Elektromobilität Power für den i3

Elektromobilität bereits Realität – beispielsweise in Form des BMW i3. Doch der Weg bis zur Serienreife erforderte neue Denk- und Lösungsansätze. Da sich das Unternehmen auf die Hard- und Softwareentwicklung konzentrieren wollte, brauchte es einen Partner für entwicklungsunterstützende Leistungen.

Anspruchsvolle Projekte wie ein Elektroauto lassen sich nur realisieren, wenn sich OEM und Zulieferer über die gesamte Lieferkette eng verzahnen. Daher hat sich BMW für die Leistungselektronik im i3 und im i8 mit Zollner Elektronik einen Partner für entwicklungsunterstützende Leistungen wie Qualifizierungsumfänge, Leiterplattenlayout oder Industrialisierung ins Boot geholt. Als Full-Service-Dienstleister in Sachen Industrialisierung und fertigungsgerechtes Design hat das Unternehmen dabei das Produkt- und Prozess-Engineering sowie die Serienfertigung übernommen.

Sobald die Hardwareentwickler die ersten Konzepte auf Papier brachten, konnte Zollner in Bezug auf Beratung aktiv werden, denn bereits bei der Konzept- und Bauteilauswahl wurden die spätere Produktqualität und der Produktpreis festgelegt. Dabei galt es beispielsweise, die Themen Aufbau- und Verbindungstechnik, Produktionsmöglichkeiten oder auch die Lieferantenanbindung zu berücksichtigen. Durch die enge Abstimmung der kompletten Entwurfskette konnten unter anderem auch die EDA-Systeme zwischen BMW und Zollner abgestimmt werden. Bei der Konstruktion kamen zum Beispiel die Werkzeuge von Dassault Systèmes, Mentor Graphics und Altium zum Einsatz.

Da die mechanische Konstruktion durch den OEM und die elektrische Konstruktion durch den Partner erfolgte, war hier ein besonderer Fokus auf die ECAD/MCAD-Schnittstelle zu legen. Ziel war es, aus Schnittstellen Nahtstellen zu machen, um hier keine »Reibungsverluste« entstehen zu lassen. Im Bereich Leiterplattendesign für die Leistungselektronik lagen die Herausforderungen beim Modul- beziehungsweise Systemdesign und manifestierten sich in den einerseits hohen Spannungen und Strömen unmittelbar neben der Steuerung mit kleinsten Core-Spannungen und Signalen. Ein weiteres Augenmerk legten die Entwickler auf die Einhaltung der geforderten Luft- und Kriechstrecken und die Belange des Wärmemanagements. All dies musste auf sehr begrenztem Raum realisiert werden.

Die Erkenntnisse aus diesem Projekt flossen in regelmäßig aktualisierten Richtlinien für das Leiterplattendesign ein. Speziell für die Themen in der Leistungselektronik wurden hierbei Funktionsgruppen entworfen und getestet, woraus sich spezielle, weiterreichende Designregeln ableiten ließen. Ein Beispiel hierfür ist die Übertragung hoher Ströme mit den modernen Möglichkeiten der Dickkupfertechnik beziehungsweise der Einsatz von isolierten Metallsubstraten in der Verbindung mit bewährter Aufbau- und Verbindungstechnik. Um ein optimales Produkt mit den entsprechend hohen Qualitätsansprüchen zu erhalten, bedarf es einer engen Zusammenarbeit der Konstruktion mit den zuständigen Technologen der einzelnen Fachgruppen entlang der kompletten Wertschöpfungskette. Zu berücksichtigen sind unter anderem auch die Lieferanten der Komponenten wie zum Beispiel der Leiterplatten. Dem Baugruppendesign kommt hier entsprechend eine Schlüsselrolle zu.