5
Automotive insights 5 lärdomar från IABC 2019 USA
Docol® – fordonsstålet

5 lärdomar från IABC 2019 USA

Insikter från International Automotive Body Congress (Detroit IABC 2019)

1) Koncept för batterihöljen dominerar dagordningen på IABC
2) Planer på större fordonsbatterier och billigare material
3) Olika materialkombinationer här för att stanna
4) Prisparitet redan 2024: Batteribilar och fossilbilar
5) 3D-rullformning och 3D-utskrifter för innovativa profiler

Karossen för 2020 års Chevrolet Corvette
Karossen för 2020 års Chevrolet Corvette

Koncept för batterihöljen dominerar dagordningen på IABC 

Det klart viktigaste ämnet under IABC-kongressen 2019 i USA var batterihöljen för elbilar. För att uppfylla behovet av ökad räckvidd för batteribilar blir battericellerna allt tyngre (Wh/kg) och mer energitäta (Wh/liter). Av flera olika skäl är det nu lönsamt för tillverkarna att installera fler battericeller/-moduler i batteribilar.

Större och tyngre batterier ställer dock krav på mer innovativa karosskonstruktioner för att skydda cellerna från inträngning i samband med kollisioner. Stolpkrocktestet innebär en särskild utmaning för batteribilar.

Som tur är fyller batterihöljet flera funktioner: när det kombineras med den övriga golvkonstruktion ökas karossens styvhet och vridstyvhet med över 30 procent jämfört med bilar med förbränningsmotor (källa: Caresoft Global Inc.).

Många batterihöljeskoncept presenterades, däribland Docols designkoncept för elbil med höjdbesparande, 3D-rullformade balkar.

 

Planer på större elbilsbatterier och billigare material

Efter år 2020 kommer viktbesparing med aluminium att bli dyrare än att använda fler batterimoduler enligt Don Malen från University of Michigan och Bloomberg New Energy Finance. Och konsumenterna vill definitivt ha större batterier för att uppnå längre räckvidd och minskad ”räckviddsångest”.

Större batterier kräver karosser i ultrahöghållfast stål (UHSS) för att absorbera den ökande energin till följd av högre fordonsvikt.

Batterihöljen i aluminium har redan en kostnadsnackdel jämfört med höljen i AHSS och UHSS. Kostnadsjämförelser av Improvalue visar att batterihöljen i AHSS/UHSS har en kostnadsfördel (88 dollar) jämfört med aluminium (110 dollar). (Antaganden: idealisk anläggning, 200 000 fordon/år; 5 års produktion; med hänsyn till materialkostnader, formningsprocesser, montering och elektrostatisk lackering.)

Föredragshållarna på IABC noterade att denna prisskillnad troligen kommer att öka och att konstruktörerna bör använda mer innovativa lösningar som AHSS/UHSS. Deras rekommendation: kopiera inte aluminiumhöljets konstruktion rakt av till stål. Dra istället nytta av AHSS specifika fördelar för nya konstruktioner baserat på era befintliga tillverkningsprocesser – och överväg att använda nya stålformningsprocesser, som 3D-rullformning.

Och även med större, mer kraftfulla – och tyngre – fordonsbatterier kommer viktbesparing fortfarande att vara avgörande. För det första kommer tillverkarna att vilja uppväga den viktökning som större batterier medför. Och viktminskning med AHSS/UHSS har betydligt större ekonomisk (och miljömässig) effekt än växthusgasintensivt aluminium och CRFG. Inom några år finns förhoppningsvis mer energitäta batterier med fast elektrolyt: de kommer att vara lättare än litiumjonbatterier men troligen även dyrare, så av ekonomiska skäl kommer konstruktörerna att vilja använda AHSS/UHSS under överskådlig framtid.

 

Kombinerade material har framtiden för sig

Vissa premiummodeller (som Tesla X, S och 3, BMW i3 och Jaguar I-Pace) har karosser med stor mängd aluminium, medan ekonomimodeller (som Renault Zoe, Nissan Leaf, Chevrolet Bolt) kombinerar olika material och använder mer stål.

Även om en stor mängd aluminium fortfarande kan komma att användas i karosserna för vissa premiummodeller så verkar trenden vara den motsatta: det blir allt vanligare att använda en kombination av olika material, där specifika material används för att optimera specifika egenskaper.

Exempelvis har den helt nya karossplattform som används i 2020 års Ford Explorer en intressant materialspecifikation:
Mjukt stål 24,2 %
Höghållfast stål 21,4 %
Avancerat höghållfast stål 13,1 %
Ultrahöghållfast stål 9,2 %
Presshärdat stål 25,2 %
Aluminium – pressat 0,1 %
Aluminium – extruderat 3,7 %
Aluminium – gjutet 2,1 %
Magnesium – gjutet 0,5 %

Ford presenterade sin metod för att optimera karosstopologin, inklusive deras analys av ”skelettmodellen” för huvudlastvägar, övre lastvägar, spännbalkar och tryckbalkar. Den ”bioniska” strukturen i 2020 års Ford Escape/Kuga resulterar i en omvandling av stötlaster till drag- och tryckkrafter – med minimal böjning.

För 2020 års Escape/Kuga utvecklades vissa nyckelkomponenter – som karossens framdel, stolpar, takreling och undre bakdel – individuellt för varje större regional marknad. Även om dessa komponenter skräddarsyddes för att uppfylla regionala prestandakrav uppnådde de optimal masseffektivitet som grupp.

2020 års Escape/Kuga är ett lättare fordon jämfört med föregående modell. Konstruktionen:

  • 90 kg lättare, med en 5 kg lättare kaross, med hjälp av avancerat höghållfast och ultrahöghållfast stål.
  • Erbjuder ett förbättrat passagerarutrymme med större lastutrymme genom effektiv konstruktion av sektioner och fogar.
  • 12 % bättre statiska böjningsegenskaper för elhybridmodeller och 10 % bättre vridningsegenskaper jämfört med utgående modell.
  • Fortsatt överkomligt pris tack vare tunt AHSS och UHSS i karossen.

 

Prisparitet år 2024: Batteribilar och fossilbilar

År 2024 – och utan skattelättnader – kommer batteribilar ha nått prisparitet med fossilbilar (bilar med förbränningsmotor) för alla karosstyper och klasser på grund av fallande kostnader för litiumjonbatterier. Den stora förändring som potentiella elbilskunder har väntat på är snart här: billigare elbilar med längre räckvidd och hållbara elpriser

  • Prisparitet mellan fossilbilar och batteribilar har redan uppnåtts för vissa modeller i mellanprisklassen (t.ex. 2019 års Tesla Model 3 som kostar 36 600–61 100 dollar jämfört med 2019 års BMW 330i xDrive som kostar 41 245–61 945 dollar).
  • Batteripriserna kommer att ligga på 94 dollar/kWh år 2024 och 62 dollar/kWh år 2030 (Bloomberg NEF).
  • Europa kräver att bilar drar högst 0,26 liter per mil per 2030.
  • På många platser kostar nu el från solkraft lika mycket som naturgasgenererad el.
  • Stora kommande investeringar i elektrifiering av infrastruktur (t.ex. laddstationer, inbyggd laddning i vägar och parkeringsplatser o.s.v.). USA har hamnat på efterkälken: har 60 000 laddningsstationer medan Kina (där elbilar är ett lagkrav) har 900 000.

 

Sett ur ett annat perspektiv kommer batteripriserna att sjunka till cirka 100 USD/kWh fram till år 2022, vilket innebär att överkomliga batteribilar med en räckvidd på över 610 km blir allt vanligare.

 

3D-rullformning och 3D-utskrifter för innovativa profiler

2020 års Ford Explorer är ett exempel på Shape Corporations 3D-böjformning som löper i olika plan och riktningar – och utförs i linje med rullformningsprocessen. Matningshastigheten bestäms av minsta matningshastighet för linjens induktionssvets. I en enda sammanhängande 3D-rullformningsprocess formas martensitiskt stål till rörsektioner med tredimensionella böjar och en optimerad sluten profil för 2020 års Explorer.

Shapes 3D-böjformning kan producera böjar med en radie på snäva 400 mm och en minsta övergångszon på 100 mm till nästa böjradie. Bockningen är frikopplad från 3D-rullformningslinjen för att uppnå effektiv rullformning och flexibel bockning.

SSAB fokuserade även på 3D-rullformning i sitt Docol designkoncept för elbilars batterihöljen. 3D-rullformning skapar höljets lastbärande botten med hjälp av balkar där den ena delen är fast och den andra delen rörlig. En balk kan då placeras vinkelrätt mot en liknande balk – det vill säga vändas upp och ned och placeras i ett rutmönster – utan att höjden fördubblas i z-led, vilket ökar kupéutrymmet.

Konferensdeltagarna imponerades av 3D-utskrifterna (även kallat additiv tillverkning) av komplicerade och innovativa karosskomponenter. Ett exempel var en styrspindel, som optimerades så att den blev 58% lättare vid trådutskrift. Additiv tillverkning är – för närvarande – bäst lämpat för lågvolymmodeller där gjutformens kostnad (250 000 USD och uppåt) och viktminskningens värde överstiger kostnaden för 3D-utskrifterna. Även om trådutskrifterna fortfarande är alltför långsamma för de flesta komponenter så ökar utskriftshastigheterna i en takt som indikerar att tekniken gradvis kommer att ersätta andra processer för tillverkning av karosskomponenter.

international automotive body congress 2019

Prenumerera på vårt kostnadsfria nyhetsbrev Automotive Insights så får du varje månad relevanta fördjupningar inom ämnen som påverkar din verksamhet.

Genom att skicka in formuläret godkänner du vår integritetspolicy.