Vuonna 2021 sähköautojen maailmanlaajuinen myynti tulee olemaan 9 % henkilöautojen kokonaismyynnistä.
Tämän luvun kasvattamiseksi autonvalmistajat ja toimittajat investoivat voimakkaasti uusiin liiketoimintaympäristöihin sähköistämisen kehittämisen, valmistuksen ja edistämisen nopeuttamiseksi ja myös pohtivat seuraavan sukupolven ajoneuvokomponentteja.
Esimerkkejä ovat puolijohdeakut, aksiaalivirtausmoottorit ja 800 voltin sähköjärjestelmät, jotka lupaavat puolittaa latausajat, pienentää akun kokoa ja kustannuksia merkittävästi sekä parantaa voimansiirron tehokkuutta.
Tähän mennessä vain kourallinen uusia autoja on käyttänyt 800 voltin järjestelmää yleisen 400 voltin sijaan.
Markkinoilla on jo 800 voltin järjestelmällä varustettuja malleja: Porsche Taycan, Audi E-tron GT, Hyundai Ioniq 5 ja Kia EV6. Lucid Air -limusiini käyttää 900 voltin arkkitehtuuria, vaikka alan asiantuntijat uskovatkin, että se teknisesti on 800 voltin järjestelmä.
Sähköajoneuvojen komponenttitoimittajien näkökulmasta 800 voltin akkuarkkitehtuurista tulee hallitseva teknologia 2020-luvun loppuun mennessä, varsinkin kun markkinoille tulee yhä enemmän 800 voltin arkkitehtuuriin perustuvia täyssähköisiä alustoja, kuten Hyundain E-GMP ja Volkswagen-konsernin PPE.
Hyundai Motorin modulaarisen E-GMP-sähköajoneuvoalustan toimittaa Vitesco Technologies, Continental AG:stä eriytetty voimansiirtoyritys, joka valmistaa 800 voltin inverttereitä; Volkswagen-konsernin PPE on Audin ja Porschen yhdessä kehittämä 800 voltin akkuarkkitehtuuri. Modulaarinen sähköajoneuvoalusta.
”Vuoteen 2025 mennessä 800 voltin järjestelmillä varustetut mallit yleistyvät”, sanoi Dirk Kesselgruber, GKN:n sähköisen voimansiirtoyksikön johtaja, joka on teknologiankehitysyritys. GKN on myös yksi useista teknologiaa käyttävistä Tier 1 -toimittajista, ja se toimittaa komponentteja, kuten 800 voltin sähköakseleita, tavoitteenaan massatuotanto vuonna 2025.
Hän kertoi Automotive News Europelle: "Uskomme, että 800 voltin järjestelmästä tulee valtavirtaa. Hyundai on myös osoittanut, että se voi olla yhtä kilpailukykyinen hinnalla."
Yhdysvalloissa Hyundai IQNIQ 5:n lähtöhinta on 43 650 dollaria, mikä on edullisempi hinta kuin sähköautojen keskihinta 60 054 dollaria helmikuussa 2022, ja se voi olla useamman kuluttajan hyväksymä.
"800 volttia on looginen seuraava askel täyssähköajoneuvojen kehityksessä", sanoi Vitescon innovatiivisen tehoelektroniikan johtaja Alexander Reich haastattelussa.
Hyundain E-GMP-modulaarisen sähköautoalustan 800 voltin invertterien toimittamisen lisäksi Vitesco on saanut muita merkittäviä sopimuksia, mukaan lukien invertterit suurelle pohjoisamerikkalaiselle autonvalmistajalle ja kahdelle johtavalle sähköautolle Kiinassa ja Japanissa. Toimittaja toimittaa moottorin.
800 voltin sähköjärjestelmien segmentti kasvaa nopeammin kuin vielä muutama vuosi sitten odotettiin, ja asiakkaiden kiinnostus kasvaa, kertoi Harry Husted, yhdysvaltalaisen autonosien toimittajan BorgWarnerin teknologiajohtaja, sähköpostitse. Toimittaja on myös saanut joitakin tilauksia, mukaan lukien integroidun käyttömoduulin kiinalaiselle luksusbrändille.
1. Miksi 800 volttia on "looginen seuraava askel"?
Mitkä ovat 800 voltin järjestelmän kohokohdat verrattuna nykyiseen 400 voltin järjestelmään?
Ensinnäkin ne voivat tuottaa saman tehon pienemmällä virralla. Pidentää latausaikaa 50 % samalla akun koolla.
Tämän seurauksena akku, sähköajoneuvon kallein komponentti, voidaan tehdä pienemmäksi, mikä lisää tehokkuutta ja vähentää kokonaispainoa.
ZF:n sähköistettyjen voimansiirtojärjestelmien johtaja Otmar Scharrer sanoi: ”Sähköajoneuvojen hinta ei ole vielä samalla tasolla kuin bensiiniajoneuvojen, ja pienempi akku olisi hyvä ratkaisu. Myöskään erittäin suuren akun käyttö valtavirran kompaktissa mallissa, kuten Ioniq 5:ssä, ei ole sinänsä järkevää.”
"Kaksinkertaistamalla jännitteen ja samalla virralla auto voi saada kaksinkertaisen määrän energiaa", Reich sanoi. "Jos latausaika on riittävän nopea, sähköauton ei välttämättä tarvitse käyttää aikaa 1 000 kilometrin toimintasäteen ajamiseen."
Toiseksi, koska korkeammat jännitteet tarjoavat saman tehon pienemmällä virralla, kaapeleita ja johtoja voidaan myös tehdä pienemmiksi ja kevyemmiksi, mikä vähentää kalliin ja raskaan kuparin kulutusta.
Myös energiankulutus vähenee vastaavasti, mikä parantaa kestävyyttä ja moottorin suorituskykyä. Eikä akun optimaalisen lämpötilan varmistamiseksi tarvita monimutkaista lämmönhallintajärjestelmää.
Lopuksi, yhdistettynä kehittyvään piikarbidimikrosiruteknologiaan, 800 voltin järjestelmä voi lisätä voimansiirron hyötysuhdetta jopa 5 prosenttia. Tämä siru menettää vain vähän energiaa kytkentävaiheessa ja on erityisen tehokas regeneratiivisessa jarrutuksessa.
Koska uudet piikarbidisirut käyttävät vähemmän puhdasta piitä, kustannukset voisivat olla alhaisemmat ja autoteollisuudelle voidaan toimittaa enemmän siruja, toimittajat sanoivat. Koska muut teollisuudenalat käyttävät yleensä kokonaan piistä valmistettuja siruja, ne kilpailevat autonvalmistajien kanssa puolijohteiden tuotantolinjalla.
"Yhteenvetona voidaan todeta, että 800 voltin järjestelmien kehittäminen on ratkaisevan tärkeää", GKN:n Kessel Gruber päättelee.
2. 800 voltin latausaseman verkon asettelu
Tässä vielä yksi kysymys: Useimmat olemassa olevat latausasemat perustuvat 400 voltin järjestelmään, onko 800 voltin järjestelmää käyttävistä autoista todella etua?
Alan asiantuntijoiden vastaus on: kyllä. Vaikka ajoneuvo tarvitseekin 800 voltin latausinfrastruktuurin.
"Suurin osa olemassa olevasta tasavirtapikalatausinfrastruktuurista on tarkoitettu 400 voltin ajoneuvoille", Hursted sanoi. "800 voltin pikalatauksen saavuttamiseksi tarvitsemme uusimman sukupolven korkeajännitteisiä ja tehokkaita tasavirtapikalaturareita."
Se ei ole ongelma kotilataukselle, mutta toistaiseksi Yhdysvaltojen nopeimmat julkiset latausverkot ovat rajalliset. Reichin mielestä ongelma on vieläkin suurempi moottoriteiden latausasemilla.
Euroopassa 800 voltin latausverkostot ovat kuitenkin nousussa, ja Ionitylla on useita 800 voltin ja 350 kilowatin moottoritielatauspisteitä eri puolilla Eurooppaa.
Ionity EU on BMW Groupin, Daimler AG:n, Ford Motorin ja Volkswagenin perustama usean autonvalmistajaa yhdistävä kumppanuushanke sähköautojen suurtehoisten latausasemien verkostolle. Hyundai Motor liittyi mukaan vuonna 2020 viidenneksi suurimpana osakkeenomistajana.
"800 voltin ja 350 kilowatin laturi tarkoittaa 5–7 minuutin latausaikaa 100 kilometrin matkalle", sanoo ZF:n Schaller. "Se on vain kuppi kahvia."
"Tämä on todella mullistava teknologia. Se auttaa myös autoteollisuutta vakuuttamaan useammat ihmiset omaksumaan sähköajoneuvot."
Porschen tuoreen raportin mukaan tyypillisellä 50 kW:n ja 400 V:n voimalaitoksella 400 kilometrin toimintasäteen lisääminen kestää noin 80 minuuttia; 100 kW:n voimalaitoksella 40 minuuttia; latauspistokkeen jäähdyttäminen (kustannukset, paino ja monimutkaisuus) voi lyhentää ajan edelleen 30 minuuttiin.
”Siksi nopeamman latauksen saavuttamiseksi siirtyminen korkeampiin jännitteisiin on väistämätöntä”, raportissa todettiin. Porsche uskoo, että 800 voltin latausjännitteellä aika lyhenisi noin 15 minuuttiin.
Lataaminen on yhtä helppoa ja nopeaa kuin tankkaaminen – on hyvät mahdollisuudet, että se onnistuu.
3. Konservatiivisten teollisuudenalojen pioneerit
Jos 800 voltin teknologia on todella niin hyvää, on syytä kysyä, miksi edellä mainittuja malleja lukuun ottamatta lähes kaikki sähköajoneuvot perustuvat edelleen 400 voltin järjestelmiin, jopa markkinajohtajat Tesla ja Volkswagen.
Schaller ja muut asiantuntijat pitävät syitä "kätevyytenä" ja "alan ensimmäisenä olemisena".
Tyypillisessä talossa käytetään 380 voltin kolmivaiheista vaihtovirtaa (jännitearvo on itse asiassa vaihteluväli, ei kiinteä arvo), joten kun autonvalmistajat alkoivat tuoda markkinoille ladattavia hybridejä ja täyssähköajoneuvoja, latausinfrastruktuuri oli jo olemassa. Ja ensimmäinen sähköajoneuvojen aalto rakennettiin ladattavia hybridejä varten kehitettyjen komponenttien päälle, jotka perustuivat 400 voltin järjestelmiin.
"Kun kaikilla on 400 volttia, se tarkoittaa, että se on jännitetaso, joka on saatavilla infrastruktuurissa kaikkialla", Schaller sanoi. "Se on kätevintä, se on heti saatavilla. Joten ihmiset eivät ajattele liikaa. Päätös tehdään heti."
Kessel Gruber pitää Porschea 800 voltin järjestelmän edelläkävijänä, koska se keskittyi enemmän suorituskykyyn kuin käytännöllisyyteen.
Porsche uskaltaa arvioida uudelleen sen, mitä ala on siirtänyt menneisyydestä. Hän kysyy itseltään: "Onko tämä todella paras ratkaisu?" "Voimmeko suunnitella sen tyhjästä?" Siinä piilee huippusuorituskykyisen autonvalmistajan kauneus.
Alan asiantuntijat ovat yhtä mieltä siitä, että on vain ajan kysymys, milloin markkinoille tulee lisää 800 voltin sähköautoja.
Teknisiä haasteita ei ole paljon, mutta osia on kehitettävä ja validoitava; kustannukset voivat olla ongelma, mutta mittakaavan, pienempien kennojen ja vähemmän kuparin ansiosta alhaiset kustannukset tulevat pian.
Volvo, Polestar, Stellantis ja General Motors ovat jo ilmoittaneet, että tulevaisuuden mallit käyttävät teknologiaa.
Volkswagen-konserni suunnittelee lanseeraavansa useita autoja 800 voltin PPE-alustalla, mukaan lukien uuden Macanin ja uuteen A6 Avant E-tron -konseptiautoon perustuvan farmarimallin.
Useat kiinalaiset autonvalmistajat, kuten Xpeng Motors, NIO, Li Auto, BYD ja Geelyn omistama Lotus, ovat myös ilmoittaneet siirtymisestä 800 voltin arkkitehtuuriin.
”Taycanin ja E-tron GT:n myötä käytössäsi on luokkansa suorituskykyisin ajoneuvo. Ioniq 5 on todiste siitä, että edullinen perheauto on mahdollinen”, Kessel Gruber totesi. ”Jos nämä muutamat autot pystyvät siihen, niin jokainen auto pystyy siihen.”
Julkaisun aika: 19. huhtikuuta 2022