Vehicle Electronics & Connected Services 2019 – referat med fokus på föredragen kring elektrifiering

skrivet av Stefan Pettersson (RISE)

Vehicle Electronics & Connected Services, eller VECS kort och gott, är en årligt återkommande internationell konferens som 2019 gick av stapeln den 2–3 april på Svenska Mässan i Göteborg. Konferensen har expanderat kraftigt och hade i år runt 1300 deltagare. Förutom en massa föredrag, så har konferensen numera även utställare. Dag 2 bestod enbart parallella spår och de var sju till antalet; Electronics & Architecture – Architecture in the context of Digitalization, Autonomous Vehicles & Active Safety, Testing & Validation, Electrification, Cybersecurity & Connectivity, Scaling Agile in Automotive och Automotives’ Challanges and Opportunities. För ett halvår sedan när årets program sattes ihop så fick jag frågan om att vara moderator för Elektrifieringsspåret och det tackade jag förstås ja till eftersom det dels ligger i mitt egna intresseområde och dels pushar mig utanför min egna komfortzon. Dessutom var konferensen en evighet bort och då skulle det säkert vara tomt i kalendern och gott om tid att förbereda inbillade jag mig. Mycket kom emellan förstås och som vanligt blev det ont om tid, men panik i sista stunden är en bra drivkraft att få saker gjorda.

VECS hela första dag berörde allt annat än elfordon, undantaget ett föredrag kring smart cars and smart grids av Francisco Carranza Sierra, Managing Director på Nissan Energy, som jag dock missade pga. mina förberedelserna. Följande är ett kort referat av de 11 föredrag som presenterades på Elektrifieringsspåret dag 2. Uppskattningsvis var det runt hundra deltagare som följde detta spår, även om det förstås varierade lite över dagen.

Som moderator valde jag att introducera drivkrafterna mot elektrifierade fordon genom att visa ett antal bilder som inleddes med kolkraftverk och oljefält för att snabbt glida över på olika fordonsslag med förbränningsmotorer som spyr ut allehanda otrevligheter som skapar smog i städer och växthusgaser i atmosfären. Det är så där kul att se WHO’s bilder [1], [2] där utsläpp ger upphov till miljoner dödsfall per år i världen. Av världens 20 mest förorenade städer så ligger de flesta i Asien [3]. Våra utsläpp av växthusgaser skapar extremklimat med torka, orkaner, bränder, smältande isar och stigande vatten och översvämningar, skadade vägar och hus för att nämna några småtrista konsekvenser. När människor inte kan leva i vissa områden pga. svält så kommer det ske enorma klimatflyktingströmmar som skapar enorm friktion i världen, inte minst när länder stänger sina gränser och hindrar människor att komma in. Det är inte ett alltför osannolikt scenario att kaoset som uppstår kan leda till ett globalt krig som tar kål på oss alla. Nu var som ni alla förstår publiken i en glad och munter sinnesstämning. Vi behöver dock alla förstå och påminnas om att världen inte bara består av yta och tumme upp på Facebook.

Men, det finns hopp förstås. Förnybar elproduktion och elektrifierade fordon är ett sätt att minska utsläppen och dödsfallen och hålla temperaturökningen under de 1,5 grader som Parisavtalet tar sikte på [4]. Om inte klimatet är nog drivkrafter så finns det säkerhetspolitiska skäl till att minska oljeberoendet och hålla nere importen, vilket ekonomiskt expanderande länder som Kina och Indien är väl är medvetna om. Dessutom skapar omställningen arbetstillfällen och för länder som inte har produktion av egna fordon så öppnas nya affärsmöjligheter. Elfordon kan på sikt hjälpa till att stabilisera nät med mycket fluktuerande förnybar elproduktion, och jag gissar att Nissanföredraget handlade om detta. Elektrifierade fordon har bra egenskaper i form av prestanda, tysthet etc. men det är en stor utmaning att övertyga användare/brukare om värdet när elfordon i dagsläget har mindre attraktiva egenskaper som högre kostnader, mindre räckvidd (rena elfordon), långsammare att fylla på med energi etc.

Med detta inledningsanförande så gled jag in på mitt eget föredrag som handlar om de möjligheter som öppnas upp när mikroproduktion av förnybar el i form av solpaneler på villatak kombineras med elektrifierade fordon och där hushållen blir prosumenter, dvs. både producerar sin egen energi och konsumerar densamma i huset. Grova räkningar visar att det redan idag är lönsamt att göra investeringarna eftersom de låga drifts- och underhållskostnaderna gör att de ackumulerade kostnaderna är lägre än motsvarande fall utan solpaneler och med en fossilbränslebil  [5]. I dagsläget vet vi inget om hur kunder vill ladda i det smarta hemmet; vill de ladda så fort som möjligt? Vill de enbart ladda med sin egen el? Vill de ladda så billigt som möjligt eller vad? Det är viktigt för fordonstillverkare att förstå detta bättre så att de kan förbereda användargränssnittet samt signalutbytet mellan bilen och övrig utrustning i hemmet. Centralt i det smarta hemmet är att ha en energimäklare (på engelska energy broker) som tar kloka beslut hur hushållsprodukterna skall förbruka energi. Det är en omogen marknad men flera aktörer vädrar möjligheter. Beslutsfattandet hos energimäklaren är snarlikt de energihanteringsproblem som finns i drivlinor, men är än mer komplext inte minst på grund av att flera aktörer är involverade.

Martina Wikström från Energimyndigheten var nästa talare på scen och hon berättade om utrullningen av laddinfrastruktur i Sverige. Martina betonade att det främst är styrmedel som påverkar marknadsutvecklingen. Klimatklivet har gett investeringsbidrag till 22 000 laddpunkter. Hemmaladdning sker i 80–95% av fallen. Klimatklivet har även sponsrat 8000 publika laddstationer, där resterande laddning sker. Svårast är att fixa laddinfrastruktur i flerfamiljsbostäder. Det är inte helt enkelt att svara på vilken laddinfrastruktur som skall byggas ut utan det beror på en massa saker enligt Martina.

Johan Åström från Aros electronics pratade om hur kravställning skall göras på elmaskiner för att få kostnadseffektiva lösningar. Det är t.ex. en fördel att inte kräva full effekt hos elmaskinen vid låg batterispänning eftersom kostnaderna då stiger.

Torbjörn Gustafsson från Uppsala Universitet pratade om högpresterande batterier för framtiden. Detta innebär att batterierna skall ha högre energitäthet och ge mer effekt samtidigt, ha högre verkningsgrad (90–95%), kunna cyklas minst 2000 gånger utan minskad livslängd. Det har tagit 30 år att dubblera energitätheten hos litiumjonbatterier (nu ungefär 250 Wh/kilo eller 800 Wh/liter) så Torbjörn betonade att vi inte kan räkna med en snabb utveckling. Dagens batterier innehåller grundämnen som det inte finns så mycket av i jordskorpan och därför letas det efter material som det finns gott om; det kommer att behövas en stor mängd batterier framöver enligt de elfordonsprognoser som görs. Material och struktur i såväl anoder, katoder och elektrolyten kan varieras vilket renderar ständiga tester.

Även Jens Groth från Volvo Group Trucks Technology höll ett föredrag om litiumjonbatterier. De batterier som sitter i Volvos olika produkter är väldigt diversifierade och varierar bl.a. i hur de används, hur de laddas, olika storlek, placering och varierande omgivningstemperatur. Grundläggande åldringsfaktorer för litiumjonbatterier är kända men nya celler ger ändrade åldringsmönster och nya applikationer ger olika laddcykler. De bedrivs därför en del forskning kring hur de skall karakterisera hur åldring hänger ihop med laddningshastighet. Generellt gäller att snabbare laddning åldrar batteriet mer om det laddas ur från samma nivå till samma lägre nivå, men olika urladdningsnivå från olika laddningsnivåer ger olika åldring.

Evelina Wikander är doktorand på Chalmers och pratade också om litiumjonbatterier och hur livslängden på batteriet kan förlängas om hög batteriladdning undviks. Små urladdningscykler förlänger batteriets livslängd. Som förare kan du påverka batteriets livslängd genom att ladda det så sent som möjligt innan körning samt att inte ladda det mer än vad du gör åt med.

Adrian Thuresson från Volvo Cars pratade om hur elfordonsbatterier skall styras för att ha kontroll på temperaturer i batteriet, eftersom det påverkar livslängden. Det är därmed en konkurrensfördel att kunna göra detta på ett bra sätt, så det läggs tid på att bygga bra temperaturmodeller.

Viktor Larsson, också han från Volvo Cars, pratade om prediktiv energihantering för elfordon. Minimal energiförbrukning hos ett hybridfordon beror på framtida körning och därför är det viktigt att skatta vilket effektbehov som fordonet behöver framöver, vilket föranleder intresset att göra prediktioner. Hos rena elfordon är det bra att kunna ge en noggrann skattning av räckvidden, vilket också kräver skattning av effektbehovet. Viktor berättade hur uppkopplad Googledata används för att skatta hastighets- och höjdprofil som i sin tur påverkar effektbehovet och vilka frågeställningar om ansvar som då uppstår om det blir fel i skattningen.

Ed Fontes från Comsol pratade om digitala tvillingar av olika system som t.ex. batterier, vilka består av noggranna simuleringsmodeller som modelleras med FEM-beräkningar med Comsols verktygslåda.

Bernhard Grasel från DEWESoft berättade att det är svårt att mäta effektiviteten hos fordon i verklig drift eftersom det t.ex. kräver hög precision hos spänning- och strömmätarna, det kräver mätningar i varierande temperaturer (-40 grader – +100 grader), olika typer av drivlinor etc.  Det går inte att mäta på databussen i fordonet för spridningen är stor, samplingshastigheten är låg och det är inte tillåtet. DEWESoft har därför utvecklat egen mätutrustning som mäter med hög precision.

Torbjörn Thiringer från Chalmers avslutade dagen med att berätta om nya koncept för konvertertopologier som bl.a. får ner kostnaderna, ökar effektiviteten, tar mindre plats, är tillförlitliga, har hög livslängd. Lösningen är bl.a. att öka switchfrekvensen i den switchande konvertern samt att göra den med fler nivåer (så kallade multilevel converter).

Egna kommentarer:

En del personer som jag träffar på som arbetar med electromobility uttrycker ibland att det inte behövs mer forskning inom electromobilitetsområdet eftersom det numera finns produkter på marknaden och därför är det bara att tuta och köra så löser det sig själv. Vet inte om jag skall skratta eller gråta när jag hör detta, men låt mig vara extremt tydlig. Forskning inom electromobilitetsområdet behövs mer än någonsin om vi skall få en snabb spridning av bra och konkurrenskraftiga produkter som kunder är beredda att betala för. Forskning kring förbränningsmotorer har skett i över 100 år och fortsätter fortfarande. Föredragen som gavs visar alla tydligt att det långt ifrån är färdigforskat inom elektrifieringsområdet utan det är i stället så att kunskap skapar ytterligare frågeställningar och ny intressant forskning. Jag fick själv flera insikter bl.a. att energimäklaren i ett hus måste ha med sig kunskapen om att batterierna helst skall fyllas så sent som möjligt; det blir intressant att översätta detta i den kostnadsfunktion som ligger till grunden för energihanteringsoptimeringen.

Fokus på innehållet hos talarna var teknisk forskning. Beteenden berördes också, men i mindre utsträckning, och det gäller även affärsperspektivet. Bägge dessa aspekter är avgörande för att förse kunder med värdeskapande erbjudanden. Eftersom teknik går framåt och beteenden och kostnadsbilden förändras med teknikutveckling, så är det viktigt att kontinuerligt forska kring beteendefrågor likväl som teknikfrågor. Vi kan sluta forska när vi har nått ett helt förnybart energiproduktionssystem och fordonstransporter, men dit är det tyvärr långt kvar.

Referenslista:

[1] Deaths attributable to ambient air pollution 2016. World Health Organization 2018. länk

[2] DALYs attributable to ambient air pollution 2016. World Health Organization 2018. länk

[3] Oliver Smith, Is Delhi the most polluted city on Earth? Not quite. The Telegraph, 9 November 2017. länk

[4] The Paris Agreement. United Nations Climate Change. länk

[5] Stefan Pettersson, Johan Wedlin, Urban Kristiansson, Robert Eriksson, Susanne Bjärsvik. Preparing Charged Vehicles in the Prosumer’s Ecosystem. 32nd Electric Vehicle Symposium (EVS32) Lyon, France, May 19 – 22, 2019.