Achtergrond | Denso toont zenuwcentrum van de elektrificatie
Onderdelenreus Denso is van oudsher een behoorlijk gesloten bolwerk. Het ziet voor zichzelf een belangrijke rol weggelegd bij de elektrificering van het wagenpark en voelde mede daardoor de noodzaak om, via een persbijeenkomst, aan de wereld te laten zien hoe vooruitstrevend het daarin is. In het testcentrum bij Aken worden vooral innovaties getest die deels al bij het grotere R&D-centrum in Japan zijn ontwikkeld, vertelt Ulrich Schwarz, director EU Electrification bij het Japanse bedrijf. De focus ligt daarbij op twee doelen: CO2-reductie en het verminderen van het aantal verkeersdoden. Vooral het duurzaamheidsaspect krijgt veel aandacht.
Denso is ver in het maken van elektrische motor-generators voor hybride auto’s – daar laten de nauwe banden met Toyota zich gelden – en in het maken van de regelunits die de balans tussen accu, motor-generator en verbrandingsmotor sturen: de inverter.
Denso in ’t kort
Denso begon ooit als fabrikant van startmotoren en dynamo’s voor Toyota. Het levert nu onderdelen aan alle OEM’s ter wereld, claimt het bedrijf. Het is de op-een-na-grootste toeleverancier voor de automotive – enkel Bosch is groter. Denso telt 170 duizend medewerkers en heeft een omzet van 43,4 miljard dollar (2018). In totaal vallen onder Denso 221 bedrijven, waarvan 35 in de Europese Unie. Eén daarvan is AEC, het Aachen Engineering Centre.
“Wij kijken daarbij niet meer, zoals vroeger, naar de onderdelen op zich, maar naar het totaalplaatje”, vertelt Schwarz. “Het gaat bijvoorbeeld niet alleen om elektromotoren, maar om een complete drivetrain. Daar komt bij dat de hardware steeds meer als een commodity wordt beschouwd. Die moet perfect zijn. Daarmee komt er steeds meer accent te liggen op de software. Door die te optimaliseren kunnen we onderscheidend zijn en bijdragen aan CO2-reductie.”
De autofabrikanten staan daar om te springen, stelt Schwarz. Met ingang van dit jaar gaat de EU forse boetes uitdelen als de gemiddelde uitstoot van auto’s van een fabrikant boven de 95 gram CO2 per kilometer komt. Een perfect afgeregelde afstemming tussen de onderelen is mede-bepalend of auto’s dit gaan halen of niet.
Vierkant koperdraad
Bij het ontwerpen van elektromotoren is compactheid een belangrijk criterium. Vandaar dat bij de motor-generators van Denso, zoals onder meer in de Prius en de BMW i8 gebruikt, de spoelen van vierkant geprofileerd koperdraad zijn gewikkeld. Dat scheelt lucht en dus ruimte. De draden zijn van een speciale coating voorzien, zodat de motor-generators bij hybrides met de motorolie kunnen worden gekoeld.
Ontwerpfouten wil je zo vroeg mogelijk in het ontwerpproces ontdekken, dan is aanpassen nog relatief goedkoop.
De inverters van Denso – geproduceerd onder de merknaam Elexcore – zijn in feite het brein en zenuwstelsel van een hybride auto. De inverter bepaalt wanneer de elektromotor aandrijft, wanneer de benzinemotor het werk overneemt, en wanneer de motor-generator als dynamo wordt ingezet. De strategieën die het apparaat toepast hebben invloed op het functioneren van de gehele hybride- of elektrische auto. Zo heeft de cyclus van laden en ontladen ook invloed op de levensduur van de batterij.
Snel ontwerpen
Thomas Lux, senior technical manager EU Electrification, legt uit dat de time to market van vernieuwingen steeds korter is: waar een autogeneratie vroeger negen of tien jaar meeging, is dat nu nog maar een jaar of vier. Dat betekent dat het ontwerpproces veel sneller moet verlopen. De oplossing ligt vooral in digital engineering: het werken met simulaties. Daarna komen de laboratoriumtests en pas als het product vrijwel is uitgekristalliseerd volgen proeven met een testauto en op locatie.
Vroegtijdig intensief testen is fundamenteel om de kosten te beheersen, stelt Lux. “Alle systemen van een auto hangen samen. Ontwerpfouten wil je zo vroeg mogelijk in het ontwerpproces ontdekken, dan is aanpassen nog relatief goedkoop. Maar als je echt al met een auto’s op de testbaan rijdt, is dat al veel duurder. Dan betekent een aanpassing van de ecu van de traction control dat je alle verbonden systemen óók moet aanpassen. Aanpassing tijdens de serieproductie van een auto is peperduur, dat moet echt worden voorkomen. Daarom schuiven we onze tests zoveel mogelijk naar voren in het ontwerpproces.”
Software en energieverbruik
In de testfaciliteit van Denso laat Lux onder meer een testopstelling zien voor diverse schakelstrategieën van de inverter. Welke invloed heeft andere software op het energieverbruik? “In de klassieke ontwerpstrategie werd het onderdeel ingebouwd in een auto, om daar vervolgens meetapparatuur aan te hangen en veel kilometers te maken”, vertelt Lux. “Nu hebben we de inverter gekoppeld aan virtuele elektromotoren en simuleren we op een PC de rij-omstandigheden. We kunnen precies kijken hoe de verschillende componenten samenwerken. Welke snelheden willen we bereiken en bij welke voltages? Dat geeft een nauwkeurig beeld van hoe de apparatuur zich straks in de auto gaat gedragen – en het scheelt veel tijd en geld.”
Extreme hitte en kou
Het R&D centrum heeft meerdere laboratoriumopstellingen. Zo is er een testkast waarin een inverter wordt getest onder extreme klimaatomstandigheden. Wat gebeurt er als het langdurig -40 graden is? Of juist +60 graden? Met deze testopstelling wordt het bestudeerd en worden regelstrategieën uitgetest die bijvoorbeeld bij lage temperaturen, als het vermogen van de auto-batterijen sterk terugloopt, een EV toch nog een behoorlijke actieradius geven.Lees ook de analyse: zonder simulatie geen autonome auto.
Schwarz vertelt dat Denso een motor-generator voor de BMW i3 heeft ontwikkeld, die maakt dat de actieradius met hetzelfde accupakket groter zou worden. “Door een betere motor kun je verder komen met dezelfde batterij”, legt hij uit. BMW liet zich echter niet overtuigen en bleef bij de bestaande motor.
En de aftermarket?
Denso is met de traditionele productlijn groot in de aftermarket. Hoe zit dat met een inverter? Kan die straks ook door een monteur gerepareerd worden? Ulrich Schwarz van Denso moet er niet aan denken. “Deze apparatuur wordt zo zorgvuldig gebouwd, die gaat niet kapot. En mocht dat toch een keer gebeuren, dan zal de gehele inverter als unit moeten worden gewisseld. Het is absoluut niet de bedoeling dat monteurs de inverter openen om bijvoorbeeld de ecu te vervangen.”
Geluidproductie
In een andere laboratoriumopstelling is de inverter gekoppeld aan een elektromotor. Een microfoon meet de geluidsproductie bij verschillende snelheden. “Mensen willen graag dat een elektrische auto fluisterstil is”, legt Schwarz uit. “Bij verschillende aansturingen van de inverter maakt de elektromotor meer of juist minder geluid. Wij regelen de software zo af, dat de elektromotor bij lagere snelheden heel stil is. Bij wat hogere snelheden van de auto gaan luchtweerstand en banden meer geluid maken en dan mag de elektromotor ook wat meer geluid maken. We hanteren dan een andere aansturing, waardoor de elektromotor meer vermogen kan geven.”
Energiebesparende cruise control
Denso beschikt in het Europese R&D-centrum ook over een testauto: een tot hybride omgebouwde Mini, met een open, programmeerbare ecu. Deze wordt gebruikt voor tests op de eigen testbaan van Denso en op de openbare weg. Senior research engineer Yanzhao Jia legt uit waar Denso aan werkt. “Het gaat om predictive control. Wij werken aan een nieuwe energiebesparende variant van Adaptive Cruise Control. Daarbij werken onze radarsystemen nauw samen met informatie van de digitale kaart, die de connected car realtime ontvangt.
Vroeger testten autofabrikanten hun auto’s in de Sahara en op de poolcirkel, nu doen we de tests hier in het lab.
Dat betekent dat je rustig door een stad kunt rijden en een veilige afstand houdt van de auto voor je. De auto weet wanneer er scherpe bochten of gevaarlijke verkeerssituaties aankomen. Verkeersborden en geldende snelheidslimieten worden gerespecteerd. Maar waar menselijke chauffeurs voor een verkeerslicht vaak nog even gas bij geven, bekijkt ons systeem of het naderende verkeerslicht straks op rood of groen zal staan. Wordt het rood? Dan rolt de auto rustig uit. De strategie om de auto aan te sturen wordt voortdurend opnieuw bepaald. Het resultaat is een connected car die veilig en vlot zijn bestemming bereikt, bij een minimaal energieverbruik.” Het systeem is nog in de testfase, dus nog niet in gebruik op een bestaande productieauto.
IJskoude rollenbank
De laatste laboratoriumopstelling die Denso toont is de chassis dynamometer. Een flinke ruimte waar de test-Mini met vier wielen op grote rollen geplaatst wordt. Dit komt al heel dicht bij de wegomstandigheden, zeker omdat ook hier een temperatuurregeling is van -35 tot +45 graden. “Ik weet dat er discussie is over laboratoriumtesten”, stelt Harald Schwab, de medewerker van Denso die deze testruimte beheert. “Maar we hebben deze opstelling echt nodig om aan te tonen dat onze regelstrategie om de range van accu’s te vergroten werkt: ook bij extreem lage temperaturen. Vroeger gingen autofabrikanten meerdere malen wekenlang testen met auto’s in extreme omstandigheden. Ze gingen naar de Sahara en de poolcirkel, testten op racecircuits. Nu doen we vrijwel alle tests hier in het lab. En daarna testen we de extreme condities nog één keer in de realiteit, er kan altijd nog iets aan het licht komen dat we niet hadden voorzien.”
