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Sistema elettrico a 800 Volt: la chiave per ridurre i tempi di ricarica dei veicoli a nuova energia

Nel 2021, le vendite globali di veicoli elettrici rappresenteranno il 9% delle vendite totali di autovetture.

Per aumentare quel numero, oltre a investire pesantemente in nuovi scenari commerciali 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.

Gli esempi includono batterie a stato solido, motori a flusso assiale e sistemi elettrici da 800 volt che promettono di dimezzare i tempi di ricarica, ridurre drasticamente le dimensioni e i costi della batteria e migliorare l'efficienza della trasmissione.

Finora, solo una manciata di auto nuove ha utilizzato un sistema da 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, 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 della batteria da 800 volt sarà la tecnologia dominante entro la fine degli anni 2020, soprattutto quando emergeranno sempre più piattaforme completamente elettriche dedicate all'architettura da 800 volt, come E-GMP e PPE di Hyundai di il Gruppo Volkswagen.

La piattaforma elettrica modulare E-GMP di Hyundai Motor è fornita da Vitesco Technologies, una società di propulsori scorporata da Continental AG, per fornire inverter da 800 volt;Il gruppo Volkswagen PPE è un'architettura di batterie da 800 volt sviluppata congiuntamente da Audi e Porsche.Piattaforma per veicoli elettrici modulari.

"Entro il 2025, i modelli con sistemi a 800 volt diventeranno più comuni", ha affermato Dirk Kesselgruber, presidente della divisione di trasmissione elettrica di GKN, una società di sviluppo tecnologico.GKN è anche uno dei numerosi fornitori di livello 1 che utilizzano la tecnologia, fornendo componenti come assali elettrici da 800 volt, con un occhio alla produzione di massa nel 2025.

Ha detto a Automotive News Europe: "Pensiamo che il sistema a 800 volt diventerà mainstream. Hyundai ha anche dimostrato che può essere ugualmente competitivo sul prezzo".

Negli Stati Uniti, la Hyundai IQNIQ 5 parte da $ 43.650, che è più radicata rispetto al prezzo medio di $ 60.054 per i veicoli elettrici nel febbraio 2022 e può essere accettata da più consumatori.

"800 volt sono il logico passo successivo nell'evoluzione dei veicoli elettrici puri", ha affermato in un'intervista Alexander Reich, responsabile dell'elettronica di potenza innovativa di 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 una delle principali case automobilistiche nordamericane e due importanti veicoli elettrici in Cina e Giappone.Il fornitore fornisce il motore.

Il segmento dei sistemi elettrici a 800 volt sta crescendo più rapidamente del previsto solo pochi anni fa e i clienti stanno diventando più forti, ha affermato via e-mail Harry Husted, chief technology officer presso il fornitore statunitense di componenti per auto BorgWarner.interesse.Il fornitore ha anche vinto alcuni ordini, tra cui un modulo di azionamento integrato per un marchio di lusso cinese.

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1. Perché 800 volt sono il "passo logico successivo"?

 

Quali sono i punti salienti del sistema a 800 volt rispetto al sistema a 400 volt esistente?

Innanzitutto, possono fornire la stessa potenza a 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 rimpicciolita, 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 dei veicoli a benzina e una batteria più piccola sarebbe una buona soluzione. Inoltre, avere una batteria molto grande in un modello compatto mainstream come lo Ioniq 5 non ha senso di per sé".

"Duplicando 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 a perseguire 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 resi più piccoli e leggeri, riducendo il consumo di rame costoso e pesante.

Anche l'energia persa sarà ridotta di conseguenza, con conseguente migliore resistenza e migliori prestazioni motorie.E 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 la commutazione ed è particolarmente efficace per la frenata rigenerativa.

Poiché i nuovi chip in carburo di silicio utilizzano meno silicio puro, il costo potrebbe essere inferiore e più chip possono essere forniti 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 di semiconduttori.

"In conclusione, lo sviluppo di sistemi a 800 volt è fondamentale", conclude Kessel Gruber di GKN.

 

2. Disposizione della rete della stazione di ricarica da 800 volt

 

Ecco un'altra domanda: la maggior parte delle stazioni di ricarica esistenti si basano 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 CC esistente è per veicoli a 400 volt", ha affermato Hursted."Per ottenere una ricarica rapida a 800 volt, abbiamo bisogno dell'ultima generazione di caricabatterie rapidi CC ad alta tensione e potenza".

Questo non è un problema per la ricarica domestica, ma finora le reti pubbliche di ricarica più veloci negli Stati Uniti sono limitate.Reich pensa che il problema sia ancora più difficile per le stazioni di ricarica autostradali.

In Europa, tuttavia, le reti di ricarica del sistema a 800 volt sono in aumento e Ionity ha numerosi punti di ricarica autostradali da 800 volt e 350 kilowatt in tutta Europa.

Ionity EU è un progetto di partnership multi-produttore 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 di 5-7 minuti", afferma Schaller di ZF."Quella è solo una tazza di caffè."

"Questa è davvero una tecnologia 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 presa di ricarica (costi, peso e complessità), che può ridurre ulteriormente il tempo a 30 minuti.

"Pertanto, nella ricerca per ottenere una ricarica a velocità più elevata, è inevitabile una transizione verso tensioni più elevate", ha concluso il rapporto.Porsche ritiene che con una tensione di carica di 800 volt, il tempo scenderebbe a circa 15 minuti.

Ricaricare facile e veloce come fare rifornimento: ci sono buone probabilità che accada.

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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 citati, quasi tutti i veicoli elettrici sono ancora basati 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 prima un'industria".

Una casa tipica utilizza 380 volt di corrente alternata trifase (il tasso 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 è il livello di tensione disponibile nell'infrastruttura ovunque", ha affermato Schaller."È il più comodo, è subito disponibile. Quindi la gente non pensa troppo. Decisa subito."

Kessel Gruber attribuisce a Porsche un pioniere del sistema a 800 volt perché si è concentrato più sulle prestazioni che sulla praticità.

Porsche osa rivalutare ciò che l'industria ha riportato 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 hanno convenuto 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 scalabilità, celle più piccole e meno rame, il basso costo arriverà presto.

Volvo, Polestar, Stellantis e General Motors hanno già dichiarato che i futuri modelli utilizzeranno la tecnologia.

Il Gruppo Volkswagen ha in programma di lanciare una gamma di auto sulla sua piattaforma PPE da 800 volt, tra cui una nuova Macan e una station wagon basata sul nuovo concept A6 Avant E-tron.

Diverse 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, hai 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".


Tempo di pubblicazione: 19-aprile-2022