High Voltage Battery
Als Kern der modernen Antriebseinheit stellt der Hochvoltspeicher ein komplexes System dar. Ein auf den Bauraum optimierter Energiespeicher mit aufeinander abgestimmten und intelligent entwickelten Komponenten bietet die Grundlage für ein zukunftsfähiges Produkt.
Gemeinsam gestalten wir die Zukunft des Automobils.
Engineering Excellence für Hochvoltbatterien der nächsten Generation
Von der Idee bis zur Serie – ARRK Engineering entwickelt leistungsfähige, sichere und nachhaltige Hochvoltbatteriesysteme für die Elektromobilität. Unsere Lösungen decken die vollständige Entwicklung von der Zelle bis zum Hochvoltbatteriesystemen ab – technisch tiefgreifend, systemisch gedacht und konsequent auf Serienreife ausgelegt. Dabei kombinieren wir Systemverantwortung mit Detailkompetenz in Mechanik, Elektrik/Elektronik, Software und Industrialisierung.
Unsere Kompetenzen
Konstruktion
Von der Idee über die ersten Konzepte bis hin zur Industrialisierung und Serienentwicklung, bieten wir die Entwicklung und Konstruktion von kompletten Zellmodulen/ Zellclustern, sowie Gehäusen mit Anbauteilen und Dichtungen an. Dabei haben wir stets die Kundenanforderungen im Blick und unterstützen im Lieferanten- und Änderungsmanagement.
Zelle
Die Entwicklung eines Zellclusters beginnt mit der definierten Batteriezelle. Deren Format, Chemie und Leistungsanforderungen bestimmen die grundlegenden Modulparameter sowie Geometrie, Abmessungen und Toleranzen. Wesentliche Einflussgrößen sind zudem die elektrischen Kennwerte wie Spannung, Strom und Innenwiderstand, die Wärmeentwicklung im Betrieb und bei Schnellladung sowie mechanische Eigenschaften wie Steifigkeit, Quellung und Masse. Ergänzend spielen die Anschlusspunkte für Kontaktierung und Kühlung eine wichtige Rolle. Zusammengenommen bilden diese Faktoren die Grundlage für die Auslegung der Zellcluster-Architektur.
Kühlung
Die Kühlung ist ein integraler Bestandteil des Zellmoduls und wird parallel zur mechanischen Auslegung entwickelt. Ihre Hauptaufgaben bestehen in der gezielten Ableitung der Verlustwärme aus jeder einzelnen Zelle, der Sicherstellung einer möglichst homogenen Temperaturverteilung sowie der Vermeidung von Hot-Spots. Zudem dient sie der Begrenzung der Zelltemperaturen bei Schnellladung und unter Peak-Lasten.
Auf Modulebene kommen typischerweise Kühlplatten (unter, seitlich oder zwischen den Zellen), Wärmeleitpads bzw. Gap Filler zur Verbesserung der thermischen Anbindung sowie Strömungsführungen für Flüssig- oder Luftkühlung zum Einsatz. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Entkopplung von thermischer Funktion und mechanischer Vorspannung.
Die Auslegung erfolgt in der Regel mithilfe von CFD-Simulationen und wird iterativ mit der Zellanordnung sowie der elektrischen Kontaktierung abgestimmt.
Zellkontaktierung
Die Zellkontaktierung verbindet die einzelnen Zellen elektrisch miteinander und stellt gleichzeitig die Schnittstelle zur Hochvoltebene des Batteriesystems dar. Dabei umfasst die Zell-zu-Zell-Kontaktierung sowohl die Serien- als auch die Parallelverschaltung entsprechend der geforderten Systemspannung. Wichtige Auslegungsaspekte sind die Auswahl geeigneter Leiterquerschnitte, die Gestaltung von Busbars oder flexiblen Kontaktierungen sowie die Berücksichtigung von Temperaturausdehnungen und Fertigungstoleranzen.
Darüber hinaus beinhaltet die Kontaktierung die Auslegung der Hochvolt-Abgänge des Moduls (Plus/Minus) sowie die Integration von HV-Leitungen, Steckverbindern oder Sammelschienen. Hierbei sind insbesondere Anforderungen an Isolation, Kriech- und Luftstrecken gemäß relevanter Hochvoltnormen sowie der mechanische Schutz der Leiter im Modul zu berücksichtigen.
Ein besonderer Fokus liegt auf niedrigen Übergangswiderständen, schwingfesten Verbindungen und reproduzierbaren Kontaktierungsprozessen, beispielsweise durch den Einsatz von Laserschweißverfahren.
Zellcluster
Die Zellen werden im Modul sicher fixiert, geführt und so angeordnet, dass definierte Kraftpfade sowie eine gleichmäßige thermische Anbindung entstehen. Wichtige Aspekte sind die Auslegung der Zelllagerung, geeignete Vorspannkonzepte und der Toleranzausgleich, bei klarer Trennung von mechanischer Fixierung und elektrischer Funktion.
Die Herausforderung liegt im abgestimmten Zusammenspiel aller Funktionen: Kontaktierung, Kühlung und Mechanik dürfen sich gegenseitig nicht beeinträchtigen und müssen gemeinsam robust gegenüber Crash, Vibration und Alterung sein.
Die Absicherung erfolgt durch mechanische, thermische und elektrische Tests sowie die Analyse von Fehlerszenarien. Ergebnis ist ein funktionsintegriertes Zellmodul, das sichere Zellaufnahme, effiziente Kühlung und zuverlässige Kontaktierung in einem seriengerechten Design vereint.
Gehäuse & Struktur
Dem Gehäuse kommt eine zentrale Bedeutung zu, da es eine Vielzahl an Anforderungen gleichzeitig erfüllen muss. Neben der höchsten Priorität der Sicherheit bei Hochvoltbatterien spielen insbesondere die Struktur- und Crashauslegung, Leichtbauaspekte, geeignete Fertigungstechnologien sowie Dichtigkeit und Korrosionsschutz eine entscheidende Rolle.
Über den gesamten Entwicklungs- und Lebenszyklus hinweg werden alle relevanten Szenarien betrachtet, mit besonderem Fokus auf mechanische, elektrische und thermische Sicherheit, eine optimale Systemintegration, hohe Skalierbarkeit sowie eine funktional abgestimmte Auslegung.
E/E – HV DC Leistungs- und Batterieelektronik, EMV
Als erfahrener Entwicklungsdienstleister im Automotive‑Umfeld unterstützen wir unsere Kunden bei der Entwicklung anspruchsvoller DC‑Leistungs- und Batterieelektronik für Hochvoltspeicher.
Entwicklung Hochvoltkomponenten und HV-Systeme
Die Entwicklung von Hochvoltkomponenten stellt höchste Anforderungen an Sicherheit, Zuverlässigkeit, Leistungsfähigkeit und elektromagnetische Verträglichkeit. Auf Grundlage langjähriger Automotive-Erfahrung und fundierter technischer Expertise entstehen effiziente, robuste und seriennahe Lösungen.
Unsere Ingenieure und Techniker verfügen über umfassendes Know-how entlang der gesamten Entwicklungskette – von der ersten Konzeptidee bis zur validierten Gesamtlösung. Dieses Wissen ermöglicht fundierte Entscheidungen und eine zielgerichtete Integration komplexer Hochvoltsysteme.
Durch die Kombination aus Erfahrungswissen, simulationsgestützter Auslegung sowie umfangreicher Validierung an Hochvoltprüfständen und im EMV-Labor verfolgen wir einen ganzheitlichen Entwicklungsansatz. So entstehen Hochvoltkomponenten, die den hohen technischen Anforderungen ebenso gerecht werden wie den anspruchsvollen Qualitäts- und Sicherheitsstandards der Automobilindustrie.
Simulation
Mithilfe moderner Simulationsmethoden analysieren und optimieren wir Hochvoltkomponenten frühzeitig im Entwicklungsprozess. Durch den gezielten Einsatz von Simulationen reduzieren wir Entwicklungsrisiken, verkürzen Iterationsschleifen und schaffen eine belastbare Grundlage für die anschließende Realisierung.
Validierung
Zur Absicherung unserer Entwicklungen führen wir umfangreiche Tests an eigenen und kundenspezifischen Hochvoltprüfplätzen durch. Hier prüfen wir die Hochvoltkomponenten unter realitätsnahen Bedingungen und verifizieren deren Funktion, Sicherheit und Belastbarkeit. Der enge Schulterschluss zwischen Simulation, Entwicklung und Test ermöglicht eine zielgerichtete Optimierung und eine hohe Entwicklungsqualität.
Elektronik‑Labor & Prototypenbau
In unserem modernen Elektronik‑Labor vereinen wir Entwicklungskompetenz, Prototypenbau und Testexpertise unter einem Dach. Wir entwickeln und fertigen kundenspezifische Mess‑ und Testelektronik, gezielt abgestimmt zur Unterstützung Ihrer Entwicklungsprozesse – von der Idee bis zur verifizierten Lösung.
Die Reparatur und Modifikation anspruchsvoller Elektronik, während des gesamte Entwicklungsprozess, gehört zu unserer täglichen Arbeit. Dabei greifen wir auf unterschiedliche Lötverfahren zurück, um seriennahe Qualität sicher zu stellen.
Unsere ausgebildeten Experten (IPC-A-610 Experte) führen AVT-Reviews nach Kunden-Standards oder Industrienormen (z.B. DIN EN 60352-x, IPC-2221 bis 2223, IPC-6011 bis 6013, IPC-A-610, J-STD-030, etc.) von E/E-Komponenten hinsichtlich Bauteilauswahl, fertigungsgerechter Konstruktion und Layout Gestaltung, der Fertigungsqualität und technischen Sauberkeit durch, um die Serienqualität der entwickelten Elektronik sicher zu stellen.
Ein besonderer Fokus liegt auf Elektronik für HiL‑Anwendungen (Hardware‑in‑the‑Loop):
Hier entwickeln wir Prüfstands‑Adaptionen für das Device Under Test (DUT), um realitätsnahe, reproduzierbare und automatisierte Testszenarien zu ermöglichen. Unsere Lösungen sorgen für eine nahtlose Integration Ihrer Hardware in bestehende Testumgebungen.
Darüber hinaus konzipieren und realisieren wir Fault‑Injection‑Boxen, mit denen sich gezielt Fehlerzustände erzeugen lassen – ein entscheidender Baustein für robuste Systeme und die Absicherung sicherheitsrelevanter Funktionen nach ISO26262.
Im Bereich der Funktionalen Sicherheit unterstützen wir Sie umfassend durch die Entwicklung und Durchführung automatisierter sowie manueller Testszenarien. Damit schaffen wir eine belastbare Grundlage für Verifikation, Validierung und Normkonformität.
EMV
Die elektromagnetische Verträglichkeit elektronischer Systeme erfordert ein strukturiertes Vorgehen über den gesamten Entwicklungs- und Prüfprozess hinweg. Von der frühen Simulation über gezielte EMV-Prüfungen bis hin zur Validierung kompletter Systeme unterstützen wir unsere Kunden mit umfassender technischer Kompetenz und moderner Prüfinfrastruktur.
Unsere Leistungen decken alle relevanten Bereiche der EMV ab – vom spezialisierten EMV-Prüflabor über methodische Entwicklungsmodelle und branchenübergreifende Anwendungen bis hin zu leistungsfähigen Testsystemen für anspruchsvolle elektrische Antriebe.
Gesamtspeicher & Integration
Ob Cell-to-Module, Cell-to-Pack oder Cell-to-Body – wir sorgen für ein zuverlässiges und ganzheitlich abgestimmtes Batteriesystem. Mit einem ausgeprägten Blick für Details stellen wir sicher, dass alle relevanten Anforderungen erfüllt werden. Dazu zählen insbesondere Toleranzen, Montagefähigkeit, Betriebssicherheit sowie die Einhaltung gesetzlicher Vorgaben.
Package
Ein optimiertes Package bildet die Grundlage für ein effizientes Gesamtsystem. Mithilfe unserer KI-gestützten Methoden analysieren wir schnell und präzise, wie sich eine maximale Anzahl an Zellen optimal im verfügbaren Bauraum unterbringen lässt. Gleichzeitig werden notwendige Komponenten wie Kabelbäume, Sicherungen, Steuergeräte und Anschlüsse frühzeitig in das Layout integriert. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Berücksichtigung von Toleranzen sowie auf einer montagegerechten Auslegung unter Einhaltung der vorgesehenen Montageabfolge.
Zusammenbau
Die Abstimmung der Montagereihenfolge ist ebenso entscheidend wie die konsequente Berücksichtigung von Toleranzen. Durch gezielte Toleranzanalysen im Gesamtzusammenbau – stets in Bezug auf die jeweilige Funktion der einzelnen Bauteile – stellen wir ein stimmiges und robustes Konzept sicher. Dabei werden auch komplexe Einbausituationen frühzeitig berücksichtigt, um eine reibungslose und prozesssichere Montage zu gewährleisten.
Analysen
Weitere Analysen stellen sicher, dass ein zuverlässiger und sicherer Betrieb gewährleistet ist. Dabei prüfen wir unter anderem den erforderlichen Berührschutz während der Montage, die Einhaltung von Luft- und Kriechstrecken sowie die Betriebssicherheit auch unter kritischen Bedingungen, beispielsweise bei Kondenswasser oder im Fall eines Thermal Runaway.
Integration
Die geometrische und funktionale Integration in das Gesamtfahrzeug ist entscheidend für die Nutzung des Hochvoltbatteriesystems als Energiespeicher. Dabei spielen insbesondere Toleranzen, das Anbindungskonzept sowie Leitungen, Anschlüsse und weitere Schnittstellen zu umliegenden Baugruppen eine zentrale Rolle, um eine sichere, robuste und funktionsgerechte Einbindung zu gewährleisten.
