В 2021 году мировые продажи электромобилей составят 9% от общего объема продаж легковых автомобилей.
Чтобы увеличить это число, автопроизводители и поставщики не только вкладывают значительные средства в новые бизнес-ландшафты для ускорения разработки, производства и продвижения электрификации, но и ломают голову над подготовкой к выпуску следующего поколения автомобильных компонентов.
В качестве примеров можно привести твердотельные аккумуляторы, двигатели с осевым потоком и 800-вольтовые электрические системы, которые обещают сократить время зарядки вдвое, значительно уменьшить размер и стоимость аккумулятора, а также повысить эффективность трансмиссии.
До сих пор лишь несколько новых автомобилей использовали 800-вольтовую систему вместо общепринятой 400-вольтовой.
Модели с 800-вольтовыми системами, которые уже есть на рынке: Porsche Taycan, Audi E-tron GT, Hyundai Ioniq 5 и Kia EV6. Лимузин Lucid Air использует 900-вольтовую архитектуру, хотя эксперты отрасли считают, что технически это 800-вольтовая система.
С точки зрения поставщиков компонентов для электромобилей, к концу 2020-х годов архитектура аккумуляторных батарей на 800 вольт станет доминирующей технологией, особенно по мере появления все большего количества специализированных полностью электрических платформ на 800 вольт, таких как E-GMP компании Hyundai и PPE компании Volkswagen Group.
Модульная электрическая платформа E-GMP от Hyundai Motor поставляется компанией Vitesco Technologies, компанией по производству силовых агрегатов, отделившейся от Continental AG, для поставки 800-вольтовых инверторов; Volkswagen Group PPE — это архитектура аккумуляторных батарей на 800 вольт, совместно разработанная Audi и Porsche. Модульная платформа для электромобилей.
«К 2025 году модели с 800-вольтовыми системами станут более распространенными», — сказал Дирк Кессельгрубер, президент подразделения электроприводов GKN, компании по разработке технологий. GKN также является одним из нескольких поставщиков Tier 1, использующих эту технологию, поставляя такие компоненты, как 800-вольтовые электрические оси, с прицелом на массовое производство в 2025 году.
Он сказал Automotive News Europe: «Мы считаем, что 800-вольтовая система станет общепринятой. Hyundai также доказала, что она может быть столь же конкурентоспособной по цене».
В Соединенных Штатах цена на Hyundai IQNIQ 5 начинается от 43 650 долларов США, что более обоснованно, чем средняя цена электромобилей в 60 054 доллара США в феврале 2022 года, и может быть одобрено большим количеством потребителей.
«800 вольт — это логичный следующий шаг в развитии чисто электромобилей», — заявил в интервью Александр Райх, руководитель отдела инновационной силовой электроники компании Vitesco.
Помимо поставки 800-вольтовых инверторов для модульной электрической платформы Hyundai E-GMP, Vitesco заключила другие крупные контракты, включая инверторы для крупного североамериканского автопроизводителя и двух ведущих производителей электромобилей в Китае и Японии. Поставщик предоставляет двигатель.
Сегмент 800-вольтовых электрических систем растет быстрее, чем ожидалось всего несколько лет назад, и клиенты становятся сильнее, сказал Гарри Хастед, главный технический директор американского поставщика автозапчастей BorgWarner, по электронной почте. интерес. Поставщик также получил несколько заказов, включая интегрированный модуль привода для китайского люксового бренда.
1. Почему 800 вольт — это «логичный следующий шаг»?
Каковы основные преимущества 800-вольтовой системы по сравнению с существующей 400-вольтовой системой?
Во-первых, они могут выдавать ту же мощность при меньшем токе. Увеличить время зарядки на 50% при том же размере батареи.
В результате аккумулятор, самый дорогой компонент электромобиля, можно сделать меньше, что повысит эффективность и снизит общий вес.
Отмар Шаррер, старший вице-президент по технологиям электрифицированных силовых агрегатов в ZF, сказал: «Стоимость электромобилей пока не достигла того же уровня, что и у бензиновых автомобилей, и меньшая батарея была бы хорошим решением. Кроме того, наличие очень большой батареи в массовой компактной модели, такой как Ioniq 5, само по себе не имеет смысла».
«Удваивая напряжение и тот же ток, автомобиль может получить вдвое больше энергии», — сказал Райх. «Если время зарядки достаточно быстрое, электромобилю, возможно, не придется тратить время на достижение запаса хода в 1000 километров».
Во-вторых, поскольку более высокое напряжение обеспечивает ту же мощность при меньшем токе, кабели и провода можно сделать меньше и легче, что снижает потребление дорогой и тяжелой меди.
Соответственно, также будет снижена потеря энергии, что приведет к лучшей выносливости и улучшению производительности двигателя. И не требуется сложной системы терморегулирования, чтобы гарантировать работу батареи при оптимальной температуре.
Наконец, в сочетании с новой технологией микрочипов из карбида кремния 800-вольтовая система может повысить эффективность силовой установки до 5 процентов. Этот чип теряет мало энергии при переключении и особенно эффективен для рекуперативного торможения.
Поскольку новые чипы из карбида кремния используют меньше чистого кремния, себестоимость может быть ниже, и больше чипов может быть поставлено в автомобильную промышленность, говорят поставщики. Поскольку другие отрасли, как правило, используют чипы из полностью кремния, они конкурируют с автопроизводителями на линии производства полупроводников.
«В заключение следует сказать, что разработка 800-вольтовых систем имеет решающее значение», — заключает Кессель Грубер из GKN.
2. Схема сети зарядных станций напряжением 800 В
Вот еще один вопрос: большинство существующих зарядных станций основаны на системе напряжением 400 вольт. Действительно ли автомобили, использующие систему напряжением 800 вольт, имеют какие-либо преимущества?
Ответ экспертов отрасли: да. Хотя для автомобиля необходима инфраструктура зарядки на базе 800 вольт.
«Большая часть существующей инфраструктуры быстрой зарядки постоянного тока рассчитана на 400-вольтовые транспортные средства», — сказал Херстед. «Чтобы добиться быстрой зарядки в 800 вольт, нам нужно новейшее поколение высоковольтных, мощных быстрых зарядных устройств постоянного тока».
Это не проблема для домашней зарядки, но пока что самые быстрые сети общественных зарядок в США ограничены. Райх считает, что проблема еще сложнее для станций зарядки на шоссе.
Однако в Европе сети зарядных систем с напряжением 800 вольт набирают популярность, и у Ionity есть несколько пунктов зарядки на шоссе с напряжением 800 вольт и мощностью 350 киловатт по всей Европе.
Ionity EU — это проект партнерства нескольких автопроизводителей по созданию сети мощных зарядных станций для электромобилей, основанный BMW Group, Daimler AG, Ford Motor и Volkswagen. В 2020 году Hyundai Motor присоединилась в качестве пятого по величине акционера.
«800-вольтовое зарядное устройство мощностью 350 киловатт обеспечивает зарядку на 100 километров за 5–7 минут», — говорит Шаллер из ZF. «Это всего лишь чашка кофе».
«Это действительно прорывная технология. Она также поможет автомобильной промышленности убедить больше людей перейти на электромобили».
Согласно недавнему отчету Porsche, для увеличения запаса хода на 250 миль при использовании типичной электростанции мощностью 50 кВт и напряжением 400 В требуется около 80 минут; если речь идет о 100 кВт, то для охлаждения зарядного штекера (затраты, вес и сложность) требуется 40 минут, что может сократить время еще больше — до 30 минут.
«Поэтому в стремлении к достижению более высокой скорости зарядки переход к более высоким напряжениям неизбежен», — говорится в отчете. Porsche считает, что при напряжении зарядки 800 вольт время сократится примерно до 15 минут.
Подзарядка так же проста и быстра, как заправка топливом — есть большая вероятность, что так и будет.
3. Пионеры в консервативных отраслях
Если 800-вольтовая технология действительно так хороша, стоит задаться вопросом, почему, за исключением вышеупомянутых моделей, почти все электромобили по-прежнему базируются на 400-вольтовых системах, даже лидеры рынка Tesla и Volkswagen.
Шаллер и другие эксперты объясняют это «удобством» и «первенством отрасли».
Типичный дом использует 380 вольт трехфазного переменного тока (напряжение на самом деле является диапазоном, а не фиксированным значением), поэтому, когда автопроизводители начали выпускать подключаемые гибриды и чистые электромобили, инфраструктура для зарядки уже существовала. И первая волна электромобилей была построена на компонентах, разработанных для подключаемых гибридов, которые были основаны на 400-вольтовых системах.
«Когда все на 400 вольтах, это означает, что это уровень напряжения, который доступен в инфраструктуре повсюду», — сказал Шаллер. «Это наиболее удобно, это доступно немедленно. Поэтому люди не думают слишком много. Сразу решается».
Кессель Грубер считает Porsche пионером 800-вольтовой системы, поскольку она была больше ориентирована на производительность, чем на практичность.
Porsche осмеливается пересмотреть то, что отрасль переняла из прошлого. Он спрашивает себя: «Действительно ли это лучшее решение?» «Можем ли мы разработать его с нуля?» В этом и заключается прелесть быть высокопроизводительным автопроизводителем.
Эксперты отрасли сошлись во мнении, что появление на рынке большего количества 800-вольтовых электромобилей — лишь вопрос времени.
Технических проблем не так много, но детали необходимо разрабатывать и проверять; стоимость может быть проблемой, но с ростом масштабов, уменьшением размеров ячеек и уменьшением количества меди стоимость вскоре станет низкой.
Volvo, Polestar, Stellantis и General Motors уже заявили, что будущие модели будут использовать эту технологию.
Volkswagen Group планирует выпустить ряд автомобилей на своей 800-вольтовой платформе PPE, включая новый Macan и универсал на базе нового концепта A6 Avant E-tron.
Ряд китайских автопроизводителей также объявили о переходе на 800-вольтовую архитектуру, среди которых Xpeng Motors, NIO, Li Auto, BYD и принадлежащий Geely Lotus.
«С Taycan и E-tron GT вы получаете автомобиль с лучшими в своем классе характеристиками. Ioniq 5 — доказательство того, что доступный семейный автомобиль возможен», — заключил Кессель Грубер. «Если эти несколько автомобилей могут это сделать, то это может сделать каждый автомобиль».
Время публикации: 19 апреля 2022 г.