Leta 2021 bo svetovna prodaja električnih vozil predstavljala 9 % celotne prodaje osebnih avtomobilov.
Da bi povečali to število, poleg velikih naložb v nova poslovna okolja za pospešitev razvoja, proizvodnje in promocije elektrifikacije, proizvajalci avtomobilov in dobavitelji napeljujejo tudi k pripravi na naslednjo generacijo komponent vozil.
Primeri vključujejo trdne baterije, aksialne motorje in 800-voltne električne sisteme, ki obljubljajo prepolovitev časa polnjenja, drastično zmanjšanje velikosti in stroškov baterij ter izboljšanje učinkovitosti pogonskega sklopa.
Do sedaj je le peščica novih avtomobilov uporabljala 800-voltni sistem namesto običajnega 400-voltnega.
Modeli z 800-voltnimi sistemi, ki so že na trgu, so: Porsche Taycan, Audi E-tron GT, Hyundai Ioniq 5 in Kia EV6. Limuzina Lucid Air uporablja 900-voltno arhitekturo, čeprav strokovnjaki iz industrije menijo, da gre tehnično za 800-voltni sistem.
Z vidika dobaviteljev komponent za električna vozila bo 800-voltna baterijska arhitektura prevladujoča tehnologija do konca dvajsetih let 21. stoletja, zlasti ker se pojavlja vse več namenskih 800-voltnih platform za povsem električna vozila, kot sta Hyundaijev E-GMP in PPE skupine Volkswagen.
Modularno električno platformo E-GMP podjetja Hyundai Motor zagotavlja podjetje Vitesco Technologies, podjetje za pogonske sklope, ki se je odcepilo od podjetja Continental AG, za proizvodnjo 800-voltnih inverterjev; Volkswagen Group PPE je 800-voltna baterijska arhitektura, ki sta jo skupaj razvila Audi in Porsche. Modularna platforma za električna vozila.
»Do leta 2025 bodo modeli z 800-voltnimi sistemi postali pogostejši,« je dejal Dirk Kesselgruber, predsednik oddelka za električne pogone pri GKN, podjetju za razvoj tehnologije. GKN je tudi eden od več dobaviteljev prvega reda, ki uporabljajo to tehnologijo in dobavljajo komponente, kot so 800-voltne električne osi, z namenom, da bi leta 2025 začeli množično proizvodnjo.
Za Automotive News Europe je povedal: »Menimo, da bo 800-voltni sistem postal del običajne uporabe. Hyundai je dokazal tudi, da je lahko enako konkurenčen tudi glede cene.«
V Združenih državah Amerike se Hyundai IQNIQ 5 začne pri 43.650 dolarjih, kar je bolj realno od povprečne cene 60.054 dolarjev za električna vozila februarja 2022, in ga lahko sprejme več potrošnikov.
»800 voltov je logičen naslednji korak v razvoju popolnoma električnih vozil,« je v intervjuju dejal Alexander Reich, vodja inovativne energetske elektronike pri podjetju Vitesco.
Poleg dobave 800-voltnih inverterjev za Hyundaijev modularni električni sistem E-GMP je Vitesco sklenil še druge pomembne pogodbe, vključno z inverterji za velikega severnoameriškega proizvajalca avtomobilov in dva vodilna električna vozila na Kitajskem in Japonskem. Dobavitelj zagotavlja motor.
Segment 800-voltnih električnih sistemov raste hitreje, kot je bilo pričakovano pred nekaj leti, stranke pa so vse močnejše, je po elektronski pošti povedal Harry Husted, glavni tehnološki direktor pri ameriškem dobavitelju avtomobilskih delov BorgWarner. Dobavitelj je pridobil tudi nekaj naročil, vključno z integriranim pogonskim modulom za kitajsko luksuzno znamko.
1. Zakaj je 800 voltov "logični naslednji korak"?
Katere so prednosti 800-voltnega sistema v primerjavi z obstoječim 400-voltnim sistemom?
Prvič, lahko zagotovijo enako moč pri nižjem toku. Čas polnjenja se z enako velikostjo baterije poveča za 50 %.
Posledično je mogoče baterijo, najdražjo komponento v električnem vozilu, zmanjšati, kar poveča učinkovitost in hkrati zmanjša skupno težo.
Otmar Scharrer, višji podpredsednik za tehnologijo elektrificiranih pogonskih sklopov pri ZF, je dejal: »Cena električnih vozil še ni na isti ravni kot pri bencinskih vozilih in manjša baterija bi bila dobra rešitev. Prav tako sama po sebi ni smiselna imeti zelo veliko baterijo v običajnem kompaktnem modelu, kot je Ioniq 5.«
»Z podvojitvijo napetosti in enakim tokom lahko avtomobil dobi dvakrat več energije,« je dejal Reich. »Če je čas polnjenja dovolj hiter, električnemu avtomobilu morda ne bo treba porabiti časa za doseg 1000 kilometrov.«
Drugič, ker višje napetosti zagotavljajo enako moč z manjšim tokom, so kabli in žice lahko tudi manjši in lažji, kar zmanjša porabo dragega in težkega bakra.
Izguba energije se bo ustrezno zmanjšala, kar bo imelo za posledico boljšo vzdržljivost in izboljšano delovanje motorja. Za zagotovitev delovanja baterije pri optimalni temperaturi ni potreben noben zapleten sistem za upravljanje temperature.
Končno lahko 800-voltni sistem v kombinaciji z novo tehnologijo silicijevega karbidnega mikročipa poveča učinkovitost pogonskega sklopa za do 5 odstotkov. Ta čip pri preklapljanju izgubi malo energije in je še posebej učinkovit pri regenerativnem zaviranju.
Ker novi silicijev karbidni čipi uporabljajo manj čistega silicija, bi lahko bili stroški nižji in bi lahko avtomobilski industriji dobavili več čipov, so povedali dobavitelji. Ker druge industrije običajno uporabljajo izključno silicijeve čipe, konkurirajo proizvajalcem avtomobilov na proizvodni liniji polprevodnikov.
»Skratka, razvoj 800-voltnih sistemov je ključnega pomena,« zaključuje Kessel Gruber iz podjetja GKN.
2. Postavitev omrežja 800-voltnih polnilnih postaj
Še eno vprašanje: Večina obstoječih polnilnih postaj temelji na 400-voltnem sistemu, ali imajo avtomobili res prednost, ki uporabljajo 800-voltni sistem?
Odgovor strokovnjakov iz industrije je: da. Čeprav vozilo potrebuje polnilno infrastrukturo z napetostjo 800 voltov.
»Večina obstoječe infrastrukture za hitro polnjenje z enosmernim tokom je namenjena 400-voltnim vozilom,« je dejal Hursted. »Za dosego 800-voltnega hitrega polnjenja potrebujemo najnovejšo generacijo visokonapetostnih, visokozmogljivih hitrih polnilnic z enosmernim tokom.«
To ni problem za polnjenje doma, vendar so zaenkrat najhitrejša javna polnilniška omrežja v ZDA omejena. Reich meni, da je problem še večji za polnilnice na avtocestah.
V Evropi pa so v porastu omrežja za polnjenje s 800-voltnim sistemom, Ionity pa ima po vsej Evropi številne avtocestne polnilnice z 800-voltnim in 350-kilovatnim napajanjem.
Ionity EU je partnerski projekt več proizvajalcev avtomobilov za mrežo visokozmogljivih polnilnih postaj za električna vozila, ki so ga ustanovili BMW Group, Daimler AG, Ford Motor in Volkswagen. Leta 2020 se je Hyundai Motor pridružil kot peti največji delničar.
»Polnilnica z 800-voltno in 350-kilovatno močjo pomeni, da 100-kilometrski razdalji traja 5–7 minut,« pravi Schaller iz podjetja ZF. »To je le skodelica kave.«
"To je resnično prelomna tehnologija. Pomagala bo tudi avtomobilski industriji prepričati več ljudi, da sprejmejo električna vozila."
Glede na nedavno poročilo Porscheja je za povečanje dosega 400 kilometrov v tipični elektrarni z močjo 50 kW in napetostjo 400 V potrebnih približno 80 minut; 40 minut, če gre za 100 kW; če se polnilni vtič hladi (stroški, teža in kompleksnost), se lahko čas dodatno skrajša na 30 minut.
»Zato je pri prizadevanju za doseganje hitrejšega polnjenja prehod na višje napetosti neizogiben,« je zaključilo poročilo. Porsche meni, da bi se pri 800-voltni polnilni napetosti čas skrajšal na približno 15 minut.
Polnjenje je tako enostavno in hitro kot točenje goriva – obstaja velika verjetnost, da se bo to zgodilo.
3. Pionirji v konzervativnih panogah
Če je 800-voltna tehnologija res tako dobra, se je vredno vprašati, zakaj so, z izjemo prej omenjenih modelov, skoraj vsa električna vozila še vedno zasnovana na 400-voltnih sistemih, celo vodilna na trgu Tesla in Volkswagen.
Schaller in drugi strokovnjaki razloge pripisujejo "udobju" in "tem, da so prvi v panogi".
Tipična hiša uporablja 380 voltov trifaznega izmeničnega toka (napetostna stopnja je pravzaprav razpon, ne fiksna vrednost), zato je bila polnilna infrastruktura že na voljo, ko so proizvajalci avtomobilov začeli uvajati priključne hibride in povsem električna vozila. Prvi val električnih vozil pa je bil zgrajen na komponentah, razvitih za priključne hibride, ki so temeljili na 400-voltnih sistemih.
»Ko so vsi na 400 voltih, to pomeni, da je to raven napetosti, ki je na voljo v infrastrukturi povsod,« je dejal Schaller. »To je najprimernejše, takoj je na voljo. Zato ljudje ne razmišljajo preveč. Takoj se odločijo.«
Kessel Gruber pripisuje Porscheju priznanje za pionirja 800-voltnega sistema, ker se je bolj osredotočal na zmogljivost kot na praktičnost.
Porsche si drzne ponovno oceniti, kaj je industrija prenesla iz preteklosti. Vpraša se: "Ali je to res najboljša rešitev?" "Ali jo lahko zasnujemo iz nič?" To je lepota visokozmogljivega avtomobilskega proizvajalca.
Strokovnjaki iz industrije se strinjajo, da je le vprašanje časa, kdaj bo na trgu več 800-voltnih električnih vozil.
Tehničnih izzivov ni veliko, vendar je treba dele razviti in validirati; stroški so lahko problem, toda z obsegom, manjšimi celicami in manj bakra bodo nizki stroški kmalu na voljo.
Volvo, Polestar, Stellantis in General Motors so že izjavili, da bodo to tehnologijo uporabljali prihodnji modeli.
Skupina Volkswagen načrtuje lansiranje vrste avtomobilov na svoji 800-voltni platformi PPE, vključno z novim Macanom in karavanom, ki temelji na novem konceptnem vozilu A6 Avant E-tron.
Številni kitajski proizvajalci avtomobilov so prav tako napovedali prehod na 800-voltno arhitekturo, vključno z Xpeng Motors, NIO, Li Auto, BYD in Lotusom, ki je v lasti Geelyja.
»S Taycanom in E-tronom GT imate vozilo z vodilno zmogljivostjo v svojem razredu. Ioniq 5 je dokaz, da je cenovno dostopen družinski avtomobil mogoč,« je zaključil Kessel Gruber. »Če to zmorejo ti redki avtomobili, potem to zmore vsak avtomobil.«
Čas objave: 19. april 2022