Lucid Motors har nylig lansert sin første bil, Lucid Air. Bilen har, som seg hør og bør for en oppstarsbedrift som ønsker å få oppmerksomhet, fått ekstreme spesifikasjoner.
Toppmodellen har en nærmest uvirkelig rekkevidde på over 800 kilometer, og kan fås med over 800 kilowatt motoreffekt. Noen billigvariant finnes ikke, men Lucid planlegger å skalere teknologien de har utviklet slik at den kan tas i bruk i billigere biler etterhvert.
Det minner ganske mye om Teslas forretningsmodell. Og skal du konkurrere mot Tesla nytter det selvsagt ikke å komme til markedet med et produkt som ikke fremstår som et steg foran markedslederen.
Lucid Motors' sjefingeniør for maskinvare, Eric Bach, forteller til Teknisk Ukeblad at bilens plattform, LEAP (Lucid Electric Advanced Platform), er fleksibel. Den kan brukes på en rekke fremtidige kjøretøy.
Mindre og billigere i fremtiden
Altså ligger mindre og billigere kjøretøy i kortene. Men de planlegger også å tilby sin teknologi tilgjengelig for andre bilprodusenter gjennom å lisensiere det ut. Så kanskje en av de store bilprodusentene allerede snuser på mulighetene.
Det innebærer blant annet en motordesign som skal være svært effektiv, samtidig som den gir mye effekt i forhold til volum. I tillegg har de optimalisert batteriet for ikke bare å tåle mye hurtiglading, men også å kunne lades svært raskt.
Det er påfallende at det er oppstartsbedriftene som gjør de store gjennombruddene innen utvikling av elbiler. Vi spør Bach hvorfor det ikke er de tradisjonelle bilprodusentene som leder an.
Han forteller at akkurat dette var grunnen til at han forlot sin gamle arbeidsgiver. Bach har vært ansatt i Lucid siden 2015, og før det i Tesla siden 2012. Før dette har han hatt ulike utviklingsoppgaver hos Volkswagen i Tyskland siden 2000.
Mener de tradisjonelle ikke har tatt elbil på alvor
– Jeg likte å jobbe i Volkswagen. Jeg har mange venner der. Jeg elsket bilmerket. Men deres evne til å endre seg, med den store teknologi-ryggsekken de bærer på, gjør det vanskelig for dem å ta steget over til denne nye teknologien, sier Bach.
Han legger til at VW er en av de tradisjonelle som ser ut til å ta overgangen til elektrisk mobilitet på alvor.
– De andre tenkte de bare trengte biler som oppfylte krav om å tilby nullutslippsbiler i California, sier Bach. Han tror ikke bilprodusentene hadde noen tro på at folk ville ha elbiler.
Bilprodusentene ba underleverandørene sette sammen motor, batteri og kraftelektronikk, og oppdaget at dette kom til å koste ganske mye penger. Bach sier bilprodusentene har fantastiske motorspesialister, men ingen kjernekompetanse på det som skal til for å lage elbiler.
– Når det gjelder elektronikk er alt outsourcet til Continental, Bosch, Mahle. Programvare er de enda dårligere på. Dette er ikke tradisjonell kjernekompetanse.
Men det er mulig å bygge opp kompetanse. Volkswagen gjør et forsøk i forbindelse med sin store elbilsatsing. Men i hovedsak har industrien vendt på alle steiner hos underleverandørene, og håpet på at dette elbilstyret skulle gå over av seg selv, eller med hjelp fra politikerne.
.png){kind=logo}
Så på Tesla, men valgte feil løsning
Mens industrien sov ved roret, kom en oppstartsbedrift ved navn Tesla inn, og lykkes med å lage elbiler folk ville kjøpe. Her var det muligheter for å lære noe, men selv da hadde bilprodusentene feil tilnærming. I stedet for å velge en lignende tilnærming gjorde de som de hadde gjort tidligere.
De kikket på hva Tesla gjorde, så på spesifikasjonene deres og gikk på nytt til sine underleverandører, og ba dem om å levere det samme. De burde nok heller ha skaffet de beste ekspertene på markedet, tror Bach.
– Om du vil drive med innovasjon, så kan du ikke jobbe med spesifikasjoner, sier Bach.
For de tradisjonelle bilprodusentene betyr det i praksis at de alltid vil være noen steg bak aktører som Tesla. Eller Lucid.
Hva er teknisk mulig?
Han sier at Lucid Motors mantra siden begynnelsen har vært at det ikke handler om spesifikasjoner. Det har aldri vært et mål om å være så og så mye bedre enn Tesla.
De har heller spurt seg hva som er teknisk mulig å få til, og hvor fysikkens grenser i praksis går, hvordan redusere motstand i det elektriske systemet, og og få optimal elektromagnetisk fluks, samtidig som de har kontroll på varmeutvikling.
Og ikke minst; hvordan de kan produsere dette på en rimelig måte. Resultatet er motorer med svært høy effekt i en uvanlig kompakt utforming, og høy virkningsgrad.
–Vi bygget alt fra bunnen og opp, ansatt de riktige menneskene, de beste ekspertene, og utviklet gode prosesser. Og vi kan gjøre alt på nytt. Nå har vi skapt det vi trodde var nær fysikkens grenser, men vet allerede hvilken vei vi skal gå for å få enda bedre virkningsgrad, mer effekt eller å gjøre det billigere, sier han.
Lucid Air er derfor en referansemodell som danner grunnlaget for det videre arbeidet. Bach mener kjerneforskjellen mellom dem og de tradisjonelle produsentene handler om akkurat dette, hvordan de tilnærmer seg problemene.
Silisiumkarbid
Lucid har brukt mye tid på kraftelektronikken. Inverterne i bilen – elektronikken som gjør likestrøm fra batteriet til trefase vekselstrøm som driver motorene – er bygget med silisiumkarbid MOSFET-transistorer.
Ikke at Lucid er alene om å benytte silisiumkarbidhalvledere. Tesla benytter allerede slike komponenter i kraftelektronikken i Model 3. Det ligger an til å bli standard i elbilindustrien.
Silisiumkarbidtransistorer har betydelig høyere virkningsgrad enn silisiumtransistorer, ved at det gir lavere motstand og mindre svitsjetap – kort sagt energitap i form av ohmsk motstand i komponenten, og energitapet som oppstår når transistoren skrur strømmen av og på.
Høyere virkningsgrad betyr at mindre av energien går tapt i varme. Lengre rekkevidde, med andre ord.
Porsche Taycan benytter også silisiumkarbidtransistorer, men av IGBT-typen. Bach sier at nøkkelforskjellen er lavere svitsjetap, men at det er den gamle generasjonen. Det handler nok om pris, tror han.
Tesla bruker silisiumkarbid MOSFET i inverteren på Model 3. Bach sier at de bruker spesialbrikker og en spesialdesignet kjøleteknologi. Det mener han kan optimaliseres ytterligere, og resultatet i Lucid Air ble mer energitette og kompakte moduler som bruker et enkelt, men proprietært kjølesystem som er enkelt å masse produsere.
– Komponentene svitsjer mye effekt, og det skjer veldig raskt. Vi har tre faser og en frekvens på 10 kilohertz. Siden komponentene er så kompakte, skapes mye varme, tross lavere tap, sier han.
Nøkkelen er å holde transistorene innenfor arbeidstemperaturen. Blir temperaturen for høy, brenner de ut. Vi ber Bach beskrive kjølingen mer detaljert, men får bare vite at det er snakk om væskekjøling og «aluminiumsplater som er stablet på en helt spesiell måte».
Høyere spenning
Hvorfor Porsche ikke har gått for lik teknologi når de først designet en elbil fra bunnen av vet han ikke.
– Jeg er ikke sikker på hvorfor de valgte dette, for de har åpenbart et problem med virkningsgraden der.
En annen forskjell på Porsche Taycan og Lucid Air er systemspenningen. Mens Taycan opererer på 800 volt, har Lucid Air 924 volt. Transistorene har normlat en toppspenning på 1200 volt, og Lucid valgte å gå litt nærmere terskelen. Høyere spenning gir kort og greit mer effekt, men gjør også at man må ta hensyn til høyere spenning når man designer kretsene.
Høyere spenning betyr ikke at batteriene nødvendigvis er så ulike de du finner i andre elbiler. Det er bare et spørsmål om hvordan batteripakken er konfigurert. Bach forteller at de bruker standard litiumionkjemi, og 21700-celler. Det er tilsvarende cellestørrelse Tesla benytter i Model 3 og Y.
Det er LG Chem som produserer cellene for Lucid, og de er spesialtilpasset hurtiglading med høy effekt, og at de skal tåle hyppig hurtiglading.
Lav motstand
Her er det ikke bare cellene som er nøkkelen, men også hvordan batteripakken er bygget. Bach forteller at de har særlig lav motstand mellom celle og inverter. Det har de oppnådd ved å sveise cellene til samleskinnene på en spesiell måte. Metoden er egenutviklet og patentert.
Samleskinnene i seg selv har også lav motstand, men også større tverrsnitt. Og siden spenningen er høy, kan strømmen være lavere enn i et 400 volt-systemet som er det vanlige i elbilindustrien. Det er brukt mye sølv, ifølge Bach.
– Og så er det et avansert batterikjølesystem?
– Ja, og det hjelper oss med hurtiglading. Det er primærbruken for dette. Og selvsagt når du trekker mye effekt, da blir batteriet varmt, for eksempel ved banekjøring.
Under vanlig kjøring skal ikke varmeutvikling i batteriet være et problem. En stor batteripakke er i seg selv en stor termisk treghet. Men når det først trengs mye kjøling, skal det være svært effektivt, hevder Bach, og viser til at teknologien er utviklet for Formel e-bruk.
Ekstrem hurtiglading
Batteripakken kan lades med inntil 300 kilowatt. Ladekurven, altså hvordan effekten reduseres sammen med ladetilstanden i batteriet, er åpenbart ikke flat. Bach sier at du oppnår 300 kilowatt de første par minuttene om du begynner med nesten flatt batteri, før den går ned til omtrent 75 kilowatt mot slutten av ladingen.
Siden det elektriske systemet har høy spenning, er designet for å ha så lite motstand som mulig, og de bruker lite kobber, kan de lade raskt. Det største problemet med tanke på varmeutvikling er ifølge Bach selve ladepluggen.
En ladeøkt på 20 minutter skal gi 480 kilometer rekkevidde, og siden det går så raskt, så rekker ikke bilens system å bli dramatisk varmt. Så gjenstår det å se hvordan det fungerer i praksis.
Motordesignen er også gjort fra bunnen av hos Lucid. Bach forklarer at de bruker en IPM-motor (internal permanent magnet), og resultatet av en million simuleringer hvor de har optimalisert elektromagnetikk, termisk ytelse og mekanikken. Motoren veier 73 kg, og kan levere 450 kilowatt.
– Hvem andre har gjort noe sånt før? 73 kg, det er galskap, sier han.
Mener Porsche har valgt dårligere løsning
– Vi sjekket hva våre sørtyske konkurrent (Porsche, red. anm.) gjør. De har en motor på 175 kg, og den leverer mindre enn 450 kilowatt. Så de har mindre effekt, og mer enn dobbelt masse for å få den effekten. På toppen av det måtte de sette inn en togirs girkasse som gjør motoren mindre effektiv ettersom du må gire, sier Bach.
– Det er klart at du har mye moment i begynnelsen, men så må du gire. Vår motor må ikke ha gir. Vi kan bare dytte effekt konstant inn i en enkel motor, sier han.
Bach lover at dette gir en «autobahn-vennlig» bil. Momentkurven skal være svært god, slik at du skal få mye moment selv i høye hastigheter. Momentreduksjonen på slutten av hastighetskurven er ifølge ham langt lavere enn noen andre kan vise til.
– Vi er ikke den raskeste bilen fra null til hundre, men det var heller ikke hensikten. Vår bil akselererer like raskt fra 50-60 kilometer i timen, og vi kaller det elastisitet. Om du vil kjøre forbi på autobahn, så er vår bil den mest elastiske, som bare trekker seg forbi alt annet. Det inkluderer våre venner fra Sør-Tyskland, sier han.
Ville lage et ingeniørkunststykke
– Hvor er balansen her? Dere snakker om virkningsgrad, kan dere lage en motor som er litt mindre kraftig, men med høyere virkningsgrad?
– Det er klart at det er en spake vi kan trekke i. Men hva ville vi gjøre? Ludic Air har alt. Verdens lengste rekkevidde, den er kanskje verdens kraftigste luksussedan. Og vi kan levere 1080 hestekrefter, som er galskap.
– Det finnes metoder, og det er klart vi vil komme med en portefølje av biler som fokuserer mer på virkningsgrad og litt mindre på effekt. Men vår første bil skal være et ingeniørkunststykke. Den skal vise alt vi kan gjøre, sier Bach.
Planlegger ikke eget ladenettverk
I motsetning til Tesla planlegger ikke Lucid Motors noe eget ladenettverk. Vi lurer på om det ikke ville gitt en bedre opplevelse for brukerne om de gjorde det, og om de hadde ønsket å bygge det om de ikke måtte tenke på hvor mye penger en slik investering hadde kostet.
– Selv om et proprietært nettverk virker som en flott måte å opprettholde en lojal kundebase på, er det til syvende og sist ikke til fordel for å få folk flest over på bærekraftig transport, og det er svært ineffektiv bruk av kapital og infrastruktur, sier han.
Hvis hver bilprodusent skulle sett opp sitt eget nettverk ville det ført til en situasjon hvor de fleste ladestedene var identiske eller lå rett i nærheten av hverandre. Folks reisemønster endres tross alt ikke etter hvilket bilmerke de kjører, mener han.
Bach mener at en slik løsning ville ført til noen ladestasjoner som ble lite brukt, mens det ville blitt ladekøer på andre, selv om det var langt mer kapasitet enn behovet tilsier på en lokasjon.
Derfor planlegger Lucid å bidra til at det heller blir en større tetthet av ladere hos ulike ladeoperatører i årene som kommer.
Og når det gjelder bærekraft: Lucid Air skal være en bil som er klar for bildeling. Men det er i dag ikke et fokus for dem å få flere mennesker inn i bilene, selv om det er lite bærekraftig på sikt at alle skal eie hver sin bil.
Fokuset er luksusbilsegmentet, og hvordan de kan få flere i denne kundegruppen til å velge elbil, sier han.
