Nel 2021 le vendite globali di veicoli elettrici rappresenteranno il 9% delle vendite totali di autovetture.
Per incrementare questa cifra, oltre a investire massicciamente in nuovi scenari aziendali per accelerare lo sviluppo, la produzione e la promozione dell'elettrificazione, le case automobilistiche e i fornitori si stanno anche scervellando per prepararsi alla prossima generazione di componenti per veicoli.
Tra gli esempi rientrano le batterie allo stato solido, i motori a flusso assiale e i sistemi elettrici da 800 volt, che promettono di dimezzare i tempi di ricarica, ridurre drasticamente le dimensioni e i costi delle batterie e migliorare l'efficienza della trasmissione.
Finora, solo una manciata di auto nuove ha utilizzato un sistema a 800 volt invece dei comuni 400.
I modelli con sistemi a 800 volt già presenti sul mercato sono: Porsche Taycan, Audi E-tron GT, Hyundai Ioniq 5 e Kia EV6. La limousine Lucid Air utilizza un'architettura a 900 volt, sebbene gli esperti del settore ritengano che tecnicamente si tratti di un sistema a 800 volt.
Dal punto di vista dei fornitori di componenti per veicoli elettrici, l'architettura delle batterie a 800 volt sarà la tecnologia dominante entro la fine degli anni 2020, soprattutto con l'emergere di sempre più piattaforme dedicate all'elettrico con architettura a 800 volt, come l'E-GMP di Hyundai e la PPE del gruppo Volkswagen.
La piattaforma elettrica modulare E-GMP di Hyundai Motor è fornita da Vitesco Technologies, un'azienda di propulsione scorporata da Continental AG, per la fornitura di inverter a 800 volt; Volkswagen Group PPE è un'architettura per batterie a 800 volt sviluppata congiuntamente da Audi e Porsche. Piattaforma modulare per veicoli elettrici.
"Entro il 2025, i modelli con sistemi a 800 volt diventeranno più comuni", ha affermato Dirk Kesselgruber, presidente della divisione trasmissioni elettriche di GKN, un'azienda di sviluppo tecnologico. GKN è anche uno dei numerosi fornitori di primo livello che utilizzano questa tecnologia, fornendo componenti come gli assali elettrici a 800 volt, con l'obiettivo di avviarne la produzione di massa nel 2025.
Ha dichiarato ad Automotive News Europe: "Riteniamo che il sistema a 800 volt diventerà di uso comune. Hyundai ha anche dimostrato di poter essere altrettanto competitivo sul prezzo".
Negli Stati Uniti, il prezzo della Hyundai IQNIQ 5 parte da 43.650 dollari, un prezzo più ragionevole rispetto al prezzo medio di 60.054 dollari per i veicoli elettrici a febbraio 2022, e che potrebbe essere accettato da un maggior numero di consumatori.
"800 volt rappresentano il logico passo successivo nell'evoluzione dei veicoli puramente elettrici", ha affermato in un'intervista Alexander Reich, responsabile dell'elettronica di potenza innovativa presso Vitesco.
Oltre alla fornitura di inverter da 800 volt per la piattaforma elettrica modulare E-GMP di Hyundai, Vitesco si è aggiudicata altri importanti contratti, tra cui inverter per una delle principali case automobilistiche nordamericane e per due importanti veicoli elettrici in Cina e Giappone. Il fornitore fornisce anche il motore.
Il segmento dei sistemi elettrici a 800 volt sta crescendo più velocemente del previsto solo pochi anni fa, e i clienti stanno diventando sempre più numerosi, ha dichiarato via e-mail Harry Husted, direttore tecnico del fornitore statunitense di ricambi auto BorgWarner. Il fornitore si è anche aggiudicato alcune commesse, tra cui un modulo di azionamento integrato per un marchio di lusso cinese.
1. Perché 800 volt sono il "passo logico successivo"?
Quali sono i punti di forza del sistema a 800 volt rispetto all'attuale sistema a 400 volt?
In primo luogo, possono fornire la stessa potenza a una corrente inferiore. Aumentano il tempo di ricarica del 50% a parità di dimensioni della batteria.
Di conseguenza, la batteria, il componente più costoso di un veicolo elettrico, può essere ridotta, aumentando l'efficienza e riducendo al contempo il peso complessivo.
Otmar Scharrer, vicepresidente senior della tecnologia dei sistemi di propulsione elettrificati di ZF, ha dichiarato: "Il costo dei veicoli elettrici non è ancora allo stesso livello dei veicoli a benzina, e una batteria più piccola sarebbe una buona soluzione. Inoltre, avere una batteria molto grande in un modello compatto di largo consumo come la Ioniq 5 non ha senso di per sé".
"Raddoppiando la tensione a parità di corrente, l'auto può ottenere il doppio dell'energia", ha affermato Reich. "Se il tempo di ricarica è sufficientemente rapido, l'auto elettrica potrebbe non dover perdere tempo a raggiungere un'autonomia di 1.000 chilometri."
In secondo luogo, poiché tensioni più elevate forniscono la stessa potenza con meno corrente, cavi e fili possono essere realizzati più piccoli e leggeri, riducendo il consumo di rame costoso e pesante.
Anche la perdita di energia verrà ridotta di conseguenza, con conseguente maggiore durata e migliori prestazioni del motore. Inoltre, non è necessario alcun complesso sistema di gestione termica per garantire che la batteria funzioni alla temperatura ottimale.
Infine, se abbinato alla tecnologia emergente dei microchip in carburo di silicio, il sistema a 800 volt può aumentare l'efficienza del gruppo propulsore fino al 5%. Questo chip perde poca energia durante la commutazione ed è particolarmente efficace per la frenata rigenerativa.
Poiché i nuovi chip in carburo di silicio utilizzano meno silicio puro, i costi potrebbero essere inferiori e l'industria automobilistica potrebbe ricevere un numero maggiore di chip, hanno affermato i fornitori. Poiché altri settori tendono a utilizzare chip interamente in silicio, competono con le case automobilistiche nella produzione di semiconduttori.
"In conclusione, lo sviluppo di sistemi a 800 volt è fondamentale", conclude Kessel Gruber della GKN.
2. Disposizione della rete delle stazioni di ricarica da 800 volt
Ecco un'altra domanda: la maggior parte delle stazioni di ricarica esistenti si basa sul sistema a 400 volt. C'è davvero un vantaggio per le auto che utilizzano il sistema a 800 volt?
La risposta degli esperti del settore è: sì. Sebbene il veicolo necessiti di un'infrastruttura di ricarica a 800 volt.
"La maggior parte dell'infrastruttura di ricarica rapida a corrente continua (CC) esistente è destinata ai veicoli a 400 volt", ha affermato Hursted. "Per raggiungere la ricarica rapida a 800 volt, abbiamo bisogno di caricabatterie rapidi a corrente continua ad alta tensione e alta potenza di ultima generazione."
Questo non rappresenta un problema per la ricarica domestica, ma finora le reti di ricarica pubbliche più veloci negli Stati Uniti sono limitate. Reich ritiene che il problema sia ancora più grave per le stazioni di ricarica autostradali.
In Europa, tuttavia, le reti di ricarica a 800 volt sono in aumento e Ionity dispone di numerosi punti di ricarica autostradali da 800 volt e 350 kilowatt in tutta Europa.
Ionity EU è un progetto di partnership multi-casa automobilistica per una rete di stazioni di ricarica ad alta potenza per veicoli elettrici, fondato da BMW Group, Daimler AG, Ford Motor e Volkswagen. Nel 2020, Hyundai Motor è entrata a far parte del gruppo come quinto azionista.
"Un caricabatterie da 800 volt e 350 kilowatt significa una ricarica di 100 chilometri in 5-7 minuti", afferma Schaller di ZF. "È solo una tazza di caffè."
"Questa è una tecnologia davvero rivoluzionaria. Aiuterà anche l'industria automobilistica a convincere più persone ad adottare i veicoli elettrici."
Secondo un recente rapporto della Porsche, occorrono circa 80 minuti per aggiungere 250 miglia di autonomia in una tipica stazione di alimentazione da 50 kW e 400 V; 40 minuti se si tratta di 100 kW; se si raffredda la spina di ricarica (costi, peso e complessità), il tempo può essere ulteriormente ridotto a 30 minuti.
"Pertanto, nel tentativo di raggiungere velocità di ricarica più elevate, il passaggio a tensioni più elevate è inevitabile", ha concluso il rapporto. Porsche ritiene che con una tensione di ricarica di 800 volt, il tempo di ricarica si ridurrebbe a circa 15 minuti.
Ricaricare è facile e veloce come fare rifornimento: è molto probabile che ciò accada.
3. Pionieri nelle industrie conservatrici
Se la tecnologia a 800 volt è davvero così buona, vale la pena chiedersi perché, ad eccezione dei modelli sopra menzionati, quasi tutti i veicoli elettrici si basano ancora su sistemi a 400 volt, persino i leader di mercato Tesla e Volkswagen.
Schaller e altri esperti attribuiscono le ragioni alla "comodità" e all'"essere un'azienda leader nel settore".
Una casa tipica utilizza 380 volt di corrente alternata trifase (il voltaggio è in realtà un intervallo, non un valore fisso), quindi quando le case automobilistiche hanno iniziato a lanciare ibridi plug-in e veicoli esclusivamente elettrici, l'infrastruttura di ricarica era già presente. E la prima ondata di veicoli elettrici è stata costruita su componenti sviluppati per ibridi plug-in, basati su sistemi a 400 volt.
"Quando tutti sono a 400 volt, significa che questo è il livello di tensione disponibile ovunque nelle infrastrutture", ha detto Schaller. "È la soluzione più comoda, è immediatamente disponibile. Così la gente non ci pensa troppo. Decide subito."
Kessel Gruber attribuisce a Porsche il merito di essere stata pioniera del sistema a 800 volt perché si concentrava più sulle prestazioni che sulla praticità.
Porsche osa rivalutare ciò che l'industria ha ereditato dal passato. Si chiede: "È davvero questa la soluzione migliore?" "Possiamo progettarla da zero?". È questo il bello di essere una casa automobilistica ad alte prestazioni.
Gli esperti del settore concordano che è solo questione di tempo prima che sul mercato arrivino più veicoli elettrici da 800 volt.
Non ci sono molte sfide tecniche, ma è necessario sviluppare e convalidare alcune parti; il costo potrebbe essere un problema, ma con la scalabilità, celle più piccole e meno rame, i costi bassi arriveranno presto.
Volvo, Polestar, Stellantis e General Motors hanno già dichiarato che i modelli futuri utilizzeranno questa tecnologia.
Il Gruppo Volkswagen prevede di lanciare una gamma di auto basate sulla sua piattaforma PPE a 800 volt, tra cui una nuova Macan e una station wagon basata sul nuovo concept A6 Avant E-tron.
Anche diverse case automobilistiche cinesi hanno annunciato il passaggio all'architettura a 800 volt, tra cui Xpeng Motors, NIO, Li Auto, BYD e Lotus, di proprietà di Geely.
"Con la Taycan e la E-tron GT, si ha a disposizione un veicolo con prestazioni ai vertici della categoria. La Ioniq 5 è la dimostrazione che un'auto familiare accessibile è possibile", ha concluso Kessel Gruber. "Se queste poche auto ce la fanno, allora tutte possono farcela".
Data di pubblicazione: 19 aprile 2022