I 2021 vil det globale salget av elbiler utgjøre 9 % av det totale personbilsalget.
For å øke dette tallet, i tillegg til å investere tungt i nye forretningslandskap for å akselerere utviklingen, produksjonen og markedsføringen av elektrifisering, jobber også bilprodusenter og leverandører hardt for å forberede seg på neste generasjon av bildeler.
Eksempler inkluderer solid-state-batterier, aksialstrømsmotorer og 800-volts elektriske systemer som lover å halvere ladetiden, redusere batteristørrelsen og -kostnadene drastisk, og forbedre drivverkets effektivitet.
Så langt har bare en håndfull nye biler brukt et 800-volts system i stedet for det vanlige 400.
Modeller med 800-voltssystemer som allerede er på markedet er: Porsche Taycan, Audi E-tron GT, Hyundai Ioniq 5 og Kia EV6. Lucid Air-limousinen bruker en 900-voltsarkitektur, selv om bransjeeksperter mener at det teknisk sett er et 800-volts system.
Fra perspektivet til leverandører av elbilkomponenter vil 800-volts batteriarkitektur være den dominerende teknologien innen slutten av 2020-tallet, spesielt ettersom flere og flere dedikerte helelektriske plattformer med 800-volts arkitektur dukker opp, som Hyundais E-GMP og PPE fra Volkswagen-gruppen.
Hyundai Motors modulære elektriske plattform E-GMP leveres av Vitesco Technologies, et drivlinjeselskap som er skilt ut fra Continental AG, for å tilby 800-volts omformere; Volkswagen Group PPE er en 800-volts batteriarkitektur utviklet i fellesskap av Audi og Porsche. Modulær plattform for elektriske kjøretøy.
«Innen 2025 vil modeller med 800-volts systemer bli vanligere», sa Dirk Kesselgruber, president for GKNs avdeling for elektriske drivlinjer, et teknologiutviklingsselskap. GKN er også en av flere Tier 1-leverandører som bruker teknologien, og leverer komponenter som 800-volts elektriske aksler, med sikte på masseproduksjon i 2025.
Han fortalte Automotive News Europe: «Vi tror 800-voltssystemet vil bli vanlig. Hyundai har også bevist at det kan være like konkurransedyktig på pris.»
I USA starter Hyundai IQNIQ 5 på 43 650 dollar, noe som er mer rimelig enn gjennomsnittsprisen på 60 054 dollar for elbiler i februar 2022, og kan aksepteres av flere forbrukere.
«800 volt er det logiske neste steget i utviklingen av rent elektriske kjøretøy», sa Alexander Reich, leder for innovativ kraftelektronikk hos Vitesco, i et intervju.
I tillegg til å levere 800-volts omformere til Hyundais modulære elektriske plattform E-GMP, har Vitesco sikret seg andre store kontrakter, inkludert omformere for en stor nordamerikansk bilprodusent og to ledende elbiler i Kina og Japan. Leverandøren leverer motoren.
Segmentet for 800-volts elektriske systemer vokser raskere enn forventet for bare noen få år siden, og kundene blir sterkere, sa Harry Husted, teknologidirektør hos den amerikanske bildelleverandøren BorgWarner, via e-post. Leverandøren har også vunnet noen ordrer, inkludert en integrert drivmodul for et kinesisk luksusmerke.
1. Hvorfor er 800 volt det «logiske neste steget»?
Hva er høydepunktene med 800-voltssystemet sammenlignet med det eksisterende 400-voltssystemet?
For det første kan de levere samme effekt med lavere strøm. Øk ladetiden med 50 % med samme batteristørrelse.
Som et resultat kan batteriet, den dyreste komponenten i et elbil, gjøres mindre, noe som øker effektiviteten samtidig som den totale vekten reduseres.
Otmar Scharrer, senior visepresident for elektrifisert drivlinjeteknologi hos ZF, sa: «Kostnaden for elbiler er ennå ikke på samme nivå som bensinbiler, og et mindre batteri ville være en god løsning. Det gir heller ikke mening i seg selv å ha et veldig stort batteri i en vanlig kompaktmodell som Ioniq 5.»
«Ved å doble spenningen og samme strømstyrke kan bilen få dobbelt så mye energi», sa Reich. «Hvis ladetiden er rask nok, trenger kanskje ikke elbilen å bruke tid på å kjøre en rekkevidde på 1000 kilometer.»
For det andre, fordi høyere spenninger gir samme effekt med mindre strøm, kan kabler og ledninger også gjøres mindre og lettere, noe som reduserer forbruket av dyrt og tungt kobber.
Tapt energi vil også reduseres tilsvarende, noe som resulterer i bedre utholdenhet og forbedret motorytelse. Og det kreves ikke noe komplekst termisk styringssystem for å sikre at batteriet opererer ved optimal temperatur.
Til slutt, når det kombineres med ny silisiumkarbid-mikrochipteknologi, kan 800-voltssystemet øke drivlinjeeffektiviteten med opptil 5 prosent. Denne brikken mister lite energi ved kobling og er spesielt effektiv for regenerativ bremsing.
Leverandørene sa at fordi de nye silisiumkarbidbrikkene bruker mindre rent silisium, kan kostnaden bli lavere, og flere brikker kan leveres til bilindustrien. Fordi andre industrier har en tendens til å bruke helsilisiumbrikker, konkurrerer de med bilprodusenter på produksjonslinjen for halvledere.
«Avslutningsvis er utviklingen av 800-voltssystemer avgjørende», konkluderer Kessel Gruber i GKN.
2. Nettverksoppsett for 800-volts ladestasjon
Her er et annet spørsmål: De fleste eksisterende ladestasjoner er basert på 400-voltssystemet. Er det virkelig en fordel med biler som bruker 800-voltssystemet?
Svaret gitt av bransjeeksperter er: ja. Selv om kjøretøyet trenger en 800-volts ladeinfrastruktur.
«Det meste av den eksisterende infrastrukturen for hurtiglading med likestrøm er for 400-volts kjøretøy», sa Hursted. «For å oppnå 800-volts hurtiglading trenger vi den nyeste generasjonen av høyspennings- og kraftige likestrømshurtigladere.»
Det er ikke et problem for hjemmelading, men så langt er de raskeste offentlige ladenettverkene i USA begrenset. Reich mener problemet er enda vanskeligere for ladestasjoner på motorveier.
I Europa er imidlertid 800-volts ladenettverk på vei oppover, og Ionity har en rekke 800-volts ladepunkter på 350 kilowatt på motorveier over hele Europa.
Ionity EU er et partnerskapsprosjekt mellom flere bilprodusenter for et nettverk av kraftige ladestasjoner for elbiler, grunnlagt av BMW Group, Daimler AG, Ford Motor og Volkswagen. I 2020 ble Hyundai Motor den femte største aksjonæren.
«En lader på 800 volt og 350 kilowatt betyr en ladetid på 5–7 minutter på 100 kilometer», sier Schaller fra ZF. «Det er bare en kopp kaffe.»
«Dette er virkelig en disruptiv teknologi. Den vil også hjelpe bilindustrien med å overbevise flere om å omfavne elbiler.»
Ifølge en fersk rapport fra Porsche tar det omtrent 80 minutter å legge til 400 miles rekkevidde i et typisk 50 kW, 400 V kraftverk; 40 minutter hvis det er 100 kW; og hvis ladepluggen kjøles ned (kostnader, vekt og kompleksitet), noe som kan redusere tiden ytterligere til 30 minutter.
«Derfor er en overgang til høyere spenninger uunngåelig i jakten på å oppnå høyere ladinghastighet», konkluderte rapporten. Porsche mener at med en ladespenning på 800 volt ville tiden synke til rundt 15 minutter.
Lading like enkelt og raskt som å fylle drivstoff – det er stor sjanse for at det kommer til å skje.
3. Pionerer i konservative bransjer
Hvis 800-voltsteknologi faktisk er så bra, er det verdt å spørre hvorfor, med unntak av de nevnte modellene, nesten alle elbiler fortsatt er basert på 400-voltssystemer, selv markedslederne Tesla og Volkswagen.
Schaller og andre eksperter tilskriver årsakene til «bekvemmelighet» og «å være en bransjeførende».
Et typisk hus bruker 380 volt trefasevekselstrøm (spenningsraten er faktisk et område, ikke en fast verdi), så da bilprodusentene begynte å rulle ut plug-in-hybrider og rent elektriske kjøretøy, var ladeinfrastrukturen allerede der. Og den første bølgen av elbiler ble bygget på komponenter utviklet for plug-in-hybrider, som var basert på 400-voltssystemer.
«Når alle er på 400 volt, betyr det at det er spenningsnivået som er tilgjengelig i infrastrukturen overalt», sa Schaller. «Det er det mest praktiske, det er umiddelbart tilgjengelig. Så folk tenker ikke for mye. De bestemmer seg umiddelbart.»
Kessel Gruber gir Porsche æren for å være en pioner innen 800-voltssystemet fordi det fokuserte mer på ytelse enn praktisk bruk.
Porsche tør å revurdere det bransjen har tatt med seg fra fortiden. Han spør seg selv: «Er dette virkelig den beste løsningen?» «Kan vi designe den fra bunnen av?» Det er det fine med å være en høytytende bilprodusent.
Bransjeeksperter er enige om at det bare er et spørsmål om tid før flere 800-volts elbiler kommer på markedet.
Det er ikke mange tekniske utfordringer, men deler må utvikles og valideres. Kostnaden kan være et problem, men med skala, mindre celler og mindre kobber, vil lav kostnad komme snart.
Volvo, Polestar, Stellantis og General Motors har allerede uttalt at fremtidige modeller vil bruke teknologien.
Volkswagen-gruppen planlegger å lansere en rekke biler på sin 800-volts PPE-plattform, inkludert en ny Macan og en stasjonsvogn basert på det nye A6 Avant E-tron-konseptet.
En rekke kinesiske bilprodusenter har også annonsert en overgang til 800-voltsarkitektur, inkludert Xpeng Motors, NIO, Li Auto, BYD og Geely-eide Lotus.
«Med Taycan og E-tron GT har du et kjøretøy med klasseledende ytelse. Ioniq 5 er et bevis på at en rimelig familiebil er mulig», konkluderte Kessel Gruber. «Hvis disse få bilene kan gjøre det, så kan alle biler gjøre det.»
Publisert: 19. april 2022