År 2021 kommer den globala försäljningen av elbilar att stå för 9 % av den totala försäljningen av personbilar.
För att öka den siffran, förutom att investera kraftigt i nya affärsmiljöer för att påskynda utvecklingen, tillverkningen och marknadsföringen av elektrifiering, arbetar även biltillverkare och leverantörer hårt för att förbereda sig för nästa generations fordonskomponenter.
Exempel inkluderar solid-state-batterier, axialflödesmotorer och 800-volts elektriska system som lovar att halvera laddningstiderna, drastiskt minska batteristorlek och kostnad samt förbättra drivlinans effektivitet.
Hittills har bara en handfull nya bilar använt ett 800-voltssystem istället för det vanliga 400-voltssystem.
Modeller med 800-voltssystem som redan finns på marknaden är: Porsche Taycan, Audi E-tron GT, Hyundai Ioniq 5 och Kia EV6. Lucid Air-limousinen använder en 900-voltsarkitektur, även om branschexperter tror att det tekniskt sett är ett 800-voltssystem.
Ur leverantörernas elbilskomponentperspektiv kommer 800-voltsbatterier att vara den dominerande tekniken i slutet av 2020-talet, särskilt i takt med att fler och fler dedikerade helelektriska plattformar med 800-voltsarkitektur dyker upp, såsom Hyundais E-GMP och PPE från Volkswagen-gruppen.
Hyundai Motors modulära elplattform E-GMP tillhandahålls av Vitesco Technologies, ett drivlineföretag som avknoppats från Continental AG, för att tillhandahålla 800-volts växelriktare; Volkswagen Group PPE är en 800-volts batteriarkitektur som utvecklats gemensamt av Audi och Porsche. Modulär elfordonsplattform.
"År 2025 kommer modeller med 800-voltssystem att bli vanligare", säger Dirk Kesselgruber, vd för GKN:s division för elektriska drivlinor, ett teknikutvecklingsföretag. GKN är också en av flera Tier 1-leverantörer som använder tekniken och levererar komponenter som 800-volts elektriska axlar, med sikte på massproduktion år 2025.
Han berättade för Automotive News Europe: ”Vi tror att 800-voltssystemet kommer att bli vanligt. Hyundai har också bevisat att det kan vara lika konkurrenskraftigt på pris.”
I USA börjar Hyundai IQNIQ 5 på 43 650 dollar, vilket är mer stabilt än genomsnittspriset på 60 054 dollar för elbilar i februari 2022, och kan accepteras av fler konsumenter.
”800 volt är det logiska nästa steget i utvecklingen av rena elfordon”, sa Alexander Reich, chef för innovativ kraftelektronik på Vitesco, i en intervju.
Förutom att leverera 800-volts växelriktare till Hyundais modulära elplattform E-GMP har Vitesco säkrat andra stora kontrakt, inklusive växelriktare för en stor nordamerikansk biltillverkare och två ledande elbilar i Kina och Japan. Leverantören tillhandahåller motorn.
Segmentet för 800-volts elektriska system växer snabbare än väntat för bara några år sedan, och kunderna blir starkare, sa Harry Husted, teknikchef på den amerikanska bildelsleverantören BorgWarner, via e-post. Leverantören har också vunnit några order, inklusive en integrerad drivmodul för ett kinesiskt lyxmärke.
1. Varför är 800 volt det "logiska nästa steget"?
Vilka är höjdpunkterna med 800-voltssystemet jämfört med det befintliga 400-voltssystemet?
För det första kan de leverera samma effekt vid lägre strömstyrka. Öka laddningstiden med 50 % med samma batteristorlek.
Som ett resultat kan batteriet, den dyraste komponenten i ett elfordon, göras mindre, vilket ökar effektiviteten samtidigt som den totala vikten minskar.
Otmar Scharrer, senior vice president för elektrifierad drivlineteknik på ZF, sa: ”Kostnaden för elbilar är ännu inte på samma nivå som för bensindrivna fordon, och ett mindre batteri skulle vara en bra lösning. Att ha ett mycket stort batteri i en vanlig kompaktmodell som Ioniq 5 är inte heller meningsfullt i sig.”
"Genom att fördubbla spänningen och samma strömstyrka kan bilen få dubbelt så mycket energi", sa Reich. "Om laddningstiden är tillräckligt snabb kanske elbilen inte behöver spendera tid på att köra 1 000 kilometer."
För det andra, eftersom högre spänningar ger samma effekt med mindre ström, kan kablar och ledningar också göras mindre och lättare, vilket minskar förbrukningen av dyr och tung koppar.
Förlusten av energi minskar också i motsvarande grad, vilket resulterar i bättre uthållighet och förbättrad motorprestanda. Och inget komplext värmehanteringssystem krävs för att säkerställa att batteriet fungerar vid optimal temperatur.
Slutligen, i kombination med den nya kiselkarbidmikrochiptekniken, kan 800-voltssystemet öka drivlinans effektivitet med upp till 5 procent. Detta chip förlorar lite energi vid växling och är särskilt effektivt för regenerativ bromsning.
Eftersom de nya kiselkarbidchipsen använder mindre ren kisel kan kostnaden bli lägre och fler chip kan levereras till bilindustrin, säger leverantörerna. Eftersom andra industrier tenderar att använda helkiselchips konkurrerar de med biltillverkare på halvledarproduktionslinjen.
”Sammanfattningsvis är utvecklingen av 800-voltssystem avgörande”, avslutar GKN:s Kessel Gruber.
2. Nätverkslayout för 800-volts laddningsstationer
Här är en annan fråga: De flesta befintliga laddstationer är baserade på 400-voltssystemet, finns det verkligen en fördel med bilar som använder 800-voltssystemet?
Svaret från branschexperter är: ja. Även om fordonet behöver en 800-voltsbaserad laddningsinfrastruktur.
"Det mesta av den befintliga infrastrukturen för DC-snabbladdning är för 400-voltsfordon", sa Hursted. "För att uppnå 800-volts snabbladdning behöver vi den senaste generationen av högspännings- och högeffekts-DC-snabbladdare."
Det är inte ett problem för hemmaladdning, men hittills är de snabbaste publika laddningsnätverken i USA begränsade. Reich tror att problemet är ännu svårare för laddningsstationer på motorvägar.
I Europa är dock laddningsnätverk för 800-volts system på uppgång, och Ionity har ett antal laddningsstationer för motorvägar på 800 volt och 350 kilowatt över hela Europa.
Ionity EU är ett partnerskapsprojekt mellan flera biltillverkare för ett nätverk av högpresterande laddningsstationer för elfordon, grundat av BMW Group, Daimler AG, Ford Motor och Volkswagen. År 2020 gick Hyundai Motor med som femte största aktieägare.
”En laddare på 800 volt och 350 kilowatt innebär en laddningstid på 5–7 minuter på 100 kilometer”, säger Schaller från ZF. ”Det är bara en kopp kaffe.”
"Detta är verkligen en banbrytande teknologi. Den kommer också att hjälpa bilindustrin att övertyga fler människor att anamma elbilar."
Enligt en färsk rapport från Porsche tar det cirka 80 minuter att lägga till 400 miles räckvidd i ett typiskt 50 kW, 400 V kraftverk; 40 minuter om det är 100 kW; om man kyler laddningskontakten (kostnader, vikt och komplexitet), vilket ytterligare kan minska tiden till 30 minuter.
"Därför är en övergång till högre spänningar oundviklig i strävan att uppnå laddning med högre hastighet", konstaterades i rapporten. Porsche tror att med en laddningsspänning på 800 volt skulle tiden minska till cirka 15 minuter.
Att ladda lika enkelt och snabbt som att tanka – det finns en god chans att det kommer att hända.
3. Pionjärer inom konservativa branscher
Om 800-voltstekniken verkligen är så bra, är det värt att fråga sig varför, med undantag för de ovannämnda modellerna, nästan alla elbilar fortfarande är baserade på 400-voltssystem, även marknadsledarna Tesla och Volkswagen.
Schaller och andra experter tillskriver orsakerna "bekvämlighet" och att "vara en branschledande".
Ett typiskt hus använder 380 volt trefas växelström (spänningshastigheten är egentligen ett intervall, inte ett fast värde), så när biltillverkare började lansera laddhybrider och rena elbilar fanns laddningsinfrastrukturen redan där. Och den första vågen av elbilar byggdes på komponenter utvecklade för laddhybrider, vilka baserades på 400-voltssystem.
"När alla är på 400 volt betyder det att det är den spänningsnivån som finns tillgänglig i infrastrukturen överallt", sa Schaller. "Det är det bekvämaste, det är omedelbart tillgängligt. Så folk tänker inte för mycket. Beslutar sig omedelbart."
Kessel Gruber menar att Porsche var en pionjär inom 800-voltssystemet eftersom det fokuserade mer på prestanda än praktisk användning.
Porsche vågar omvärdera vad branschen har tagit med sig från det förflutna. Han frågar sig själv: "Är detta verkligen den bästa lösningen?" "Kan vi designa den från grunden?" Det är det fina med att vara en högpresterande biltillverkare.
Branschexperter är överens om att det bara är en tidsfråga innan fler 800-volts elbilar kommer ut på marknaden.
Det finns inte många tekniska utmaningar, men delar behöver utvecklas och valideras; kostnaden kan vara ett problem, men med skala, mindre celler och mindre koppar kommer låg kostnad snart.
Volvo, Polestar, Stellantis och General Motors har redan uppgett att framtida modeller kommer att använda tekniken.
Volkswagen-koncernen planerar att lansera en rad bilar på sin 800-volts PPE-plattform, inklusive en ny Macan och en kombi baserad på det nya A6 Avant E-tron-konceptet.
Ett antal kinesiska biltillverkare har också aviserat en övergång till 800-voltsarkitektur, inklusive Xpeng Motors, NIO, Li Auto, BYD och Geely-ägda Lotus.
”Med Taycan och E-tron GT har du ett fordon med klassledande prestanda. Ioniq 5 är ett bevis på att en prisvärd familjebil är möjlig”, avslutade Kessel Gruber. ”Om dessa få bilar kan göra det, så kan alla bilar göra det.”
Publiceringstid: 19 april 2022