У 2021 році світові продажі електромобілів становитимуть 9% від загального обсягу продажів легкових автомобілів.
Щоб збільшити цю цифру, окрім значних інвестицій у нові бізнес-ландшафти для прискорення розробки, виробництва та просування електрифікації, автовиробники та постачальники також наполегливо працюють над підготовкою до наступного покоління компонентів автомобілів.
Прикладами є твердотільні акумулятори, осьові двигуни та 800-вольтові електричні системи, які обіцяють скоротити час заряджання вдвічі, різко зменшити розмір і вартість акумулятора, а також підвищити ефективність трансмісії.
Поки що лише кілька нових автомобілів використовували систему на 800 вольт замість звичайних 400.
Моделі з 800-вольтовими системами, які вже є на ринку: Porsche Taycan, Audi E-tron GT, Hyundai Ioniq 5 та Kia EV6. Лімузин Lucid Air використовує 900-вольтову архітектуру, хоча галузеві експерти вважають, що технічно це 800-вольтова система.
З точки зору постачальників компонентів для електромобілів, архітектура акумуляторів на 800 вольт стане домінуючою технологією до кінця 2020-х років, особливо з появою все більшої кількості спеціалізованих повністю електричних платформ на архітектурі 800 вольт, таких як E-GMP від Hyundai та PPE від Volkswagen Group.
Модульна електрична платформа E-GMP від Hyundai Motor розроблена компанією Vitesco Technologies, що займається силовими агрегатами, що відокремилася від Continental AG, для виробництва 800-вольтових інверторів; Volkswagen Group PPE — це архітектура акумуляторів на 800 вольт, спільно розроблена Audi та Porsche. Модульна платформа для електромобілів.
«До 2025 року моделі з 800-вольтовими системами стануть більш поширеними», – сказав Дірк Кессельгрубер, президент підрозділу електричних трансмісій GKN, компанії з розробки технологій. GKN також є одним із кількох постачальників першого рівня, які використовують цю технологію, постачаючи такі компоненти, як 800-вольтові електричні осі, з метою масового виробництва у 2025 році.
Він розповів Automotive News Europe: «Ми вважаємо, що система на 800 вольт стане мейнстрімом. Hyundai також довела, що може бути так само конкурентоспроможною за ціною».
У Сполучених Штатах ціна Hyundai IQNIQ 5 починається від 43 650 доларів, що є більш обґрунтованим варіантом, ніж середня ціна на електромобілі в 60 054 долари у лютому 2022 року, і може бути прийнятним для більшої кількості споживачів.
«800 вольт – це логічний наступний крок в еволюції повністю електричних транспортних засобів», – сказав в інтерв'ю Олександр Райх, керівник відділу інноваційної силової електроніки у Vitesco.
Окрім постачання 800-вольтових інверторів для модульної електричної платформи E-GMP від Hyundai, Vitesco уклала інші важливі контракти, зокрема на інвертори для великого північноамериканського автовиробника та двох провідних електромобілів у Китаї та Японії. Постачальник забезпечує двигун.
Сегмент електричних систем на 800 вольт зростає швидше, ніж очікувалося лише кілька років тому, і клієнти стають сильнішими, повідомив електронною поштою Гаррі Хастед, головний технічний директор американського постачальника автозапчастин BorgWarner. Постачальник також виграв кілька замовлень, зокрема інтегрований модуль приводу для китайського бренду класу люкс.
1. Чому 800 вольт є «логічним наступним кроком»?
Які особливості 800-вольтової системи порівняно з існуючою 400-вольтовою системою?
По-перше, вони можуть видавати таку ж потужність при меншому струмі. Збільште час заряджання на 50% з тим самим розміром акумулятора.
В результаті, акумулятор, найдорожчий компонент електромобіля, можна зменшити, що підвищує ефективність і зменшує загальну вагу.
Отмар Шаррер, старший віце-президент з технології електрифікованих силових агрегатів компанії ZF, сказав: «Вартість електромобілів ще не досягла такого ж рівня, як у бензинових автомобілів, і менший акумулятор був би гарним рішенням. Крім того, наявність дуже великого акумулятора в такій компактній моделі, як Ioniq 5, сама по собі не має сенсу».
«Подвоївши напругу за тієї ж сили струму, автомобіль може отримати вдвічі більше енергії», – сказав Райх. «Якщо час зарядки буде достатньо швидким, електромобілю може не знадобитися витрачати час на подолання запасу ходу в 1000 кілометрів».
По-друге, оскільки вища напруга забезпечує ту саму потужність з меншим струмом, кабелі та дроти також можна зробити меншими та легшими, що зменшує споживання дорогої та важкої міді.
Втрати енергії також відповідно зменшуються, що призводить до кращої витривалості та покращеної роботи двигуна. Крім того, для забезпечення оптимальної температури акумулятора не потрібна складна система терморегуляції.
Зрештою, у поєднанні з новою технологією мікрочіпів на основі карбіду кремнію, система на 800 вольт може підвищити ефективність силового агрегату до 5 відсотків. Цей чіп втрачає мало енергії під час перемикання та особливо ефективний для рекуперативного гальмування.
Оскільки нові карбід-кремнієві мікросхеми використовують менше чистого кремнію, вартість може бути нижчою, і більше мікросхем можна буде постачати автомобільній промисловості, кажуть постачальники. Оскільки інші галузі промисловості схильні використовувати повністю кремнієві мікросхеми, вони конкурують з автовиробниками на лінії виробництва напівпровідників.
«На завершення, розробка 800-вольтових систем має вирішальне значення», – підсумовує Кессель Грубер з GKN.
2. Схема мережі зарядних станцій на 800 вольт
Ось ще одне питання: більшість існуючих зарядних станцій базуються на 400-вольтовій системі, чи справді є перевага для автомобілів, які використовують 800-вольтову систему?
Відповідь галузевих експертів: так. Хоча транспортному засобу потрібна зарядна інфраструктура на основі 800 вольт.
«Більшість існуючої інфраструктури швидкої зарядки постійного струму призначена для транспортних засобів на 400 вольт», – сказав Херстед. «Щоб досягти швидкої зарядки на 800 вольт, нам потрібне найновіше покоління високовольтних швидких зарядних пристроїв постійного струму високої потужності».
Це не проблема для домашньої зарядки, але поки що найшвидші мережі громадських зарядок у США обмежені. Райх вважає, що проблема ще складніша для зарядних станцій на автомагістралях.
Однак у Європі мережі зарядних систем на 800 вольт набирають обертів, і Ionity має низку пунктів зарядки на автомагістралях на 800 вольт і 350 кіловат по всій Європі.
Ionity EU — це багатопрофільний партнерський проект автовиробників щодо мережі потужних зарядних станцій для електромобілів, заснований BMW Group, Daimler AG, Ford Motor та Volkswagen. У 2020 році Hyundai Motor приєдналася до нього як п'ятий за величиною акціонер.
«Зарядний пристрій на 800 вольт і 350 кіловат означає, що час зарядки на 100 кілометрів становить 5-7 хвилин», — каже Шаллер з ZF. «Це ж просто чашка кави».
«Це справді революційна технологія. Вона також допоможе автомобільній промисловості переконати більше людей використовувати електромобілі».
Згідно з нещодавнім звітом Porsche, для збільшення запасу ходу на 400 кілометрів на типовій електростанції потужністю 50 кВт та напругою 400 В потрібно близько 80 хвилин; для станції потужністю 100 кВт – 40 хвилин; якщо охолоджувати зарядний штекер (вартість, вага та складність), це може ще більше скоротити час до 30 хвилин.
«Тому, прагнучи досягти вищої швидкості заряджання, перехід до вищої напруги неминучий», – підсумовується у звіті. Porsche вважає, що за напруги заряджання 800 вольт час скоротиться приблизно до 15 хвилин.
Підзарядка така ж проста та швидка, як заправка — є велика ймовірність, що це станеться.
3. Піонери консервативних галузей промисловості
Якщо технологія 800 вольт справді така гарна, варто запитати, чому, за винятком вищезгаданих моделей, майже всі електромобілі досі базуються на 400-вольтових системах, навіть лідери ринку Tesla та Volkswagen.
Шаллер та інші експерти пояснюють причини «зручністю» та «бути першопрохідцем у галузі».
Типовий будинок використовує трифазний змінний струм напругою 380 вольт (напруга насправді є діапазоном, а не фіксованим значенням), тому, коли автовиробники почали розгортати гібридні автомобілі з підзарядкою та повністю електричні транспортні засоби, зарядна інфраструктура вже існувала. А перша хвиля електромобілів була побудована на компонентах, розроблених для гібридних автомобілів з підзарядкою, які базувалися на 400-вольтових системах.
«Коли всі підключені до 400 вольт, це означає, що саме такий рівень напруги доступний в інфраструктурі всюди», – сказав Шаллер. «Це найзручніше, це одразу доступно. Тож люди не думають надто багато. Рішення приймаються одразу».
Кессель Грубер вважає Porsche піонером 800-вольтової системи, оскільки вона більше зосереджувалася на продуктивності, ніж на практичності.
Porsche наважується переоцінити те, що галузь перенесла з минулого. Він запитує себе: «Чи справді це найкраще рішення?» «Чи можемо ми розробити його з нуля?» У цьому і полягає краса бути високопродуктивним автовиробником.
Галузеві експерти погоджуються, що це лише питання часу, коли на ринку з'явиться більше електромобілів на 800 вольт.
Технічних проблем небагато, але деталі потребують розробки та перевірки; вартість може бути проблемою, але завдяки масштабу, меншим коміркам та меншій кількості міді низька вартість незабаром з'явиться.
Volvo, Polestar, Stellantis та General Motors вже заявили, що майбутні моделі використовуватимуть цю технологію.
Група Volkswagen планує випустити низку автомобілів на своїй платформі PPE з напругою 800 вольт, включаючи новий Macan та універсал на базі нового концепту A6 Avant E-tron.
Низка китайських автовиробників також оголосили про перехід на 800-вольтову архітектуру, включаючи Xpeng Motors, NIO, Li Auto, BYD та Lotus, що належить Geely.
«Taycan та E-tron GT – це автомобіль із провідною у своєму класі продуктивністю. Ioniq 5 – це доказ того, що доступний сімейний автомобіль можливий», – підсумував Кессель Грубер. «Якщо ці кілька автомобілів можуть це зробити, то кожен автомобіль може це зробити».
Час публікації: 19 квітня 2022 р.