Nel 2021, le vendite globali di veicoli elettrici rappresenteranno il 9% delle vendite totali di autovetture.
Per aumentare questo numero, oltre a investire massicciamente in nuovi scenari imprenditoriali 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 dei veicoli.
Gli esempi includono batterie allo stato solido, motori a flusso assiale e sistemi elettrici a 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 nuove auto ha utilizzato un sistema a 800 volt invece dei comuni 400.
I modelli con sistemi a 800 volt già 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, anche se gli esperti del settore ritengono che tecnicamente sia 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 '20, soprattutto perché emergono sempre più piattaforme completamente elettriche dedicate con architettura a 800 volt, come l'E-GMP di Hyundai e i PPE di Hyundai. il Gruppo Volkswagen.
La piattaforma elettrica modulare E-GMP di Hyundai Motor è fornita da Vitesco Technologies, una società di propulsione scorporata da Continental AG, per fornire inverter da 800 volt; Il PPE del Gruppo Volkswagen è un'architettura della batteria da 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, una società di sviluppo tecnologico. GKN è anche uno dei numerosi fornitori di primo livello che utilizzano questa tecnologia, fornendo componenti come assali elettrici da 800 volt, con un occhio alla produzione di massa nel 2025.
Ha dichiarato ad Automotive News Europe: "Pensiamo che il sistema a 800 volt diventerà mainstream. Hyundai ha anche dimostrato di poter essere altrettanto competitivo sul prezzo".
Negli Stati Uniti, la Hyundai IQNIQ 5 parte da 43.650 dollari, un prezzo più ragionevole rispetto al prezzo medio di 60.054 dollari per i veicoli elettrici nel febbraio 2022, e può essere accettata da un maggior numero di consumatori.
"800 Volt rappresentano il logico passo successivo nell'evoluzione dei veicoli elettrici puri", ha affermato in un'intervista Alexander Reich, responsabile dell'elettronica di potenza innovativa presso Vitesco.
Oltre a fornire inverter da 800 volt per la piattaforma elettrica modulare E-GMP di Hyundai, Vitesco si è assicurata altri importanti contratti, tra cui inverter per un importante produttore automobilistico nordamericano e due principali veicoli elettrici in Cina e Giappone. Il fornitore fornisce il motore.
Il segmento dei sistemi elettrici a 800 volt sta crescendo più velocemente di quanto previsto solo pochi anni fa, e i clienti stanno diventando sempre più forti, ha detto via e-mail Harry Husted, chief technology officer del fornitore statunitense di ricambi auto BorgWarner. interesse. Il fornitore si è anche aggiudicato alcuni ordini, 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 salienti del sistema a 800 volt rispetto al sistema esistente a 400 volt?
Innanzitutto, possono fornire la stessa potenza con una corrente inferiore. Aumenta il tempo di ricarica del 50% con la stessa dimensione della batteria.
Di conseguenza, la batteria, il componente più costoso di un veicolo elettrico, può essere ridotta, aumentando l’efficienza e riducendo il peso complessivo.
Otmar Scharrer, vicepresidente senior della tecnologia dei propulsori elettrificati presso ZF, ha dichiarato: "Il costo dei veicoli elettrici non è ancora allo stesso livello di quello dei veicoli a benzina e una batteria più piccola sarebbe una buona soluzione. Inoltre, avere una batteria molto grande un modello compatto tradizionale come lo Ioniq 5 non ha senso di per sé."
"Raddoppiando la tensione e la stessa corrente, l'auto può ottenere il doppio dell'energia", ha detto Reich. "Se il tempo di ricarica è abbastanza veloce, l'auto elettrica potrebbe non aver bisogno di perdere tempo per percorrere un'autonomia di 1.000 chilometri."
In secondo luogo, poiché tensioni più elevate forniscono la stessa potenza con meno corrente, cavi e fili possono anche essere realizzati più piccoli e leggeri, riducendo il consumo di rame costoso e pesante.
Anche l'energia persa verrà ridotta di conseguenza, con conseguente migliore resistenza e prestazioni del motore migliorate. 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 al carburo di silicio, il sistema a 800 volt può aumentare l’efficienza del gruppo propulsore fino al 5%. Questo chip perde poca energia durante il cambio ed è particolarmente efficace per la frenata rigenerativa.
Poiché i nuovi chip al carburo di silicio utilizzano meno silicio puro, il costo potrebbe essere inferiore e una maggiore quantità di chip potrebbe essere fornita all'industria automobilistica, hanno affermato i fornitori. Poiché altri settori tendono a utilizzare chip interamente in silicio, competono con le case automobilistiche sulla linea di produzione dei semiconduttori.
"In conclusione, lo sviluppo di sistemi a 800 volt è cruciale", conclude Kessel Gruber della GKN.
2. Layout 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 data dagli esperti del settore è: sì. Sebbene il veicolo necessiti di un'infrastruttura di ricarica basata su 800 volt.
"La maggior parte dell'infrastruttura di ricarica rapida DC esistente è per veicoli a 400 volt", ha affermato Hursted. "Per ottenere una ricarica rapida da 800 volt, abbiamo bisogno dell'ultima generazione di caricabatterie rapidi CC ad alta tensione e alta potenza."
Questo non è 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 difficile per le stazioni di ricarica autostradali.
In Europa, tuttavia, le reti di ricarica dei sistemi da 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-automobilistico per una rete di stazioni di ricarica ad alta potenza per veicoli elettrici, fondato dal BMW Group, Daimler AG, Ford Motor e Volkswagen. Nel 2020, Hyundai Motor è diventata il quinto maggiore azionista.
"Un caricabatterie da 800 volt e 350 kilowatt significa un tempo di ricarica di 100 chilometri in 5-7 minuti", afferma Schaller di ZF. "È solo una tazza di caffè."
"Si tratta di una tecnologia davvero dirompente. Aiuterà anche l'industria automobilistica a convincere più persone ad abbracciare i veicoli elettrici."
Secondo un recente rapporto di Porsche, ci vogliono circa 80 minuti per aggiungere 250 miglia di autonomia in una tipica centrale elettrica da 50 kW e 400 V; 40 minuti se è 100kW; se si raffredda la spina di ricarica (costi, peso e complessità), che può ridurre ulteriormente i tempi a 30 minuti.
"Pertanto, nel tentativo di raggiungere una velocità di ricarica più elevata, una transizione verso tensioni più elevate è inevitabile", conclude il rapporto. Porsche ritiene che con una tensione di carica di 800 volt il tempo scenderebbe a circa 15 minuti.
Ricaricarsi è facile e veloce come fare rifornimento: ci sono buone probabilità che accada.
3. Pionieri nelle industrie conservatrici
Se la tecnologia a 800 volt è davvero così valida, vale la pena chiedersi perché, ad eccezione dei modelli sopra citati, quasi tutti i veicoli elettrici si basano ancora su sistemi a 400 volt, anche i leader di mercato Tesla e Volkswagen. ?
Schaller e altri esperti attribuiscono le ragioni alla "convenienza" e all'"essere il primo nel settore".
Una tipica casa utilizza 380 volt di corrente alternata trifase (la velocità di tensione è in realtà un intervallo, non un valore fisso), quindi quando le case automobilistiche hanno iniziato a lanciare ibridi plug-in e veicoli elettrici puri, l’infrastruttura di ricarica era già lì. 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 nell'infrastruttura", ha detto Schaller. "È il più conveniente, è subito disponibile. Così la gente non ci pensa troppo. Decido subito."
Kessel Gruber attribuisce a Porsche il ruolo di pioniere 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 progettarlo da zero?" Questa è la bellezza di essere una casa automobilistica ad alte prestazioni.
Gli esperti del settore concordano che è solo questione di tempo prima che altri veicoli elettrici da 800 volt arrivino sul mercato.
Non ci sono molte sfide tecniche, ma le parti devono essere sviluppate e convalidate; il costo può essere un problema, ma con la scalabilità, le celle più piccole e meno rame, il basso costo arriverà 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 automobili sulla sua piattaforma DPI da 800 volt, tra cui una nuova Macan e una station wagon basata sul nuovo concetto A6 Avant E-tron.
Numerose case automobilistiche cinesi hanno anche 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 avrete a disposizione un veicolo con prestazioni ai vertici della categoria. La Ioniq 5 è la prova che un'auto familiare a prezzi accessibili è possibile", ha concluso Kessel Gruber. "Se queste poche auto possono farlo, allora ogni macchina può farlo."
Orario di pubblicazione: 19 aprile 2022