Die Ingenieurin

Leistungselektronik, Wechselrichter, Motoren, E-Achsen, neue Batteriechemie, Batteriesysteme: Es gibt eine Fülle von Geschäftsmöglichkeiten für die Automobilelektrifizierung. Wie positionieren sich in Großbritannien ansässige Unternehmen für die groß angelegte Automobilelektrifizierung? Will Stirling berichtet

Die Pleite und Rettung des Batterie-Start-ups Britishvolt sorgte diesen Winter für Schlagzeilen in den Medien. Die Geschichte verdeutlichte die Fragilität der britischen Elektrofahrzeugindustrie (EV), deren Zukunft ungewiss ist, wenn sie teure Batterien aus dem Ausland importieren muss – insbesondere von außerhalb der Europäischen Union aufgrund der Ursprungsregeln im britischen Handels- und Kooperationsabkommen.

Batterien sind nur ein Teil eines Elektrofahrzeugs, wenn auch ca. 40 % des Wertes. Sie benötigen Motoren, Leistungselektronik, Ladegeräte, Wechselrichter und weitere Komponenten, die die Batteriechemie in Bewegung umwandeln. Woher kommen diese Teile? Viele in Großbritannien ansässige Lieferanten befinden sich in unterschiedlichen Reifegraden. Einige bedienen laterale, kleinere Automobilmärkte wie den Off-Highway-Bereich, andere entwickeln möglicherweise bahnbrechende Technologien.

Eine sichere Lieferkette für aktive Materialien

Die fragwürdige Herkunft einiger aktiver Materialien in Lithiumbatterien beschäftigt die Batterieindustrie. Typischerweise ist das aktive Anodenmaterial Graphit oder Silizium und die Kathode besteht normalerweise aus Nickel oder Kobalt, die unter schlechten Bedingungen abgebaut werden können. Sigma Lithium verändert die Batteriechemie, um eine sichere Materiallieferkette zu gewährleisten und die Batteriereichweite zu erweitern.

Das Pre-Revenue-Unternehmen entwickelt ein poröses Anodenmaterial aus dreidimensionalem metallischem Lithium. Die Verwendung als Anodenmaterial, hauptsächlich in Festkörperbatterien, könne die Reichweite einer Autobatterie um mindestens 50 % erhöhen, sagte CEO Gleb Ivanov. „Wir haben zusammengesetztes metallisches Lithium als sicheres aktives Anodenmaterial in Festkörperbatterien entwickelt, während die Kathode auf Mangan statt auf Nickel oder Kobalt oder auf anderen kostengünstigen Materialien basieren wird – vielleicht sogar auf Schwefel, was super ist.“ billig. Dies wird den hohen Kostendruck von Materialien verringern, die von außerhalb des Vereinigten Königreichs, manchmal aus unethischen Quellen, stammen.“ Die Sicherheit von metallischem Lithium hielt seine Verwendung für wiederaufladbare Batterien zurück, aber Sigmas „3DLi“-Material wurde als sicher für die Verwendung zugelassen.

Die Herstellung von Elektrofahrzeugbatterien, Leistungselektronik und Elektromotoren erfordert Investitionen in Innovationen sowie Partnerschaften mit der breiteren globalen Lieferkette

Metallisches Lithium könnte im Inland von Cornish Lithium bezogen werden, im Rest der Welt ist es jedoch in ausreichender Menge vorhanden. Die Beschaffenheit dieses porösen 3D-Lithiums bietet zwei physikalische Vorteile, die führende Automobilhersteller anerkannt haben. „Metallisch zu sein bedeutet, dass wir die Kilometerleistung, also die Reichweite, einhalten können, und die poröse Dreidimensionalität bedeutet, dass wir schnelles Laden und Entladen ermöglichen können“, sagte Ivanov. „Unser Geschäftsmodell ist die Lizenzierung – wir wollen 3D-Lithium in jeder Festkörperbatterie.“ Das andere Schlüsselmaterial in der Batteriezelle ist ein Kohlenstoffnetz, das in großen Mengen von einem multinationalen britischen Unternehmen geliefert wird.

Ist die Technologie für den Einsatz durch die Automobilhersteller kompatibel? „Es liegt im Interesse der Elektrofahrzeughersteller, den Nickel- und Kobaltgehalt zu minimieren und auf etwas Besseres umzusteigen – es sollte für uns und den OEM Möglichkeiten geben, es für jedes Fahrzeug funktionieren zu lassen“, sagte Ivanov.

Das mittlere Volumen ist ein natürlicher Schritt für Unternehmen, die sich differenzieren können

Die wohl größte Herausforderung für die britische Elektrofahrzeugindustrie ist die Expansion, damit diese Unternehmen die großen Automobilhersteller beliefern können. McLaren Applied stellt eine Familie von Leistungselektronikkomponenten her, die Steuerungssysteme für Elektroantriebe – Steuergeräte, Beschleunigungsmesser, Sensoren, Wechselrichter für schnelles Laden und mehr. Die Stückzahlen liegen im mittleren Bereich, von mehreren Tausend bis 50.000 Einheiten pro Jahr. Hier sollten sich McLaren Applied und das Vereinigte Königreich unterscheiden, sagt Steve Lambert, Leiter Elektrifizierung bei McLaren Applied, da Unternehmen hinsichtlich des Volumens nicht mit globalen Giganten wie Bosch, Valeo und Continental konkurrieren können und es außerdem mehrere Unternehmen in dieser Mittelklasse gibt Markt, darunter Bentley, Lotus, Morgan und möglicherweise einige Jaguar Land Rover-Plattformen und sogar der Nissan Z.

„Tier-1-Automobilhersteller produzieren seit jeher Millionen von Einheiten für Automobilhersteller, aber bei Elektrofahrzeugen kommt es zu großen Umwälzungen auf dem Markt“, sagte Lambert. „Es kommen viele neue Marktteilnehmer hinzu, beginnend mit geringeren Stückzahlen. OEMs probieren neue Technologien auf Plattformen mit geringeren Stückzahlen bei Zulieferern aus, die sie zuvor noch nicht genutzt haben, und einige sind offen dafür, diese neuen Technologien auf Mainstream-Plattformen zu übertragen. Was einmal war.“ Das sogenannte „Tal des Todes“ vom Nischenangebot zum Massenangebot ist ein Tal der Möglichkeiten, weil es so viele Störungen gibt.“

Ein Schlüsselprodukt, das in größeren Stückzahlen hergestellt wird, sind Wechselrichter. Diese wandeln den Gleichstrom der Batterie in Wechselstrom um und steuern den Motor. Im Zuge der Ausweitung der Produktion werden neue weltweite Standorte geprüft, McLaren Applied möchte jedoch seine Wechselrichterproduktion im Vereinigten Königreich behalten. „Um uns auf größere Stückzahlen vorzubereiten, haben wir jetzt gemeinsam mit der Universität Newcastle ein staatlich finanziertes Projekt namens SCIENZD zur Automatisierung der Wechselrichtermontage“, sagte Lambert.

Bringen Sie Ihren Motor zum Laufen – effizient

Motoren sorgen für die kreisförmige Bewegung, um die Achsen der Elektrofahrzeuge zu drehen. Die Mission von Tideturn Technologies besteht darin, Motoren, die überall in Gebäuden, beim Heizen und Kühlen sowie im Transportwesen eingesetzt werden, deutlich effizienter zu machen. Tideturn Transport hat kürzlich zwei in Großbritannien ansässige Unternehmen in Gateshead gekauft und sich zu einer mehrjährigen Investition von 100 Millionen Pfund in der Region verpflichtet. Kurz- bis mittelfristig liegt der Schwerpunkt auf Nutzfahrzeugen und ist ein gutes Beispiel für den marktnahen Aufbau von Produktionskapazitäten, um globale Lieferengpässe abzumildern.

„Die Nachfrage nach Elektrifizierungslösungen geht über Personenkraftwagen hinaus, wobei der Bedarf in Off-Highway- und kommerziellen Transportbereichen wie dem Baugewerbe, der Landwirtschaft, dem Schienenverkehr und anderen industriellen Bereichen wächst“, sagte Mark Cox, General Manager Transport bei Turntide Technologies. „Dieser Wandel bedeutet, dass ein weitaus breiteres Spektrum von Unternehmen, die über die großen Automobilhersteller hinausgehen, Zugang zu lokal hergestellten Elektrifizierungslösungen benötigen, insbesondere angesichts geopolitischer Probleme und der Komplexität der Schifffahrt. Dies ist ein Hauptgrund dafür, dass wir zwei Drittel unserer Produkte herstellen.“ Wir erweitern unser Produktportfolio im Nordosten Englands, um den Anforderungen unserer Kunden an Lieferzuverlässigkeit und Qualität für elektrische Antriebslösungen gerecht zu werden.“

Wärmemanagement

Batteriezellen benötigen vollständige Batteriesysteme, die auf die vEV-Plattform zugeschnitten sind. Cosworth kaufte Delta Motorsport vor zwei Jahren, um ein Elektrifizierungsgeschäft aufzubauen, und Delta Cosworth hat seitdem Batteriepakete für viele Projekte hergestellt, vor allem für das 1.180 PS (ja) starke Ariel Hipercar und den zweisitzigen Elektro-Rennwagen von Envision.

Im Kern werden fortschrittliche, handelsübliche Batteriezellen verwendet, die in drei Hauptformaten erhältlich sind: Beutel (wie ein vakuumverpackter Kaffeebeutel), prismatisch oder zylindrisch. Diese können je nach Anforderung unterschiedliche chemische Eigenschaften haben, zum Beispiel hohe Leistung für schnelleres Laden, hohe Energie für größere Reichweite oder eine Kombination aus beidem. Das Unternehmen ist an einem 17,2 Millionen Pfund teuren Projekt mit Norton Motorcycles und Partnern beteiligt, das zum Teil vom Advanced Propulsion Centre finanziert wird und „Project Zero Emission Norton“ heißt, um ein E-Motorrad mit Rennleistung und Tourenreichweite zu entwickeln.

Eine wichtige, ergänzende Aktivität ist die Fahrzeugintegration – ein einzelnes Fahrzeug oder eine Kleinserie, die mit einem Verbrennungsmotor ausgestattet ist, wird in einen Elektroantrieb umgewandelt. Wenn sich dies bewährt, kann das Plattformvolumen vergrößert werden, und sobald sich ein Unternehmen auf dem Weg der Elektrifizierung befindet, benötigt es Batteriesysteme. „Mit unserem Cylindrical Scalable Module (CSM) haben wir einige neuartige Möglichkeiten, Zellen effizient miteinander zu verbinden, um die beste Leistung für Energieanwendungen zu bieten, indem wir eine innovative Methode zur thermischen Verwaltung der Zellen nutzen“, sagte George Paterson, Produktentwicklungsdirektor bei Delta Cosworth . Ein weiteres Beispiel ist die Entwicklung eines Beutelmoduls, das in britischen Tourenwagen zum Einsatz kommt und über ein neuartiges Kühlplattendesign verfügt, das eine verbesserte Wärmeenergieübertragung von den Zellen auf das Kühlmittel ermöglicht und gleichzeitig den Abstand zwischen den Zellen minimiert, die Modulgröße reduziert und Verpackungsbeschränkungen reduziert.

Mit den jüngsten Entwicklungen bei Wasserstoffmotoren für Industrieanlagen kann ein Batteriesystem eine elektrische Unterstützung bieten. „Der Wasserstoffmotor wird wahrscheinlich mit einer kleinen Hochleistungsbatterie gekoppelt sein, die regenerative Lasten aufnehmen kann und die Ausrüstung mit der „Spitzenleistung“ versorgt, wenn sie in kurzen Stößen zusätzliche Energie zum Heben, Bohren oder Klettern benötigt“, sagte Paterson.

Sicherstellung der Versorgung mit Seltenen Erden

Das in Australien ansässige multinationale Unternehmen Ionic Rare Earths hat kürzlich SerenTech übernommen, das jetzt in IonicTech umbenannt wurde. Das Unternehmen hat Techniken zum Recycling von Permanentmagneten mithilfe eines Verfahrens zur Trennung und Rückgewinnung von Seltenerdelementen aus Bergbauerzkonzentraten und Abfallmagneten entwickelt. Dieses Modell wird als wichtig angesehen, um den Zugang zu Seltenerdelementen zu sichern, deren Angebot von China dominiert wird. Das Belfaster Unternehmen beschäftigt mittlerweile 11 Vollzeitmitarbeiter, im Jahr 2023 sollen weitere 25 Stellen geschaffen werden und eine weitere Expansion ist geplant.

Einige großartige Unternehmen bringen jede Menge clevere Technologie auf den Markt. Aber die Uhr tickt für die Mainstream-Automobilindustrie in Großbritannien; Das Auslaufdatum für den Verkauf neuer Benzin- und Dieselfahrzeuge ist 2030. In der gesamten britischen Lieferkette ist viel Geld und eine Systemtransformation erforderlich, um die Elektrifizierung der Automobilindustrie zu unterstützen. Die meisten würden akzeptieren, dass es weit hinter dem zurückbleibt, was nötig ist, um sich mehr britische Inhalte im High-Volume-Bereich zu sichern, obwohl es in Hochleistungsmärkten und Industriemärkten viele Möglichkeiten gibt.

„Die Herstellung von Elektrofahrzeugbatterien, Leistungselektronik und Elektromotoren erfordert Investitionen in Innovation und Forschung und Entwicklung sowie Partnerschaften mit der breiteren globalen Lieferkette, vor allem der vorgelagerten Lieferkette, um kritische Mineralien und Rohstoffe zu sichern, um eine durchgängige Versorgung zu gewährleisten.“ Lieferkette“, sagte Dr. Hadi Moztarzadeh, Leiter Technologietrends, Advanced Propulsion Centre. „Dies wird die britischen Automobilhersteller wettbewerbsfähiger machen und mehr Investitionen in das Vereinigte Königreich bringen.“

Er verweist auf die Dokumente der APC zur Wertschöpfungskette, die zeigen, wo das Vereinigte Königreich mehr Investitionen benötigt, um dieses Problem anzugehen. „Um die Einführung von Elektrofahrzeugen zu beschleunigen, ist ein besserer Zugang zu einer zuverlässigen Ladeinfrastruktur sowohl im öffentlichen Raum als auch zu Hause erforderlich“, fügte er hinzu. „Eine weitere große Transformation wäre die Entwicklung qualifizierter Arbeitskräfte, die in der Lage sind, Elektrofahrzeuge zu entwerfen, herzustellen und zu warten. Wir brauchen einen kohärenten und umsetzbaren Rahmen zwischen dem Automobilsektor, der Bildung und der Ausbildung, um Anforderungen in Kompetenzen und Programme zur Personalentwicklung umzusetzen.“