W 2021 roku światowa sprzedaż pojazdów elektrycznych będzie stanowić 9% całkowitej sprzedaży samochodów osobowych.
Aby zwiększyć tę liczbę, oprócz znacznych inwestycji w nowe krajobrazy biznesowe w celu przyspieszenia rozwoju, produkcji i promocji elektryfikacji, producenci samochodów i dostawcy również wysilają się, aby przygotować się na następną generację komponentów pojazdów.
Przykładami są akumulatory półprzewodnikowe, silniki o przepływie osiowym i układy elektryczne 800 V, które obiecują skrócić czas ładowania o połowę, drastycznie zmniejszyć rozmiar i koszt akumulatorów oraz poprawić wydajność układu napędowego.
Jak dotąd tylko kilka nowych samochodów korzystało z systemu 800-woltowego zamiast zwykłego 400-woltowego.
Modele z instalacją 800 V już dostępne na rynku to: Porsche Taycan, Audi E-tron GT, Hyundai Ioniq 5 i Kia EV6.Limuzyna Lucid Air wykorzystuje architekturę 900 V, chociaż eksperci branżowi uważają, że technicznie jest to system 800 V.
Z punktu widzenia dostawców komponentów do pojazdów elektrycznych do końca lat 20. XX w. architektura akumulatorów 800 V będzie dominującą technologią, zwłaszcza w obliczu pojawiania się coraz większej liczby dedykowanych, w pełni elektrycznych platform o architekturze 800 V, takich jak E-GMP i PPE firmy Hyundai Grupie Volkswagena.
Modułowa platforma elektryczna E-GMP Hyundai Motor jest dostarczana przez Vitesco Technologies, firmę zajmującą się układami napędowymi wydzieloną z Continental AG, w celu dostarczania falowników 800 V;Volkswagen Group PPE to architektura akumulatorów 800 V opracowana wspólnie przez Audi i Porsche.Modułowa platforma pojazdów elektrycznych.
„Do 2025 r. modele z układami 800 V staną się coraz bardziej powszechne” – powiedział Dirk Kesselgruber, prezes działu elektrycznych układów napędowych 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 V, z myślą o masowej produkcji w 2025 roku.
Powiedział Automotive News Europe: „Uważamy, że system 800 V stanie się głównym nurtem. Hyundai udowodnił również, że może być równie konkurencyjny pod względem ceny”.
W Stanach Zjednoczonych cena Hyundaia IQNIQ 5 zaczyna się od 43 650 dolarów, czyli jest bardziej uzasadniona niż średnia cena pojazdów elektrycznych wynosząca 60 054 dolarów w lutym 2022 r. i może zostać zaakceptowana przez większą liczbę konsumentów.
„800 woltów to logiczny kolejny krok w ewolucji pojazdów wyłącznie elektrycznych” – powiedział w wywiadzie Alexander Reich, szef działu innowacyjnej elektroniki mocy w Vitesco.
Oprócz dostawy falowników 800 V dla modułowej platformy elektrycznej Hyundai E-GMP, Vitesco pozyskało inne duże kontrakty, w tym falowniki dla głównego producenta samochodów w Ameryce Północnej oraz dwa wiodące pojazdy elektryczne w Chinach i Japonii.Dostawca zapewnia silnik.
Segment systemów elektrycznych 800 V rośnie szybciej niż oczekiwano zaledwie kilka lat temu, a klienci rosną w siłę, powiedział za pośrednictwem poczty elektronicznej Harry Husted, dyrektor ds. technologii w amerykańskim dostawcy części samochodowych BorgWarner.odsetki.Dostawca zdobył także kilka zamówień, m.in. na zintegrowany moduł napędowy dla chińskiej luksusowej marki.
1. Dlaczego napięcie 800 V jest „logicznym kolejnym krokiem”?
Jakie są najważniejsze cechy systemu 800 V w porównaniu z istniejącym systemem 400 V?
Po pierwsze, mogą dostarczyć tę samą moc przy niższym prądzie.Wydłuż czas ładowania o 50% przy tym samym rozmiarze akumulatora.
W rezultacie akumulator, najdroższy element pojazdu elektrycznego, można zmniejszyć, zwiększając wydajność przy jednoczesnym zmniejszeniu masy całkowitej.
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 dobrym rozwiązaniem byłby mniejszy akumulator. Ponadto posiadanie bardzo dużego akumulatora w mainstreamowy kompaktowy model, taki jak Ioniq 5, sam w sobie nie ma sensu”.
„Podwajając napięcie i ten sam prąd, samochód może uzyskać dwukrotnie więcej energii” – powiedział Reich.„Jeśli czas ładowania będzie wystarczająco szybki, samochód elektryczny może nie potrzebować tracić czasu na przejechanie 1000 kilometrów”.
Po drugie, ponieważ wyższe napięcia zapewniają tę samą moc przy mniejszym natężeniu prądu, kable i przewody mogą być również mniejsze i lżejsze, co pozwala zmniejszyć zużycie drogiej i ciężkiej miedzi.
Utrata energii również zostanie odpowiednio zmniejszona, co skutkuje lepszą wytrzymałością i lepszą wydajnością motoryczną.Aby zapewnić pracę akumulatora w optymalnej temperaturze, nie jest wymagany żaden skomplikowany system zarządzania temperaturą.
Wreszcie, w połączeniu z pojawiającą się technologią mikrochipów z węglika krzemu, system 800 V może zwiększyć wydajność układu napędowego nawet o 5 procent.Chip ten traci niewiele energii podczas przełączania i jest szczególnie skuteczny w przypadku hamowania regeneracyjnego.
Ponieważ nowe chipy z węglika krzemu wykorzystują mniej czystego krzemu, koszt może być niższy i będzie można dostarczać więcej chipów dla przemysłu samochodowego, twierdzą dostawcy.Ponieważ inne gałęzie przemysłu zwykle wykorzystują chipy wykonane w całości z krzemu, konkurują z producentami samochodów na linii produkcyjnej półprzewodników.
„Podsumowując, rozwój systemów 800 V ma kluczowe znaczenie” – podsumowuje Kessel Gruber z GKN.
2. Układ sieci stacji ładowania 800 V
Oto kolejne pytanie: większość istniejących stacji ładowania opiera się na systemie 400 V. Czy samochody korzystające z systemu 800 V naprawdę mają przewagę?
Odpowiedź udzielona przez ekspertów branżowych brzmi: tak.Chociaż pojazd potrzebuje infrastruktury ładowania o napięciu 800 V.
„Większość istniejącej infrastruktury szybkiego ładowania prądem stałym jest przeznaczona dla pojazdów o napięciu 400 V” – powiedział Hursted.„Aby osiągnąć szybkie ładowanie przy napięciu 800 V, potrzebujemy najnowszej generacji szybkich ładowarek prądu stałego o wysokim napięciu i dużej mocy”.
Nie stanowi to problemu w przypadku ładowania w domu, ale jak dotąd najszybsze publiczne sieci ładowania w USA są ograniczone.Reich uważa, że w przypadku autostradowych stacji ładowania problem jest jeszcze trudniejszy.
Jednak w Europie liczba sieci ładowania systemowego 800 V rośnie, a Ionity posiada w całej Europie wiele punktów ładowania autostradowego o napięciu 800 V i mocy 350 kW.
Ionity EU to projekt partnerski wielu producentów samochodów dotyczący sieci stacji ładowania dużej mocy pojazdów elektrycznych, założony przez BMW Group, Daimler AG, Ford Motor i Volkswagen.W 2020 roku Hyundai Motor dołączył jako piąty co do wielkości akcjonariusz.
„Ładowarka o napięciu 800 V i mocy 350 kW oznacza, że czas ładowania na 100 km wynosi 5–7 minut” – mówi Schaller z ZF.– To tylko filiżanka kawy.
„To naprawdę przełomowa technologia. Pomoże także przemysłowi samochodowemu przekonać więcej ludzi do korzystania z pojazdów elektrycznych”.
Według najnowszego raportu Porsche, dodanie 250 mil zasięgu w typowej elektrowni o mocy 50 kW i napięciu 400 V zajmuje około 80 minut;40 minut, jeśli wynosi 100 kW;w przypadku chłodzenia wtyczki ładującej (koszty, waga i złożoność), co może dodatkowo skrócić czas do 30 minut.
„Dlatego w dążeniu do osiągnięcia większej prędkości ładowania przejście na wyższe napięcia jest nieuniknione” – podsumowano w raporcie.Porsche uważa, że przy napięciu ładowania 800 V czas ten spadłby do około 15 minut.
Ładowanie tak proste i szybkie jak tankowanie - jest duża szansa, że tak się stanie.
3. Pionierzy w branżach konserwatywnych
Skoro technologia 800 V jest rzeczywiście tak dobra, warto zadać sobie pytanie, dlaczego – z wyjątkiem wyżej wymienionych modeli – prawie wszystkie pojazdy elektryczne, nawet liderzy rynku Tesla i Volkswagen, nadal opierają się na systemach 400 V.?
Schaller i inni eksperci przypisują przyczyny „wygodzie” i „byciu pionierem w branży”.
Typowy dom wykorzystuje trójfazowy prąd przemienny o napięciu 380 woltów (wskaźnik napięcia to w rzeczywistości zakres, a nie stała wartość), więc kiedy producenci samochodów zaczęli wprowadzać na rynek hybrydy typu plug-in i pojazdy wyłącznie elektryczne, infrastruktura ładowania już tam była.A pierwsza fala pojazdów elektrycznych została zbudowana na komponentach opracowanych dla hybryd typu plug-in, które opierały się na układach 400-woltowych.
„Kiedy wszyscy korzystają z napięcia 400 woltów, oznacza to, że taki poziom napięcia jest dostępny w całej infrastrukturze” – powiedział Schaller.„To najwygodniejsze, dostępne od ręki. Żeby ludzie nie zastanawiali się za dużo. Decyzja od razu.”
Kessel Gruber uważa Porsche za pioniera systemu 800 V, ponieważ skupił się on bardziej na wydajności niż na praktyczności.
Porsche ośmiela się na nowo ocenić to, co branża przeniosła z przeszłości.Zadaje sobie pytanie: „Czy to naprawdę najlepsze rozwiązanie?”„Czy możemy to zaprojektować od zera?”Na tym polega piękno bycia producentem samochodów o wysokich osiągach.
Eksperci branżowi zgodzili się, że pojawienie się na rynku większej liczby pojazdów elektrycznych o napięciu 800 V jest tylko kwestią czasu.
Nie ma wielu wyzwań technicznych, ale części muszą zostać opracowane i sprawdzone;koszt może stanowić problem, ale przy skali, mniejszych ogniwach i mniejszej ilości miedzi niski koszt wkrótce się pojawi.
Volvo, Polestar, Stellantis i General Motors stwierdziły już, że przyszłe modele będą korzystać z tej technologii.
Grupa Volkswagen planuje wprowadzić na rynek całą gamę samochodów na platformie PPE zasilanej napięciem 800 V, w tym nowego Macana i kombi opartego na nowym koncepcie A6 Avant E-tron.
Wielu chińskich producentów samochodów, w tym Xpeng Motors, NIO, Li Auto, BYD i należący do Geely Lotus, ogłosiło również przejście na architekturę 800 V.
„Dzięki Taycanowi i E-tronowi GT otrzymujesz pojazd o wiodących w swojej klasie osiągach. Ioniq 5 jest dowodem na to, że możliwy jest niedrogi samochód rodzinny” – podsumował Kessel Gruber.„Jeśli te kilka samochodów może to zrobić, to każdy samochód może to zrobić”.
Czas publikacji: 19 kwietnia 2022 r