Anwendungsfall programmiert wurde. Insgesamt leistet die Methodik des Unsicherheitsmanagements in der Praxis einen Beitrag dazu, die Transparenz im Entwicklungsprozess zu erhöhen, unvorhergesehene Mehraufwände bezüglich Zeit und Kosten zu vermeiden sowie die Kommunikation und damit die Prozesseffizienz zu verbessern. Dabei ist die Methodik auf die Entwicklung von HV Batteriesystemen ausgerichtet, aber der übergeordnete methodische Rahmen ist allgemeingültig und auf die Produktentwicklung im Allgemeinen übertragbar. Der wissenschaftliche Beitrag der vorliegenden Arbeit besteht darin, dass die bestehenden Ansätze zum Requirements Engineering (Anforderungsmanagement) und Requirements Management (Änderungs- und Risikomanagement) um das Unsicherheitsmanagement erweitert und dadurch verknüpft werden.

The automotive industry is subject to dynamic and disruptive change. Due to regulation by CO2 caps as the main driver, companies are investing in the development of electric drives and new vehicle models. The HV battery system plays a decisive role for the electric drive and especially for full-electric vehicles, as it essentially determines the drive characteristics and is also the most expensive component in the vehicle. The development of high voltage (HV) battery systems requires the involvement of various disciplines (especially mechanics, electrics/electronics – E/E, thermal system, electrochemistry) and largely determines the later product costs through engineering and design. Adherence to schedules and financial targets in development is challenging as product requirements have to be defined early in the development process, although required information is partly uncertain due to rapid technological leaps and lack of standards at all integration levels - from cell material, to cell and battery system. Assumptions are therefore made as the basis for product requirements. With regard to product requirements and the assumptions made, there is a need for suitable methods for managing the uncertain information as well as required changes to the product itself or its requirements. The objective is to avoid a delay in the development project and, therefore, loss of sales and profits. In this thesis a methodology is developed which defines the procedure for a successful process of uncertainty management for product requirements in HV battery system development. It enables the developer of HV battery systems to identify uncertainties, to analyze them in a suitable way, to evaluate them regarding their risk for the development project and finally to handle the uncertainties. The validation of the methodology provides evidence that the uncertainty management in the development process of HV battery systems can be applied in practice in a meaningful way already in the early concept phase. A browser-based software application, which was programmed for the use case, serves for the validation. Altogether, the methodology of uncertainty management contributes to increase the transparency within the development process, to avoid unforeseen additional efforts regarding time and costs and to improve communication and thus the process efficiency. The methodology is focused on the development of HV battery systems, but the overall methodological framework is generally valid and transferable to product development in general. The scientific contribution of the present thesis is that the existing approaches to requirements engineering (requirements management) and requirements management (change and risk management) are extended by uncertainty management and thus become an integrated approach.

OpenAccess:
PDF
(additional files)