Znotraj Fordove kulture optimizacije (‘lovcev na glave’): zakaj platforma UEV ne potrebuje ogromne baterije

Večja moč je pomenila večji motor, kar je povzročilo večjo težo, večje stroške in v večini primerov večjo porabo goriva.

Nato pa je v sredini sedemdesetih let prejšnjega stoletja prišlo do naftne krize, zaradi katere so razvili inovativno novo napravo, ki je lahko zagotovila tako moč kot tudi učinkovitost porabe goriva v skladu z nenadnimi zahtevami strank – turbopolnilnik. V avtomobilih so ga prvič uporabili na dirkah leta 1962, vendar se je ta tehnologija resnično uveljavila šele leta 1973 z uvedbo modela BMW 2002 Turbo, ki je dokazal, da lahko manjši motorji dosežejo veliko več, kot bi pričakovali glede na prostornino.

Zdelo se je kot kršenje zakonov fizike – nova naprava je sicer izgubljeno energijo pretvorila v moč za večjo kompresijo, da se je manjši motor obnašal kot veliko večji. Leta 2011 je Ford v ZDA v pickupu F-150 predstavil svojo različico motorja s turbopolnilnikom, imenovano EcoBoost. Ford je bil prepričan, da bodo turbopolnilniki na novo opredelili panogo, vključno z modelom F-150, čeprav so drugi dvomili, kako bodo novost sprejeli kupci.

Prodaja je eksplodirala

Prodaja je eksplodirala in panoga je sledila temu zgledu: danes je skoraj 75 % pickupov F-150 opremljenih s turbomotorji, na voljo pa so tudi s skoraj vsemi našimi vozili z motorji na notranje zgorevanje.

Danes se panoga sooča s podobnim izzivom pri električnih vozilih, kjer je bila glavna tehnična rešitev za odpravljanje zaskrbljenosti glede omejenega dosega povečanje velikosti baterije v vozilu. A baterija je najpomembnejši element za doseganje cenovne dostopnosti, saj predstavlja približno 40 % skupnih stroškov vozila in več kot 25 % njegove skupne teže.

Tako kot so avtomobilski proizvajalci preprosto izdelovali večje motorje, tudi povečevanje baterije poveča težo vozila, zviša ceno in predstavlja velik fizikalni izziv.

Naša velika stava glede električnih vozil?

Obsedenost z vozilom kot sistemom, ki omogoča več kilometrov z manjšo baterijo, in drastična poenostavitev sistema z zmanjšanjem števila delov, da lahko ponudimo novo družino cenovno dostopnih električnih vozil za vožnjo po cestah vsega sveta.

Iskanje kompromisov z optimizacijo – z ‘lovom na glave’

Dostopnost za nas ni le marketinški slogan. Da bi vozila, izdelana na tej platformi, resnično postala cenovno dostopna, začenši s srednje velikim električnim pickupom, smo morali poiskati možnosti za zmanjšanje stroškov.

Začeli smo z oblikovanjem ekipe znotraj raziskovalnega laboratorija.

Njena naloga je bila razviti merila za doseg, učinkovitost in zmogljivost pri prioritetah, kot so teža, zračni upor in kotalni upor, ter na koncu velikost baterije. Ta ekipa je vsakemu inženirju dala na voljo nov način ocenjevanja kompromisov – imenujemo jih ‘lov na glave’.

Ekipa za doseg, učinkovitost in zmogljivost določi cilje pri optimizaciji oziroma ‘lovu na glave’, ki jih morajo upoštevati ekipe strokovnjakov.

V preteklosti so bili inženirji v tradicionalnih avtomobilskih podjetjih pogosto ločeni po oddelkih. Ti so ustrezali komponentam ali sistemom, za katere so bili zadolženi. Od njih se je pričakovalo, da zagovarjajo del, s katerim se ukvarjajo, hkrati pa zmanjšujejo njegove stroške, pogosto brez razumevanja, kako to vpliva na izkušnjo kupca ali zmogljivost vozila.

Tako na primer ekipa za aerodinamiko vedno želi nižjo streho za manjši zračni upor, ekipa za prostorsko ureditev želi višjo streho za več prostora nad glavo, ekipa za notranjo opremo pa želi zmanjšati velikost kabine, da bi znižala stroške. Običajno se te skupine pogajajo, dokler ne najdejo srednje poti, ki neizogibno vodi v kompromis, za kar je zadolžen še en oddelek, ki sklepa kompromise v imenu stranke.

Optimizacije spremenijo pogajanja

Optimizacije spremenijo pogajanja, saj povežejo resnične stroške kompromisa z določeno vrednostjo, vezano na doseg in stroške baterije, in jih tako naredijo veliko bolj jasne. Zdaj imata ekipa za aerodinamiko in ekipa za notranjost enak cilj in obe razumeta, da bi povišanje strehe za en sam milimeter pomenilo 1,1 evra dodatnih stroškov baterije ali zmanjšanje dosega za 0,088 kilometra. Z optimizacijo ima vsaka ekipa skupni cilj, da poveča doseg in hkrati zmanjša stroške baterije – kar je neposredno povezano z večjo koristjo za naše stranke.

To je samo en primer izmed neštetih optimizacij, na katere se je osredotočila naša ekipa. Ko smo dosegli prve cilje, smo si zastavili še težje, da bi bil izziv še večji. Eno od teh področij je bil naš sistem upravljanja z energijo.

Ohišje ogledala je zdaj za več kot 20 % manjše od običajnega ogledala, kar zmanjšuje maso, prihrani stroške in omogoča bolj aerodinamično obliko, doseg vozila pa se poveča za 2,4 kilometra.

Pametnejše upravljanje z energijo, razvito pri Fordu

Električna arhitektura je načrt za pretok energije in signalov skozi izdelek – kaj je povezano s čim, kako se vse nadzira in kako vse skupaj zanesljivo deluje. Pri pretvorbi energije znotraj platforme električnega vozila lahko pride do presenetljivo velikih izgub med polnjenjem ali celo pri črpanju energije iz 400-voltne baterije in njeni pretvorbi v 48 voltov za nizkonapetostne naprave.

Še pomembneje je, da je pogosto ločena na funkcije, ki jih zagotavljajo zunanji dobavitelji, vsak s svojimi ohišji, pritrdilnimi elementi in priključki, kar povzroča visoke stroške in prekomerno težo platforme.

Zato smo leta 2023 našo arhitekturo in zasnovo visokonapetostne napajalne elektronike za to platformo prenesli v lastno družbo. S prevzemom podjetja Auto Motive Power (AMP) so se naši ekipi pridružili nadarjeni izkušeni inženirji, ki so premaknili meje pretvorbe energije in upravljanja z energijo za številna globalna električna vozila, s katerimi se uporabniki že vozijo.

Električen ekosistem

Kupci bodo prvič uživali v popolnoma električnem ekosistemu za polnjenje vozil, ki ga je Ford zasnoval v lastnem podjetju z uporabo lastne programske opreme. To pomeni, da je strojno opremo v vozilu, vključno z zmogljivostmi dvosmernega polnjenja, razvila ekipa, neposredno povezana z ekipo, ki dela na platformi in vozilih. Uporabnikom bodo koristile izboljšave, ki zmanjšujejo čas čakanja pri polnjenju baterije, podaljšujejo življenjsko dobo baterije in zmanjšujejo skupne stroške lastništva.

Delo ekipe je prineslo pomembne izboljšave, ki presegajo zgolj razvoj prvega Fordovega 48-voltnega nizkonapetostnega sistema. Ta nova strojna in programska oprema sta namreč odigrali ključno vlogo pri skrajšanju kabelskega snopa srednje velikega električnega pickupa za 1200 metrov in zmanjšanju njegove teže za 10 kilogramov v primerjavi z enim od naših električnih vozil prve generacije.

Običajna vozila so opremljena z več kot 30 razpršenimi elektronskimi krmilnimi enotami ali ECU-ji, ki so možgani vozila. Fordov srednje velik električni pickup bo imel le pet glavnih modulov, kar bo zmanjšalo kablovje v celotnem vozilu.

Vemo, da ne bo manjkalo dvomljivcev, tako kot jih ni manjkalo, ko je Ford predstavil turbomotor v modelu F-150. Druga podjetja bodo trdila, da so večino tega že poskusila. Toda fizike si ne more nihče prilastiti. Ustvarjamo resnično integrirano platformo za električna vozila, ne pa posamezen del, ki bi ga bilo mogoče zlahka kopirati.

Ko nam bo uspelo, bomo imeli družino vozil, za katera pričakujemo, da bodo cenovno konkurenčna najboljšim na svetu. Vključno z vozili, ki delujejo z motorji z notranjim zgorevanjem. Še vedno je veliko dela, vendar napredujemo in komaj čakamo, da bomo lahko kmalu objavili več informacij.

Alan Clarke je izvršni direktor oddelka za razvoj naprednih električnih vozil pri Fordu. 

VIR: Ford Magazine