Rapport/blogginlägg: The Electric Slide

Laddbara fordon är en del av och en konsekvens av, tekniska framsteg i ett antal kritiska teknologier. Den mest uppenbara är Li-jonbatterier, som kommersialiserades på 1990-talet och med kontinuerliga förbättringar och kostnadsminskningar har varit en möjliggörare för laddbara fordon.

Li-jonbatterier är dock inte den enda möjliggöraren för laddbara fordon och många andra produkter i det moderna el-centrerade samhället. I en ny rapport/blogginlägg skrivet av teknik- och affärsskribenten Packy McCormick och teknikentreprenören Sam D’Amico går de igenom utvecklingen för Li-jonbatterier, magneter och elmotorer, kraftelektronik och inbyggda datasystem [1]. Deras analys är motiverad av kapplöpningen inom AI och diskussioner om hur USA ska positionera sig inom teknikutveckling och tillverkning för att hantera Kina. Hela rapporten/blogginlägget är värt att läsa i sin helhet, inte minst för den omfattande och fascinerande teknikhistorien om respektive teknologi. I detta nyhetsbrev har vi valt ut delar som indirekt eller direkt berör utvecklingen av laddbara fordon.

Energi, intelligens och aktion 

Författarna menar att varuproduktion i princip bygger på tre pelare: energi, intelligens och aktion. Det krävs energi för att kunna genomföra arbetet, intelligens för att bestämma vad och hur det ska göras samt en förmåga att manipulera materia (aktion). Rapporten hävdar att USA har gjort antagande och investeringar i att den som vinner intelligens (i form av AI) vinner framtiden. Kina ser saken annorlunda. Deras strategi bygger på antagandet att för att intelligens ska få betydelse behöver de kontrollera energi och aktion. Detta resonemang leder vidare till en av rapportens huvudpoänger: Kinas enorma ökning i elproduktion (numera 2,5 gånger större än USA:s) och strategi att dominera de teknologier som behövs för att konvertera el till aktion. Dessa är som tidigare nämnts: Li-jonbatterier, magneter och elmotorer, kraftelektronik och inbyggda datasystem. Den gemensamma benämningen för dessa teknologier är ”The Electric stack”.

Denna kombination av elproduktion och nyckelteknologier har gett Kina förutsättningar att bli ledande inom ett stort spann av elektrifierade system, som alltmer tar över rollen från förbränningsmotorbaserade system.

Stora kostnadsminskningar i The Electric Stack 

I en serie av kostnadsgrafer visas framstegen för teknologierna som utgör ”The Electric Stack”. Tabellen nedan ger en översikt:

Författarna betonar att utvecklingen inte bara ger framsteg i respektive område, utan att förbättringar i en teknologi accelererar möjligheterna i de andra. Detta har varit en möjliggörare för nya teknikområden, exempelvis drönare, AI och laddbara fordon. Räknade som en sammanflätad enhet (benämnt som the Electric Slide) har dessa fyra teknikområden minskat med 99 procent sedan 1990, vilket ger en årlig minskning med 12,6 procent.

Fallstudie: Tesla 

Ett konkret exempelföretag som både dragit nytta av och bidragit till utvecklingen av ”The Electric Stack” är Tesla. I sin första modell, Roadster, använde Tesla kraftelektronik på ett nytt sätt för att hantera säkerhet och styrning av de parallellkopplade battericellerna.

Tesla var också tidigt ute med att använda kraftelektronik baserad på kiselkarbid (SiC), trots dess högre kostnad. Fördelarna i form av lägre vikt, högre effektivitet och bättre värmehantering övervägde. Denna SiC-baserade kraftelektronik gjorde det möjligt för Tesla att i Model 3 introducera en ny typ av elmotor IPM-SynRM (Permanent Magnet Synchronous Reluctance Motor). Reds. anm., även Toyota har använt denna elmotortyp i sina hybrider [2].

Kombinationen av mer avancerad kraftelektronik och ny elmotorteknik ökade Teslas drivlineeffektivitet med cirka åtta procent. Det innebär längre räckvidd med mindre batterikapacitet.

Lärdomar från teknikhistorien 

Rapportförfattarna konstaterar att det finns åtta huvudsakliga lärdomar från teknikhistorien för dessa teknologier. Dessa är:

1. Att kostnaden för komponenterna som omvandlar el till rörelse har minskat med 99 procent på 35 år är ett av de största miraklen i modern tid.
2. När framsteg möjliggör produkter och gör dem billigare främjar det fortsatta vetenskapliga, tekniska och tillverkningsmässiga genombrott.
3. Det tar generellt 10 till 20 år från vetenskapligt genombrott till kommersiell skala.
4. Kompetens är kritiskt och den kan komma från hela världen.
5. Amerikansk innovation i dessa teknologier uppstod genom samverkan med andra länder.
6. Vad som verkar smart på kort sikt kan verka dumt på lång sikt. En ny teknologis potential underskattas ofta av marknaden och ibland även av det uppfinnande företaget.
7. Kina har följt en tydlig plan under lång tid. Men framtida dominans är inte ofrånkomlig.
8. Integration driver innovation. Vertikal integration har inom dessa teknikområden visat sig skapa snabba feedbackloopar och innovativa lösningar. Nationellt bör länder som USA ta lärdom av Kina i att skapa industriella kluster där dessa feedbackloopar är möjliga. Exempelvis kan delar av CATL:s framgångar härledas till ett industrikluster med företag inom elmotorer, kraftelektronik och fordonstillverkning.

Egen kommentar

Den amerikanska teknikbranschen har i årtionden varit fokuserad på mjukvara, med stora framgångar till följd. Nu är det designledarskap inom AI som är i fokus. Insikten att tillverkning är viktigt har börjat landa hos allt fler, så även hos den amerikanska tekniksektorn som rapportförfattarna får anses tillhöra. Rapporten ger exempel från teknikhistorien där en uppfinning visserligen är ett genombrott men där stora framsteg ofta sker i lärandeprocessen under tillverkning. Exempelvis ökade Sony energitätheten i Li-jonbatterier med 50 procent på kort tid genom erfarenheter från tillverkning.

Sammankopplingen mellan dessa teknologier och vad det har möjliggjort var en ögonöppnare. Laddbara fordon och tillhörande teknikområden (t ex laddinfrastruktur) i dagens skala och prestanda hade inte varit möjligt utan framsteg i alla dessa domäner. Rapporten avser att öppna ögon för USA om vikten av tillverkning (energi och aktion). Liknande lärdomar finns troligen även för Europa. En slutsats skulle kunna vara att det är viktigt att både förstå och delta i värdekedjan för The Electric Stack för att kunna konkurrera med Kina i framtidens teknologier, inkluderat laddbara fordon.

Referenser 

[1] Not Boring. 2025. The Electric Slide. länk

[2] FutureBridge. 2023. Emerging Electric Motor Technologies for the EV market. länk