W 2021 roku globalna sprzedaż pojazdów elektrycznych będzie stanowić 9% całkowitej sprzedaży samochodów osobowych.
Aby zwiększyć tę liczbę, oprócz intensywnych inwestycji w nowe środowiska biznesowe mające na celu przyspieszenie rozwoju, produkcji i promocji elektryfikacji, producenci samochodów i dostawcy łamią sobie również głowy nad przygotowaniem się na nową generację podzespołów samochodowych.
Przykładami są akumulatory ze stałym elektrolitem, silniki osiowe i 800-woltowe układy elektryczne, które obiecują skrócenie czasu ładowania o połowę, radykalne zmniejszenie rozmiaru i kosztu akumulatora oraz poprawę wydajności układu napędowego.
Jak dotąd tylko kilka nowych samochodów korzysta z układu 800-woltowego zamiast powszechnie stosowanego 400-woltowego.
Modele z systemami 800-woltowymi już dostępne na rynku to: Porsche Taycan, Audi E-tron GT, Hyundai Ioniq 5 i Kia EV6. Limuzyna Lucid Air wykorzystuje architekturę 900-woltową, chociaż eksperci branżowi uważają, że technicznie jest to system 800-woltowy.
Z perspektywy dostawców podzespołów do pojazdów elektrycznych, do końca lat dwudziestych XXI wieku dominującą technologią będzie architektura akumulatorów 800-woltowych, zwłaszcza w obliczu pojawiania się coraz większej liczby dedykowanych platform całkowicie elektrycznych o architekturze 800-woltowej, takich jak E-GMP firmy Hyundai i PPE grupy Volkswagen.
Platforma modułowa E-GMP firmy Hyundai Motor jest dostarczana przez Vitesco Technologies, firmę zajmującą się układami napędowymi wydzieloną z Continental AG, aby dostarczać falowniki 800 V; Volkswagen Group PPE to architektura baterii 800 V opracowana wspólnie przez Audi i Porsche. Platforma modułowa pojazdów elektrycznych.
„Do 2025 r. modele z systemami 800-woltowymi staną się bardziej powszechne” — powiedział Dirk Kesselgruber, prezes działu elektrycznego układu napędowego GKN, firmy zajmującej się rozwojem technologii. GKN jest również jednym z kilku dostawców Tier 1 korzystających z tej technologii, dostarczających komponenty, takie jak osie elektryczne 800-woltowe, z myślą o masowej produkcji w 2025 r.
Powiedział Automotive News Europe: „Uważamy, że system 800-woltowy stanie się powszechny. Hyundai udowodnił również, że może być równie konkurencyjny cenowo”.
W Stanach Zjednoczonych ceny Hyundaia IQNIQ 5 zaczynają się od 43 650 dolarów, co jest ceną bardziej przystępną od średniej ceny pojazdów elektrycznych wynoszącej 60 054 dolarów w lutym 2022 r. i może zostać zaakceptowane przez większą liczbę konsumentów.
„800 woltów to logiczny kolejny krok w ewolucji pojazdów czysto elektrycznych” – powiedział w wywiadzie Alexander Reich, szef innowacyjnej elektroniki mocy w Vitesco.
Oprócz dostarczania 800-woltowych falowników do modułowej platformy elektrycznej E-GMP firmy Hyundai, Vitesco zabezpieczyło inne duże kontrakty, w tym falowniki dla dużego północnoamerykańskiego producenta samochodów i dwóch wiodących pojazdów elektrycznych w Chinach i Japonii. Dostawca dostarcza silnik.
Segment systemów elektrycznych 800-woltowych rozwija się szybciej, niż oczekiwano jeszcze kilka lat temu, a klienci stają się coraz silniejsi, powiedział Harry Husted, dyrektor ds. technologii w amerykańskim dostawcy części samochodowych BorgWarner, w wiadomości e-mail. zainteresowanie. Dostawca zdobył również kilka zamówień, w tym zintegrowany moduł napędowy dla chińskiej marki luksusowej.
1. Dlaczego napięcie 800 woltów jest „logicznym kolejnym krokiem”?
Jakie są najważniejsze cechy systemu 800-woltowego w porównaniu z istniejącym systemem 400-woltowym?
Po pierwsze, mogą dostarczyć tę samą moc przy niższym natężeniu prądu. Zwiększ czas ładowania o 50% przy tym samym rozmiarze baterii.
W rezultacie akumulator, będący najdroższym elementem pojazdu elektrycznego, może być mniejszy, co zwiększa wydajność przy jednoczesnym zmniejszeniu całkowitej masy.
Otmar Scharrer, starszy wiceprezes ds. technologii zelektryfikowanych układów napędowych w ZF, powiedział: „Koszt pojazdów elektrycznych nie jest jeszcze na tym samym poziomie co pojazdów benzynowych, a mniejszy akumulator byłby dobrym rozwiązaniem. Ponadto posiadanie bardzo dużego akumulatora w popularnym kompaktowym modelu, takim jak Ioniq 5, samo w sobie nie ma sensu”.
„Podwajając napięcie i ten sam prąd, samochód może uzyskać dwa razy więcej energii” – powiedział Reich. „Jeśli czas ładowania jest wystarczająco szybki, samochód elektryczny może nie musieć spędzać czasu na osiąganiu zasięgu 1000 kilometrów”.
Po drugie, ponieważ wyższe napięcia zapewniają taką samą moc przy mniejszym natężeniu prądu, kable i przewody mogą być mniejsze i lżejsze, co pozwala ograniczyć zużycie drogiej i ciężkiej miedzi.
Utracona energia również zostanie odpowiednio zredukowana, co przełoży się na lepszą wytrzymałość i lepszą wydajność silnika. Nie jest wymagany żaden skomplikowany system zarządzania termicznego, aby zapewnić, że akumulator działa w optymalnej temperaturze.
Wreszcie, w połączeniu z nową technologią mikroprocesorów węglika krzemu, system 800-woltowy może zwiększyć wydajność układu napędowego nawet o 5 procent. Ten układ traci niewiele energii podczas przełączania i jest szczególnie skuteczny w hamowaniu regeneracyjnym.
Ponieważ nowe chipy z węglika krzemu wykorzystują mniej czystego krzemu, koszt może być niższy, a więcej chipów może być dostarczonych do przemysłu samochodowego, powiedzieli dostawcy. Ponieważ inne branże mają tendencję do używania chipów całkowicie krzemowych, konkurują z producentami samochodów na linii produkcyjnej półprzewodników.
„Podsumowując, rozwój systemów 800-woltowych ma kluczowe znaczenie” – podsumowuje Kessel Gruber z GKN.
2. Układ sieci stacji ładowania 800 V
Oto kolejne pytanie: Większość istniejących stacji ładowania działa w oparciu o system 400-woltowy. Czy samochody korzystające z systemu 800-woltowego rzeczywiście mają przewagę?
Odpowiedź udzielona przez ekspertów branżowych brzmi: tak. Chociaż pojazd potrzebuje infrastruktury ładowania opartej na 800 woltach.
„Większość istniejącej infrastruktury szybkiego ładowania prądem stałym jest przeznaczona dla pojazdów 400-woltowych” — powiedział Hursted. „Aby osiągnąć szybkie ładowanie prądem stałym o napięciu 800 woltów, potrzebujemy najnowszej generacji szybkich ładowarek prądu stałego o wysokim napięciu i dużej mocy”.
To nie jest problem w przypadku ładowania domowego, ale jak dotąd najszybsze publiczne sieci ładowania w USA są ograniczone. Reich uważa, że problem jest jeszcze poważniejszy w przypadku stacji ładowania na autostradach.
W Europie jednak sieci ładowania wykorzystujące napięcie 800 V zyskują na popularności, a Ionity oferuje szereg punktów ładowania autostradowego o napięciu 800 V i mocy 350 kilowatów w całej Europie.
Ionity EU to projekt partnerski wielu producentów samochodów dla sieci stacji ładowania o dużej mocy dla pojazdów elektrycznych, założony przez BMW Group, Daimler AG, Ford Motor i Volkswagen. W 2020 r. Hyundai Motor dołączył jako piąty co do wielkości udziałowiec.
„Ładowarka 800 V, 350 kW oznacza czas ładowania 100 kilometrów wynoszący 5-7 minut” — mówi Schaller z ZF. „To tylko filiżanka kawy”.
„To naprawdę przełomowa technologia. Pomoże ona również branży motoryzacyjnej przekonać więcej osób do korzystania z pojazdów elektrycznych”.
Według najnowszego raportu Porsche, potrzeba około 80 minut, aby wydłużyć zasięg o 250 mil w przypadku typowej elektrowni o mocy 50 kW i napięciu 400 V; 40 minut, jeśli ma moc 100 kW; jeśli schładza się wtyczkę ładowania (koszty, waga i złożoność), co może dodatkowo skrócić czas do 30 minut.
„Dlatego w dążeniu do szybszego ładowania nieuniknione jest przejście na wyższe napięcia” – podsumowano w raporcie. Porsche uważa, że przy napięciu ładowania 800 V czas ten skróciłby się do około 15 minut.
Ładowanie jest tak łatwe i szybkie jak tankowanie - jest duże prawdopodobieństwo, że tak się stanie.
3. Pionierzy w konserwatywnych branżach
Jeśli technologia 800-woltowa jest rzeczywiście tak dobra, warto zadać sobie pytanie, dlaczego - z wyjątkiem wyżej wymienionych modeli - niemal wszystkie pojazdy elektryczne nadal bazują na systemach 400-woltowych, nawet liderzy rynku, tacy jak Tesla i Volkswagen?
Schaller i inni eksperci przypisują te powody „wygodzie” i „byciu pionierem w branży”.
Typowy dom wykorzystuje 380 woltów prądu przemiennego trójfazowego (napięcie to w rzeczywistości zakres, a nie stała wartość), więc gdy producenci samochodów zaczęli wypuszczać hybrydy typu plug-in i pojazdy całkowicie elektryczne, infrastruktura ładowania już tam była. A pierwsza fala pojazdów elektrycznych została zbudowana na komponentach opracowanych dla hybryd typu plug-in, które były oparte na systemach 400-woltowych.
„Kiedy wszyscy mają 400 woltów, oznacza to, że taki poziom napięcia jest dostępny w infrastrukturze wszędzie” – powiedział Schaller. „To najwygodniejsze, jest dostępne natychmiast. Więc ludzie nie myślą za dużo. Natychmiast podejmują decyzję”.
Kessel Gruber uważa, że Porsche jest pionierem systemu 800-woltowego, ponieważ w swojej konstrukcji kładł większy nacisk na wydajność niż na praktyczność.
Porsche odważa się ponownie ocenić to, co branża przejęła z przeszłości. Zadaje sobie pytanie: „Czy to naprawdę najlepsze rozwiązanie?” „Czy możemy zaprojektować je od podstaw?” To piękno bycia producentem samochodów o wysokiej wydajności.
Eksperci z branży są zgodni, że to tylko kwestia czasu, zanim na rynku pojawi się więcej pojazdów elektrycznych o napięciu 800 V.
Wyzwań technicznych nie ma zbyt wiele, ale części muszą zostać opracowane i sprawdzone. Koszty mogą stanowić problem, ale dzięki skali, mniejszym ogniwom i mniejszej ilości miedzi niskie koszty wkrótce staną się rzeczywistością.
Volvo, Polestar, Stellantis i General Motors już oświadczyły, że przyszłe modele będą wykorzystywać tę technologię.
Grupa Volkswagen planuje wprowadzenie na rynek serii samochodów opartych na swojej 800-woltowej platformie PPE, w tym nowego Macana i kombi opartego na nowym koncepcie A6 Avant E-tron.
Kilku chińskich producentów samochodów również ogłosiło przejście na architekturę 800-woltową. Wśród nich znajdują się Xpeng Motors, NIO, Li Auto, BYD i Lotus należący do Geely.
„Dzięki Taycanowi i E-tron GT masz pojazd o najlepszych w swojej klasie osiągach. Ioniq 5 jest dowodem na to, że niedrogi samochód rodzinny jest możliwy” – podsumował Kessel Gruber. „Jeśli te kilka samochodów potrafi to zrobić, to każdy samochód też potrafi”.
Czas publikacji: 19-kwi-2022