5
Automotive insights Bästa sätten att utöka räckvidden hos elfordon kostnadseffektivt
Docol® – fordonsstålet

BÄSTA SÄTTEN ATT UTÖKA RÄCKVIDDEN HOS ELFORDON KOSTNADSEFFEKTIVT

Hur viktig är lättviktskonstruktion för framtida mobilitet?

Vilka är de bästa sätten att utöka räckvidden hos elfordon kostnadseffektivt? Detta diskuterades vid 2019 års upplaga av Lightweight Construction Summit i Würzburg, och ett överraskande budskap var att längre räckvidd under vissa omständigheter skulle kunna uppnås genom optimering av de elektriska (och elektroniska) systemen snarare än viktminskning av deras konstruktion. Många mötesdeltagare uttryckte ändå oro över att de stora investeringarna i elmobilitet tar finansiella och personella resurser från viktminskningsprojekt.

Andra takeaways från toppmötet:

  • Design av elmobilitet (elfordon) fortsätter att ha stor inverkan på viktminskning av konstruktioner för alla fordon – såväl elektriska och hybrider som traditionella.
  • I den pågående kampen mellan viktminskning och kostnadseffektivitet upplever konstruktioner som använder lättviktsstål en renässans, något som påtalades av flera talare. Nya höghållfasta och ultrahöghållfasta stål kan möjliggöra kostnadsbesparande viktminskningar samtidigt som nödvändiga egenskaper bibehålls.
  • Den växande insikten är att intelligent allokering av lättviktsmaterial enligt devisen ”rätt material på rätt ställe” är en mer pragmatisk hållning än genomgående användning av aluminium (tidigare Audi A8) eller kolfiber (BMW i3).

 

Docol på LeichtbauGipfel

I linje med den devisen experimenterar allt fler biltillverkare med naturfiberförstärkta biomaterial, något som minskar både fordonets vikt och ekologiska fotavtryck. Experter anser även att kolfiberförstärkta material med tiden kommer att nå massproduktionsnivåer, vilket medför mer mogna och rationella tillverkningsmetoder för det en gång exotiska materialet.

Nya tekniker inom konstruktion med hybridmaterial

Bilkomponenter som görs av hybridmaterial blir allt viktigare för områden i fordonet som är känsliga för stora, lokala krafter. På toppmötet presenterade till exempel Volkswagen sin modell E-Golf, som har ett område vid tröskeln/B-stolpen som består av glasfiberförstärkt plast som är limmad på sektioner av höghållfast stål. Det resulterar i ett strukturellt förstärkt område med 50 % mindre intrång i samband med kollisionstester. Genom denna tillämpning av hybridmaterial kan Volkswagen uppfylla 2015 års ändringar i stolpkollisionstestet som ingår i New Car Assessment Program (NCAP), samtidigt som man bara ökar bilens vikt med knappt 200 gram och inte behöver ändra den massproducerade karossen eller tillhörande tillverkningsprocesser.

Ett annat sätt är att använda skummade material. Men det är en dyrare metod och något som måste beaktas redan från allra första början i utvecklingsprocessen. Hur som helst, i kombination med andra material (till exempel avancerade höghållfasta stål – AHSS) har skummade material goda egenskaper och låg vikt.

Fullständiga datorsimuleringar vid viktminskning av bilkomponenter

Framsteg inom datormodellering — med dynamiska simuleringar av komponentdesigner med särskilda lättviktsmaterial — blir viktigare än någonsin. Exempelvis kan konsekvenserna av att göra material tunnare beräknas med allt större noggrannhet. Flera talare på toppmötet presenterade konstruktioner som resulterar i avsevärda materialbesparingar (och kostnadssänkningar).

Ett annat viktigt framsteg jämte datorsimulering är additiv tillverkning (även kallad 3D-printing), som inte bara medger extrema komponentgeometrier utan även hög integrering av funktioner inom en bilkomponent.

Det kunde noteras att många av presentationerna hade ett holistiskt synsätt på lättviktskonstruktion. Till exempel har fokus på produktionskostnader kompletterats med analyser av ekologiskt fotavtryck: Vilken är den holistiska miljöeffekten under komponentens hela livscykel, från råmaterial till återvinning?

Ett annat holistiskt exempel: viktminskning inom fordonsindustrin har vuxit till något mer än att man bara tittar på enskilda komponenters konstruktion. Förvisso startar processen fortfarande med omfattande datorsimuleringar av komponenter. Men den omfattar även simuleringar av hela fordonet, sedan kollisionsberäkningar för fordonet, sedan simuleringar av fordonets tillverkning och montering, innan man slutligen kommer till bedömning av det ekologiska fotavtrycket.

Kan stålindustrin matcha framtida behov av låg vikt och CO2-effektivitet?

”2019 års upplaga av Lightweight Construction Summit i Würzburg har bekräftat att SSAB, med sina innovativa material och omfattande tjänster, har uppfattat helt rätt trender inom lättviktskonstruktion,” säger Thomas Müller, Head of Business Development Automotive på SSAB, som var en av talarna på eventet. Med sitt sortiment av fordonsstål under namnet Docol® bidrar SSAB på ett viktigt sätt till realisering av lättviktskonstruktioner inom fordonsindustrin, eftersom företagets AHSS-stål bevisar sitt funktionsvärde genom hög styrka, utmärkt duktilitet samt god utmattningshållfasthet. Eftersom SSAB framställer varje AHSS-stål på en särskild produktionslina uppvisar dessa stål också ytterst jämna materialegenskaper. Och utöver det standardiserade sortimentet av Docol® AHSS-stål kan kunden även beställa särskilda AHSS-kvaliteter.

SSAB:s satsning på den globala miljön är både innerlig och ytterst pragmatisk: ytterligare regelverk kring CO2, bland annat ”inneslutet kol” i bilmaterial, verkar vara praktiskt taget oundvikliga. För närvarande släpper SSAB bara ut 2 kg CO2 för varje kilogram stål som produceras — vilket gör företaget till en av världens mest koldioxideffektiva ståltillverkare. Ståltillverkare inom EU producerar i genomsnitt 7 % mer CO2, och motsvarande siffra är i USA 11 %, i Kina 26 % och i Indien 42 % mer.

”Men inte ens två kilo CO2 per kilo stål är en nivå som vi tänker nöja oss med”, säger Müller. ”Vårt mål är att tillverka stål praktiskt taget utan några CO2-utsläpp. I Luleå bygger vi en experimentell HYBRIT-anläggning som kommer att använda vätgas i stället för kol i masugnen. Vätgasen kommer att produceras med hjälp av nya och befintliga vatten- och vindkraftkällor.

SSAB planerar att kunna leverera fossilfritt Docol® AHSS-stål till marknaden år 2045. Under tiden experimenterar SSAB med biokol och kommer att konvertera en av sina anläggningar till enbart eldrift, för att på så vis eliminera all användning av kol/koks.

Lättviktskonstruktion för elfordon som en process

Som ett exempel på ”lättviktskonstruktion som en heltäckande process” presenterade SSAB ett designkoncept för kollisionsskydd till batterier i elfordon. Tack vare utvalda Docol® AHSS-stål är det skyddande batterihöljet:

  • Läckagesäkert
  • Ytterst robust
  • Lätt och effektivt

 

”Och det här batterihöljet väcker stort intresse”, noterar Müller, ”inte bara bland tyska OEM-företag, utan i synnerhet bland kinesiska biltillverkare.”

”Det här batterihöljet för elfordon är ett exempel på vad SSAB kan göra om man involveras tidigt i bilutvecklingsprocessen,” säger Müller. ”För ett fordons optimala viktminskning och komponentprestanda är sådant tidigt deltagande avgörande. Beroende på tillämpning har vårt Knowledge Service Center hjälpt biltillverkare minska komponentvikter med upp till 50 %.”

Vårt Docol® Knowledge Service Center hjälper bildesigners i deras dagliga arbete genom att besvara vitt skilda frågor kring avancerade höghållfasta stål. Det kan handla om koncept- och konstruktionsstudier, beräknings- och datorsimuleringstjänster (till exempel digital modellering av formningsprocesser och kollisionsegenskaper) eller förslag kring verktygsdesign, bearbetningslösningar eller svetsning av AHSS-stål.

I teamet på Docol® Knowledge Service Center ingår välutbildade datorsimuleringsingenjörer, konstruktörer, svetsexperter och specialister på formning. Teamet har tillgång till de senaste formningsmaskinerna och datorsimuleringsprogrammen. För att potentiella kunder i ett tidigt skede själva ska kunna uppleva fördelarna med SSAB:s stål har SSAB ett världsunikt lager med testmaterial. På lagret finns bland annat många av de olika Docol® AHSS-stålkvaliteter i form av plåtar och coils som SSAB kan måttkapa och skeppa inom två veckor — ofta inom två arbetsdagar. Denna omfattande, ytterst specialiserade och snabba tjänst med provmaterial saknar förmodligen motstycke hos andra tillverkare av AHSS-stål.

Thomas Müller
Thomas Müller, Head of Automotive Business Development på SSAB

Läs mer om Hybrit-projektet härUtforska fordonsstålet Docol

Nyhetsbrevet Automotive Insights

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

 

Prenumerera