Als het erop aankomt EV’sis een grotere batterij niet altijd beter.
Ford Motor Company doet deze weddenschap als onderdeel van zijn inspanningen om een nieuwe reeks betaalbare elektrische voertuigen te produceren, te beginnen met een middelgrote elektrische vrachtwagen met een vanafprijs van $ 30.000, die in 2027 op de markt zal komen.
Om meer uit een kleinere batterij te halen, heeft Ford elke stap van het productieproces opnieuw moeten bedenken. Het heeft het typische lopende bandproces geschrapt ten gunste van wat de autofabrikant het zelf noemt “Ford Universal EV-platform,” en heeft elk onderdeel van zijn EV vereenvoudigd, van de kilometers aan bedrading in het elektrische systeem tot het aantal onderdelen waaruit het frame bestaat.
En er moest opnieuw worden nagedacht over de batterij zelf, om deze zowel efficiënter als 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, efficiënte elektrische voertuigen. De batterij maakt minimaal 25% uit van het totale gewicht van een EV en ongeveer 40% van de totale kosten.
In afgelopen jaren, EV-batterijen worden steeds groter. Een grotere batterij kan kilometers toevoegen aan de actieradius van een EV, maar dat betekent ook meer gewicht, waardoor een EV minder efficiënt en mogelijk moeilijker te hanteren wordt. Het betekent ook meer productiekosten, waardoor die EV duurder zou kunnen worden.
Om meer betaalbare EV’s te maken, heeft Ford elk onderdeel van zijn EV heroverwogen ten behoeve van die batterij.
Elke ingenieur, of hij nu werkt aan de aerodynamica of de ergonomie van het interieur, gebruikt meetgegevens die Ford ‘premies’ noemt om ontwerpafwegingen af te wegen in termen van hoe deze de actieradius en de batterijkosten van het voertuig beïnvloeden.
Dat heeft geleid tot een “optimalisatie op systeemniveau die het team heeft uitgevoerd om elke steen om te gooien om dollars aan kosten en watts aan efficiëntie te vinden”, zegt Alan Clarke, uitvoerend directeur van de afdeling Advanced EV Development van Ford.
Ford verwijderde bijvoorbeeld ruim 1200 meter aan bedrading van zijn Universal EV Platform, waardoor er 22 kilo werd bespaard vergeleken met de bedrading die werd gebruikt in de eerste generatie elektrische SUV van Ford. Terwijl de Ford Maverick 146 structurele onderdelen in zijn frame heeft, zal de komende middelgrote EV van Ford uit slechts twee onderdelen bestaan, dankzij een lichter en eenvoudiger ‘unicasting’-proces.
Een efficiëntere batterij
Naast de compromissen op het gebied van ontwerp heeft Ford ook de batterij opnieuw ontworpen om deze zowel kleiner als efficiënter te maken. Dat kan zich ook vertalen in een beter bereik en een betere oplaadervaring voor klanten.
“De elektronenbuis die uit de muur komt, is voor elke klant altijd hetzelfde”, zegt Clarke. “Maar in hoeveel kilometer dat zich vertaalt, wordt rechtstreeks bepaald door de efficiëntie van de vermogenselektronica en de efficiëntie van het voertuig.”
In zijn komende middelgrote elektrische auto zal Ford lithium-ijzerfosfaat- of LFP-batterijen gebruiken. Deze batterijen bevatten geen nikkel of kobalt, en dat zijn ze ook gebruikelijk in Chinese EV’s—minder dure chemische ingrediënten gebruiken dan lithium-ion en andere batterijtypen.
Hoe efficiënt een EV-batterij is, hangt grotendeels af van de software, en dat is waar het team van Auto Motive Power om de hoek komt kijken.
Een EV-batterijpakket bestaat uit meerdere cellen, en “de prestaties van dat batterijpakket worden beperkt door de slechtste cel”, legt Clarke uit. Batterijcellen zijn gevoelig voor temperatuurspanning en andere omstandigheden om hen heen.
“Je wilt een elektrische auto kopen bij welk bedrijf dan ook dat hun batterijen het beste begrijpt, ze thermisch het beste beheert vanuit software-oogpunt, kan meten waar ze zich bevinden, ze in evenwicht brengt en ze oplaadt tegen tarieven waarbij ze niet verslechteren”, voegt hij eraan toe.
Algoritmen kunnen de spanning, de temperatuur en het regeneratief remmen van een accu monitoren om het energieverbruik van het voertuig te maximaliseren.
Software bepaalt hoe een EV energie uit de batterij haalt en in de aandrijfeenheid van het voertuig stopt. En het stelt de autofabrikant ook in staat een accu in realtime te optimaliseren, door te reageren op het gedrag van de bestuurder en gegevens uit de praktijk om de slijtage van de accu te verminderen en de levensduur ervan te beschermen.
“Elke klant heeft verschillende manieren om batterijen te gebruiken”, legt Anil Paryani uit, voorheen CEO van Auto Motive Power en nu uitvoerend directeur engineering bij Ford.
“In Arizona hebben ze misschien verschillende hitte-uitdagingen… dus we hebben voor de gebruiker geoptimaliseerde controles om die afwegingen te minimaliseren”, zegt hij.
Soms hebben klanten gewoon ander laadgedrag. Paryani zegt bijvoorbeeld dat zijn moeder in een flat woont en daarom bijna uitsluitend snelladers gebruikt, wat een negatieve invloed kan hebben op de levensduur van de batterij van een elektrische auto.
“Wat moeten we doen om (batterij)verslechtering te voorkomen?” zegt hij. “Wij pakken dat aan met onze software.”
Ford maakt zijn batterijcellen in zijn BlueOval Battery Park in Michigan.
Een startup blijven 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 onderdeel te worden van een autofabrikant ter waarde van 56 miljard dollar had dat drastisch kunnen veranderen, maar ze konden die start-up-energie behouden.
Leidinggevenden besloten het team ‘afgesloten’ te houden, zegt Paryani, ‘zodat we ontwerprisico’s kunnen nemen waarvan ik denk dat traditionele autobedrijven er nooit aan zouden denken om die te nemen.’
Grote bedrijven als Ford kunnen vaak verstrikt raken in ‘analyseverlamming’, geeft Clarke toe, terwijl startups bekend staan om hun snelle mislukkingen. Paryani en zijn team hielden vast aan dat ethos, terwijl ze profiteerden van de middelen van Ford, zoals toegang tot het EV-ontwikkelingscentrum.
“(Door) alle verschillende dingen die het team van Anil heeft geprobeerd, hebben we zoveel geleerd over verschillende materialen en de interactie tussen verschillende apparaten, wat we anders niet hadden kunnen doen”, zegt Clarke. ‘Anders zouden we, om het te leren, waarschijnlijk twee jaar bezig zijn geweest met het bouwen van modellen en beseften we dat het geen goed idee was.’
Het team van Paryani probeerde in plaats daarvan snel meerdere ideeën uit via prototypes. Dit werk is cruciaal voor de ontwikkeling van betere elektrische voertuigen, die uiteindelijk nog een vroege technologie zijn.
“Voertuigen met een verbrandingsmotor hebben 120 jaar rijping, van technisch werk, van optimalisatie en van innovatie achter de rug”, zegt Clarke.
EV’s bevinden zich daarentegen in ‘inning één – of misschien in inning twee’.
