Lars Hoffmann, ansvarig för kraftelektronik och elmaskiner i Saabs satsning på el-hybrider ser kiselkarbiden inleda en ny era inom bilektroniken.

Lars Hoffmann, framför senaste Saab 9-5

Han var en bland talarna redan förra året, under "Silicon carbide power elektronic applications workshop", arrangerat av Bo Hammarlund, Transic, och Christian Vieider, Acreo, och kunde under årets konferens konstatera:
– Det har hänt kolossalt mycket på ett år, om man jämför det som presenterades då och nu på konferensen.
Lars Hoffman berömde de forskare som presenterade vad de hade åstadkommit:
Det är fantastiskt det ni har utfört. Vi måste skriva om skolböckerna, för lärarna vet inget om kiselkarbid!
Han tog upp fem faktorer som biltillverkare måste arbeta med utgångspunkt i:
* Alla konstruktioner måste vara så kompakta som möjligt.
* Lägsta möjliga vikt gäller.
* Kvaliteten är avgörande. Exempelvis ett batteri för en el- eller hybridbil måste fungera under bilens hela livstid.
* Just in time gäller för leveranser av alla delar till en bil. Det kan handla om leverans på minuter när.
* Konstruktioner måste vara kostnadseffektiva.
Givetvis står dessa punkter emot varandra. En dyrbarare konstruktion kan vara kostnadseffektiv om den exempelvis sparar utrymme och vikt. Men vad kostar ett extra kilo? Från en flygkonstruktör har Lars Hoffmann fått uppgiften att varje kg betyder omkring 50 000 kr i besparning per plan. Någon sådan siffra finns inte framräknad för en personbil, men helt klart leder minskad vikt till sparade pengar.

Tre komponenter
För kraftelektronik har det i stora drag funnits tre komponenter att välja mellan: tyristorer, GTR och IGBT i kisel.
– Ingen av dem kan användas direkt i en bil. De måste konstrueras om. Och det finns bara ett företag som gjort sin hemläxa, nämligen Toyota.
Lars Hoffmann ser nu en lösning.
– Nu börjar en ny era i form av kiselkarbid!
Detta halvledarmaterial skapar ännu en del tekniska flaskhalsar:
* Det finns inte kondensatorer som klarar den höga temperatur som SiC-komponenter tål.
* En fråga är: När kommer vi att kunna köpa en lösning från hyllan?
* När kommer denna teknologi att bli kostnadseffektiv för den svenska bilindustrin?
Lars Hoffmann tror att SiC-teknik först dyker upp i kommersiella produkter som tvättmaskiner, rullstolar, dimmers, farthållare upp till 25 kW och induktionsugnar.
– Jag hoppas att våra svenska kunskaper inom kiselkarbid kan omsättas till exportprodukter. Och jag skulle vilja testa denna teknik i en småskalig produkt som effektelektronik för elektronisk effektreglering, eller med kiselkarbidtekniken använd i sensorer. Slutligen skulle jag vilja se en svensk konceptbil använda denna teknologi till 100 procent.
Det finns fler system där effekthalvledare i SiC kan användas i bilar, sådana som elektronik för balansering av litium-batteristaplar, säkringslös kraftdistribution och i styrelektronik för exempelvis automatiska växellådor med dubbelkoppling.

Batterier och motorer begränsar
I ett samtal efter konferensen berättar Lars Hoffmann om de två stora flaskhalsarna i utvecklingsarbetet av elbilar och elhybrider.
Det största problemet är att få fram tillräckligt bra batterier.
– Valet är någon form av litiumbatteri för att få ned vikten. Men vilken typ som till sist segrar är inte givet. Batterityperna har olika egenskaper. Helt klart seriekopplas de, för att minska strömmen vid belastning. Men Lars Hoffmann tror inte det blir aktuellt att gå över 1000 V. Högre spänningar skapar problem bl a med isolationen i elmotorer.
Den typ av motorer som är aktuella för elbilar är synkronmotorer med permanentmagnet. Ett bekymmer med denna motortyp är att det rör sig om relativt ny teknik. Dessutom kräver permanentmagneterna metaller som bara utvinns på några platser på jorden, däribland Kina.

Multihybrid
Vilken typ av bil kommer då att gå ut som segrare i framtiden? Jag ställer frågan med anledning av en dansk undersökning som visade att en liten dieselmotor kan resultera i lägre koldioxidutsläpp än en elbil, en jämförelse som naturligtvis är avhängig av hur elkraften produceras men också hur den distribueras: Förlusterna från producerad kraft fram till förbruknings/laddningsstället är med dagens kraftnät signifikanta. Var kommer gasen som drivmedel in i den här bilden?
Lars Hoffmanns svar är:
– Det blir troligen en kombination av alla tekniker. Bilarna kommer att kunna köras på alla möjliga olika bränslen, gas och el. Då blir bilen anpassad till olika kulturella skillnader.
En sådan bil måste givetvis ha avancerad styrelektronik.
– Jag blev så lycklig när jag nu såg hur SiC-utvecklingen har accelererat på ett år. Senast 2015 kommer det att finnas SiC-halvledare i bilar. Det har jag tidigare inte kunna tro.
Rent allmänt uttrycker han också entusiasm:
– Nu arbetar vi för fullt på Saab igen. Här råder en väldigt positiv syn hos både personal och företagsledning.

Filed under: Teknikartiklar