Rapport från SHC på EVS28, Seoul; Sammanfattning av föredrag

onsdag, maj 20, 2015

Medlemmar från SHC deltog i en gemensam nordisk representation på Electric Vehicle Symposium i Seoul, Korea i slutet av maj 2015. Här följer den sista av rapporterna därifrån.

Intryck och sammanfattning av några av föredragen på EVS 28 i Seoul Sydkorea
Skribent: Anders Grauers, SHC.

Power semiconductor and packaging trends in vehicle electrification,
Achim Strass, Infineon  Korea
Omriktaren till elmotorn är den tredje dyraste komponenten i en elektrisk drivlina, efter batteri och elmotorn själv. För att minska kostnad så är Infineons strategi att öka effekttätheten, vilket även kommer minska storleken. Huvudmetoderna för att kunna öka effekttätheten är att minska förluster och att öka effektiviteten i kylningen av chipet. Infineon har lyckats minska storleken på sin modul påtagligt (ca 30%?). Några viktiga steg som man tagit är:
Man har höjt spänningståligheten (för en konstant tjocklek på transistor-chipet) genom att dela upp gate:en i transistorn i flera delar så att man i praktiken skapar flera parallella transistorer i en enhet. Genom att de blir smalare så kan man uppnå högre blockeringsspänning.
Genom att flytta temperatursensorn från hörnet av chipet till mitten av chipet så kan man nu få mycket snabbare och noggrannare temperaturmätningar; från 10 sek tidskonstant till 0.2 sekunder. Det leder till att man kan minska temperaturmarginalerna och ändå få ett säkert skydd av transistorn vid transienta laster.
Den nya trefasmodulen kan fås med kylpinnar på baksidan som är avsedda att vara i direkt kontakt med kylvattnet, istället för att montera modulen på en annan metallyta som i sin tur är vattenkyld. På så sätt minskas den termiska resistansen mellan chipet och kylvattnet.
Det kommer också att vara möjligt med dubbelsidig kylning av modulen, där en påtaglig del av kyleffekten kommer att kunna ske på ovansidan.
Det finns två trender för att i framtiden öka effekttätheten mer och det är att använda kiselkarbid (SiC) eller GalliumNitrid (GaN). Infineon anser att SiC är det mognaste alternativet, för GaN saknar nödvändig tålighet mot kortslutning och har för hög andel defekta komponenter i produktionen.
Det finns en trend att gå mot lägre switchfrekvenser för att minska förlusterna, trots att detta ger lite högre oljud från elmaskinen.

Thermal model developments for Electrified vehicles
Namwook Kim, Argonne National Lab
Argonne National Lab har utvecklat en detaljerad termisk modell av en mängd olika komponenter I drivlinan samt klimatsystem som kan användas i deras simuleringsmiljö Autonomie. Modellerna har verifierats med tester.
En studie med denna simuleringsmiljö visar på stor variation i bränsleförbrukning då utetemperaturen ändras. Både hög och låg utetemperatur ökar bränsleförbrukningen påtagligt. Variationerna är stora på konventionella drivlinor, men ännu större på hybriddrivlinor.
Med den utvecklade modellen skall Argonne National lab göra en studie av hur man kan förvänta sig att fordonsflottans bränsleförbrukning ändras för just USA. Analysen skall ta med hur bilar körs i verklig körning, ihop med variationer i bilparken och variation i temperatur och blir därför väldigt omfattande, med simulering av massvis av fordon och massvis av körcykler. För att klara detta kommer man att köra analysen på ett kluster av parallella datorer.

Multi objective Optimization for automotive component sizing
Aymeric Rousseau, Argonne National Lab
Aymeric har studerat hur man kan analysera vad som är en lämplig balans mellan att optimera komponenter för låg bränsleförbrukning och låg kostnad.  Det finns ju inte ett givet svar på hur man skall väga ihop dessa två kriterier, så genom att studera hur de samverkar så kan man se intressanta resultat. Genom att först optimera på bara ett kriterium i taget, och sedan plotta den i samma diagram (kostnad mot bränsleförbrukning) så kan man se hur de tillsammans bildar en paretofront. Genom att sedan komplettera med optimering mot en linjärkombination av båda villkoren så får man hela paretofronten.  I optimeringen så har de inkluderat optimal reglering av powersplit och start och stopp av motorn för att få rättvisande resultat.
Resultaten visar hur kostnad och bränsleförbrukning varierar då man går från ren kostnadsminimering till enbart bränsleminimering.
En intressant observation är att paretofronten som Aymeric hade fått fram hade ett relativt tydligt hörn. Detta innebär att det kostar relativt mycket pengar att minimera bränsleförbrukningen, då man går ifrån lösningen i ”hörnet” på paretofronten, trots att man bara vinner relativt lite. Går man åt andra hållet för att minska kostnaden så drabbas man istället av en snabbt ökande bränsleförbrukning, trots att man bara vinner relativt lite kostnad. Så systemdimensioneringen i ”hörnet” kommer ofta vara den optimala lösningen, eller nära optimal. Om detta inte bara gäller en specifik drivlina utan man får ett tydligt hörn på paretofronten för alla olika hybriddrivlinor som man optimerar, så skulle det betyda att många olika kunder troligen skulle ha ungefär samma drivlina även om förutsättningarna varierar en hel del mellan dem.

Long Range EV Battery pack, Yang LG
Uppskattningar visar att 300 mile räckvidd kommer att möte de flesta kundernas önskemål (baserat på enkäter). 2020 planerar LG att erbjuda energitätheter på 170 Wh/kg som då kan ge 300 mile räckvidd med samma batteristorlek som idag har 200 miles (och typiskt 100-120 Wh/kg idag)

Evolving Electric vehicle
Kazuo Yajima, Nissan Motor Co
Nissan har användardata på många av de sålda Leaf:arna. I japan laddar Leaf-ägarna ca 40% av gångerna med snabbladdare men i USA bara ca 5% av laddningarna med snabbladdare.
Inga allvarliga batteriproblem har inträffat på de hittills 33 miljoner celler som producerats för Leaf.
Ägarna hade 2011 driftskostnader på fjärde plats som deras skäl att välja en Leaf, men 2013 kom det som första skäl för köp.
Leaf-ägarnas önskningar på förbättringar (ej i prioritetsordning):
•    Längre körsträcka
•    mer prestanda
•    enklare att ladda
•    billigare fordon
De nuvarande tekniska utmaningarna ligger på att utveckla huvudkomponenterna:
Batterier, eldrivlina och laddning.

Mercedes-Benz cars hybrid strategy,
Oliver Britz, M-B Korea
Mercedes mål med utvecklingen av elektrifierade fordon är att kunna erbjuda lösningar för utsläppsfri körning, kunna få volym och lönsamhet på den elektriska drivlinan samt att kunna uppfylla CO2 lagstiftningen.
Kundernas önskemål är:
Låg bränsleförbrukning och låg fordonsskatt / “fun to drive” / Miljövänlig och hållbart.
Det fortsätter att ske en kontinuerlig förbättring av förbränningsmotorn parallellt med elektrifiering.
Tidslinje för Mercedes erbjudanden:
2008 erbjuds fullhybrider, 2014 PHEV offensiv, 2014 släpps EV, 2017 bränslecell.
PHEV är en viktig lösning för MB eftersom den erbjuder:
•    Påtaglig minskning av CO2
•    möjliggör en modulär strategi med många olika motorer, transmissioner och 2/4WD
•    använder befintlig arkitektur
•    Kombinerar det bästa av två världar – utan kompromisser
PHEV:en bygger på moduler:
•    Hybridiserad växellåda med integrerad elmotor,
•    Skalbar kraftelektronik,
•    Skalbart batteri
Just nu lanseras Mercedes S500e som beskrivs som Prestanda som 8 cylindrar, med 6 cylindrar som och förbrukning som 4 cylindrar.
M-B budskap till politiker: Stödsystem fungerar för PHEV, de marknader som har lägre TCO för PHEV har hög marknadsandel PHEV.

Lightweight infrastructure for electric vehicle charging,
Stefan Pettersson, Viktoriainstitutet
Huvudbudskapet var att det är bättre att låta bilarna vara den smarta komponenten i laddsystemet snarare än laddstolpen, för att minska kostnaderna för att bygga ut laddinfrastruktur.
Sverige har reda ca 2 miljoner uttag som kan användas för laddning av elbilar, att byta ut den till att följa typ 2 standarden istället för att bara ha ett vanligt 10 eller 16 A uttag kommer kosta många miljarder i onödan.

Busting Myths and Driving EV uptake: Go ultra low,
Jonathan Mitchell, Office for low emission vehicles UK
I Storbritannien så har man sett att det finns många allmänt spridda missförstånd om elfordon som bromsar introduktionen trots ett stödsystem som ger 5000 pund i stöd för en personbil och 8000 pund för en skåpbil. En undersökning visade att huvudproblemen var att försäljarna inte var bra på att lära upp köparna om elfordon och att motorjournalister var skeptiska.
För att ändra det här så startades kampanjen Go ultra low som har som mål att få allmänheten att inte tycka att den är något konstigt eller nytt med elbilar, utan att de är en normal företeelse. Syftet är att ha en kampanj och en websida som visar allt man bör veta om elbilar. Kampanjen stöds av regeringen, men också till 50% av sju stora fordonsföretag. Kampanjen har använt annonser och betalade artiklar samt en hemsida. Resultatet har varit mycket bra; man har nått många och påtagligt ökat deras kunskap om elfordon.