Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Powertrain of heavy electric vehicles:: Analysis of the production chain and impact on environment and industry
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Energy Technology.
2018 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [sv]

Elektrifiering av bilar och mindre transportfordon pågår och flottaaktier ökar men diskussionen om elektrifiering av långdistanstransport är relativt ny. Elektriska lastbilar som använder fossila bränslen och som produceras med förnybara energikällor är lovande, särskilt i länder med en ren elmix. I Sverige befinner sig två av de största trucktillverkarna som spelar en viktig roll i landets socioekonomi med mer än 100 000 jobb inom bilindustrin och bidrar cirka 14% av landets exportintäkter. Skiftet till elektriska fordon kan kraftigt påverka nationalekonomin. En ny drivlina design med elektrisk motor och batterier som ersätter traditionella motorer, växellådor och differentialer lovar betydande förändringar av tillverkningen och produktionskedjorna av tunga fordon. Nya processer och nya material kräver nya kompetenser. En litteraturstudie av produktionsteknik och konventionell tillverkning utfördes för att undersöka nuvarande skillnader. Processer inom elektrisk drivlinetillverkning skiljer sig betydligt från konventionella produktionsprocesser och en överföring av nuvarande produktionsteknologier är endast i liten skala möjlig. Nya produktionslinjer kräver ytterligare investeringar som utvärderades utifrån en marknadsundersökning för specifika scenariefall. Litiumjon (Li-ion) batterier kräver investeringar av cirka 225 miljoner euro, härefter hänvisad till som maskininvesteringar. Utrustning för produktion av en induktionsmotor (IM) i massskala, ökar inköpskostnad för maskiner med ytterligare 15 miljoner euro. Nya drivline konstruktioner hotar därmed den nuvarande försörjningskedjan hos originalutrustningstillverkare (OEM) som har viktiga och värdeskapande kompetenser i produktionen av komplexa växellådor och motorer. 

Produktionen av battericeller, batteripack och storskalig elmotorer är inte lika etablerade i Europa som i Asien. Detta möjliggör en relativt enkel tillgång för bilindustrin i Europa för nya spelare. Tidig positionering och leveranskedjans anpassningar är därför avgörande för OEM:er att behålla dess marknadsandel. Förutom påverkan på den svenska fordonsindustrin, visar det betydlig påverkning av miljön och samhället av tillverkningen av elmotorer för tunga fordon. Dessa konsekvenser har analyserats genom att utföra en livscykelanalys (LCA) och ytterligare litteraturforskning för att utvärdera råmaterialproduktionen och kopplade effekter på lokalsamhället. Speciellt så behöver batteriproduktionen råmaterial som kobolt och grafit vilket bidrar till politisk instabilitet i producerande länder samt dåliga arbetsförhållanden, vilket resulterar i konfliktpotential. Båda materialen klassificeras därför som kritiska och potentiella mineraler av EU. Användningen av dessa råvaror i länder där de utvinns och bearbetas bidrar financiering till lokala konflikter. LCA påpekade en negativ inverkan på miljön som orsakades av produktionen av batteripaket och elmotorer. Miljöpåverkan orsakas primärt av utvinning av råmaterial och bearbetning av ingående material som behövs för tillverkning av drivlinor.

Speciellt gruvdrift visar en stor negativ inverkan orsakad av fossila energikällor i tillverkarländerna. Att byta produktion till länder med en ren energimix, som Sverige, kan därför bidra till att minska de negativa effekterna på miljön. Eftersom råvaror distribueras globalt och endast få länder har tillgång till dessa resurser, kan utbudet av ren energi i dessa länder förbättra miljöbalansen. Effekten av batteriproduktionen visar sig vara den största negativa faktorn som påverkar hållbarheten. Därför är andra elektriska fordonskoncept som inte behöver batterier för strömförsörjningen värda att undersöka. Att tillhandahålla konstant elkraft genom överliggande elektriska linjer eller bränsleceller är alternativ som bör vara i fokus för framtidlig forskning.

Abstract [sv]

Electrification of cars and smaller transport vehicles has been ongoing and fleet shares are increasing. The discussion to electrify long-distance transport is however relatively new. Electric trucks using fossil-free fuels produced with renewable energy sources is promising, especially in countries with a clean electricity mix. Sweden is hosting two of the biggest truck manufacturers, which play an important role in the socio-economy of the country. Providing more than 100,000 jobs in the automotive sector and contributing around 14% to the export revenues, that sector plays an important role within the Swedish industry. The shift from conventional to electric trucks could therefore heavily influence the national economy. A new powertrain design, where electric motor and batteries replace the engine, gearbox and differentials, is linked to a significant change in the heavy vehicle manufacture and production chains. New processes using materials, differing from established ones in the powertrain sector, require new competences from employees. A literature study on production technologies of conventional and electric powertrain manufacturing was performed to assess the differences between them. Processes used for electric powertrain manufacturing differ considerably from conventional production processes and a transfer of current production technologies is only in a small scale possible. New production lines will require additional investments, which were assessed based on a market study for specific scenario cases. To establish a battery pack production on a mass scale referring to prismatic Lithium-ion (Li-ion) battery cells, makes 225 Mio. € necessary, hereby only referring to machine investment. Equipment for an induction motor (IM) production on a mass scale, adds another 15 Mio. € to machine purchase cost. The shift in powertrain design is additionally threatening the current supply chain of original equipment manufacturers (OEMs), having the key competence and main value creation in the manufacture of complex gearboxes and engines. Battery cell and pack production and large-scale electric motor production are not as established in Europe as they are in Asia. This enables a relatively easy access to the automotive industry in Europe for new players. Early positioning and supply chain adaptations are therefore crucial for OEMs to keep their relevant market share. 

Next to influences on the Swedish automotive industry, the manufacturing of electric powertrains for heavy vehicles, shows an impact on the environment and society. Those impacts were analysed by performing an Lifecycle assessment (LCA) and an additional literature research to evaluate the raw material production and linked influences on the local society. Especially the battery production requires critical raw materials like cobalt and graphite. This refers to political instability in producing countries as well as poor working conditions, which result in a conflict potential. Both materials are therefore classified as critical and potential conflict minerals by the EU. Buying these materials as supply for battery pack production, consequently helps financing conflicts in areas where the raw material is extracted and processed. 

The LCA pointed out a negative effect on the environment caused by the production of the battery pack and electric motor. The environmental impact is mainly caused by raw material extraction and processing of input materials needed in powertrain manufacturing. Especially mining shows a big negative impact, mainly caused by fossil energy sources in the producing countries. Shifting the production to countries with a clean energy mix, like Sweden, could therefore help to decrease the negative impact on the environment. Since raw materials are distributed globally and only few countries have access to those resources, the supply of clean energy in those countries could improve the environmental balance as well and should therefore be promoted. The impact of battery production was found to be the biggest negative factor affecting sustainability. Therefore, other electric truck concepts that do not need batteries for the power supply, are worth investigation. Providing constant power through overhead electric lines or usage of fuel cells are promising alternatives and should be in focus for future research.

Place, publisher, year, edition, pages
2018. , p. 78
Series
TRITA-ITM-EX208 ; 204
National Category
Mechanical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-245219OAI: oai:DiVA.org:kth-245219DiVA, id: diva2:1294416
Supervisors
Examiners
Available from: 2019-03-07 Created: 2019-03-07 Last updated: 2019-03-07Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(3689 kB)148 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 3689 kBChecksum SHA-512
5d0edbbba153d453d72eac6a917cc1f7b00b50a66a1db6b03d129d294c044364c7b6f3f2506350db9d9e5eac7f0ecad89ce22130091c7009c078467e09c4d70a
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Energy Technology
Mechanical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 148 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 197 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf