Als het erop aankomt Elektrische voertuigeneen grotere batterij is niet altijd beter.
Ford Motor Company doet deze weddenschap als onderdeel van zijn inspanningen om een nieuwe reeks goedkopere elektrische voertuigen te produceren, te beginnen met een middelgrote elektrische vrachtwagen met een vanafprijs van $ 30.000, die naar verwachting in 2027 op de markt zal komen.
Om meer uit een kleinere batterij te halen, moest Ford elke stap van het productieproces heroverwegen. Het elimineerde het typische lopende bandproces ten gunste van wat de autofabrikant ‘het zijne’ noemt. “Ford universeel platform voor elektrische voertuigen”, en het heeft elk onderdeel van zijn elektrische voertuig vereenvoudigd, van de kilometers aan bedrading in het elektrische systeem tot het aantal onderdelen waaruit het chassis bestaat.
En hij moest de batterij zelf heroverwegen, om deze efficiënter en goedkoper te maken. Ford schrijft veel van deze innovaties toe aan het team van Auto Motive Power, een startup voor het opladen van elektrische voertuigen die Ford in 2023 heeft overgenomen.
Ford Bounties om de efficiëntie te verhogen
Batterijen vormen een enorme uitdaging voor het ontwerpen van betaalbare en efficiënte elektrische voertuigen. De batterij maakt minimaal 25% uit van het totale gewicht van een elektrisch voertuig en ongeveer 40% van de totale kosten.
In afgelopen jaren, De accu’s van elektrische voertuigen worden steeds groter. Een grotere batterij kan de actieradius van een EV vergroten, maar dat betekent ook meer gewicht, waardoor een EV minder efficiënt en mogelijk moeilijker te hanteren wordt. Dit betekent ook hogere productiekosten, waardoor het elektrische voertuig duurder kan worden.
Om elektrische voertuigen betaalbaarder te maken, heeft Ford elk onderdeel van zijn elektrische voertuigen opnieuw ontworpen om die batterij te bedienen.
Elke ingenieur, of hij nu werkt aan de aerodynamica of de interieurergonomie van het voertuig, gebruikt meetgegevens die Ford ‘dimensionering’ noemt om ontwerpafwegingen te evalueren in termen van hoe deze de actieradius en de batterijkosten van het voertuig beïnvloeden.
Dit leidde tot “een systeembrede optimalisatie die het team deed om door elke rots heen te graven om dollars aan kosten en watts aan efficiëntie te vinden”, zegt Alan Clarke, uitvoerend directeur van Ford’s afdeling voor geavanceerde ontwikkeling van elektrische voertuigen.
Ford verwijderde bijvoorbeeld 1200 meter aan bedrading van zijn universele platform voor elektrische voertuigen, waardoor er 22 pond verloren ging vergeleken met de bedrading die werd gebruikt in Fords elektrische SUV van de eerste generatie. Terwijl het chassis van de Ford Maverick uit 146 structurele onderdelen bestaat, zal Ford’s volgende middelgrote elektrische auto uit slechts twee onderdelen bestaan, dankzij een lichter en eenvoudiger ‘unicasting’-proces.
Een efficiëntere batterij
Naast de ontwerpcompromissen heeft Ford ook de batterij opnieuw ontworpen om kleiner en efficiënter te zijn. Dit kan zich ook vertalen in een beter bereik en een betere laadervaring voor klanten.
“De elektronenbuis die uit de muur komt, is voor elke klant altijd hetzelfde”, zegt Clarke. “Maar het aantal kilometers dat zich vertaalt, wordt rechtstreeks bepaald door de efficiëntie van de vermogenselektronica en de efficiëntie van het voertuig.”
In zijn volgende middelgrote elektrische auto zal Ford lithium-ijzerfosfaat- of LFP-batterijen gebruiken. Zonder nikkel of kobalt, deze batterijen… die zijn dat wel gebruikelijk in Chinese elektrische voertuigen—minder dure chemische ingrediënten gebruiken dan lithiumion- en andere soorten batterijen.
De efficiëntie van een EV-batterij hangt grotendeels af van de software, en dat is waar het Auto Motive Power-team in beeld komt.
Een accupakket voor een elektrische auto bestaat uit meerdere cellen, en “de prestaties van dat accupakket worden beperkt door de slechtste cel”, legt Clarke uit. Batterijcellen zijn gevoelig voor temperatuurspanning en andere omgevingsomstandigheden.
“Je wilt een elektrisch voertuig kopen bij welk bedrijf dan ook dat hun batterijen het beste begrijpt, ze vanuit softwareperspectief het beste thermisch beheert, kan meten waar ze zich bevinden, ze in evenwicht brengt en ze oplaadt tegen tarieven die de kwaliteit ervan niet verslechteren”, voegt hij eraan toe.
Algoritmen kunnen de accuspanning, de temperatuur en het regeneratief remmen monitoren om het energieverbruik van het voertuig te maximaliseren.
De software regelt hoe een elektrisch voertuig energie uit de accu haalt en deze naar de aandrijfeenheid van het voertuig stuurt. Het stelt de autofabrikant ook in staat de batterij in realtime te optimaliseren, door te reageren op het gedrag van de bestuurder en op gegevens uit de echte wereld om de slijtage van de batterij te verminderen en de levensduur van de batterij te beschermen.
“Elke klant heeft verschillende manieren om batterijen te gebruiken”, legt Anil Paryani uit, voormalig CEO van Auto Motive Power en nu uitvoerend directeur engineering bij Ford.
“In Arizona kunnen ze verschillende hitteproblemen hebben… dus we hebben voor de gebruiker geoptimaliseerde controles om deze afwegingen te minimaliseren”, zegt hij.
Soms hebben klanten simpelweg ander laadgedrag. Paryani zegt bijvoorbeeld dat haar moeder in een flatgebouw woont en daarom vrijwel uitsluitend gebruik maakt van snelladers, wat een negatieve invloed kan hebben op de accuduur van een elektrische auto.
“Wat moeten we doen om (batterij)verslechtering te voorkomen?” zegt hij. “We pakken dit probleem aan met onze software.”
Ford produceert de batterijcellen in zijn BlueOval Battery Park in Michigan.
Blijf een startup binnen Ford
Auto Motive Power werd opgericht in 2017 en was voorheen leverancier van Ford voordat het in 2023 door de autofabrikant werd overgenomen.
Destijds opereerde het team nog steeds als een “zeer slordig” startup, zegt Paryani. Door zich aan te sluiten bij een autofabrikant ter waarde van 56 miljard dollar had dat dramatisch kunnen veranderen, maar ze waren in staat die start-up-energie vast te houden.
De leidinggevenden besloten het team ‘geïsoleerd’ te houden, zegt Paryani, ‘zodat ze ontwerprisico’s konden nemen waarvan ik denk dat traditionele autobedrijven er nooit aan zouden denken om deze te nemen.’
Grote bedrijven als Ford kunnen vaak verstrikt raken in een ‘analyseverlamming’, geeft Clarke toe, terwijl startups berucht zijn omdat ze snel failliet gaan. Paryani en zijn team hebben deze filosofie gehandhaafd, terwijl ze ook gebruik hebben gemaakt van de middelen van Ford, zoals toegang tot het ontwikkelingscentrum voor elektrische voertuigen.
“(Door) alle verschillende dingen die het team van Anil probeerde, hebben we zoveel geleerd over verschillende materialen en de interactie tussen verschillende apparaten, wat we niet hadden kunnen doen”, zegt Clarke. “Of om het te leren, zouden we waarschijnlijk twee jaar hebben besteed aan het bouwen van modellen en beseften we dat het geen goed idee was.”
Het team van Paryani experimenteerde echter snel met meer ideeën door middel van prototypes. Dit werk is van cruciaal belang voor de ontwikkeling van betere elektrische voertuigen, die uiteindelijk nog een vroege technologie zijn.
“Voertuigen met een verbrandingsmotor hebben 120 jaar rijping, technisch werk, optimalisatie en innovatie achter de rug”, zegt Clarke.
Elektrische voertuigen bevinden zich daarentegen in de “eerste innings, of misschien wel de tweede”.
