Árið 2021 mun sala rafknúinna ökutækja nema 9% af heildarsölu fólksbíla á heimsvísu.
Til að auka þá tölu, auk þess að fjárfesta mikið í nýjum viðskiptaumhverfum til að flýta fyrir þróun, framleiðslu og kynningu á rafvæðingu, eru bílaframleiðendur og birgjar einnig að leggja sig fram um að undirbúa næstu kynslóð ökutækjaíhluta.
Dæmi eru meðal annars rafgeymar í föstu formi, ásflæðismótorar og 800 volta rafkerfi sem lofa að stytta hleðslutíma um helming, draga verulega úr stærð og kostnaði rafhlöðu og bæta skilvirkni drifbúnaðar.
Hingað til hafa aðeins fáeinir nýir bílar notað 800 volta kerfi í stað hefðbundins 400 volta kerfis.
Líkön með 800 volta kerfi sem þegar eru á markaðnum eru: Porsche Taycan, Audi E-tron GT, Hyundai Ioniq 5 og Kia EV6. Lucid Air lúxusbíllinn notar 900 volta kerfi, þó að sérfræðingar í greininni telji að það sé tæknilega séð 800 volta kerfi.
Frá sjónarhóli birgja íhluta fyrir rafbíla verður 800 volta rafhlöðuhönnun ríkjandi tækni í lok þriðja áratugarins 2020, sérstaklega þar sem fleiri og fleiri sérhæfðir 800 volta rafmagnspallar koma fram, eins og E-GMP frá Hyundai og PPE frá Volkswagen Group.
Rafmagnspallur Hyundai Motor, E-GMP, er frá Vitesco Technologies, drifbúnaðarfyrirtæki sem var stofnað af Continental AG, og býður upp á 800 volta invertera; Volkswagen Group PPE er 800 volta rafhlöðuarkitektúr sem Audi og Porsche þróuðu sameiginlega. Mátunarpallur fyrir rafbíla.
„Fyrir árið 2025 verða gerðir með 800 volta kerfum algengari,“ sagði Dirk Kesselgruber, forseti rafdrifsdeildar GKN, sem er tækniþróunarfyrirtæki. GKN er einnig einn af nokkrum Tier 1 birgjum sem nota tæknina og útvega íhluti eins og 800 volta rafknúna öxla, með stefnu um fjöldaframleiðslu árið 2025.
Hann sagði við Automotive News Europe: „Við teljum að 800 volta kerfið muni verða almennt. Hyundai hefur einnig sannað að það getur verið jafn samkeppnishæft á verði.“
Í Bandaríkjunum byrjar Hyundai IQNIQ 5 á $43.650, sem er sanngjarnara en meðalverð rafbíla upp á $60.054 í febrúar 2022 og fleiri neytendur geta sætt sig við það.
„800 volt er rökrétt næsta skref í þróun hreinna rafknúinna ökutækja,“ sagði Alexander Reich, yfirmaður nýstárlegrar rafeindatækni hjá Vitesco, í viðtali.
Auk þess að útvega 800 volta invertera fyrir E-GMP mátkerfisrafmagnspall Hyundai, hefur Vitesco tryggt sér aðra stóra samninga, þar á meðal invertera fyrir stóran norður-amerískan bílaframleiðanda og tvo leiðandi rafknúin ökutæki í Kína og Japan. Birgirinn útvegar mótorinn.
Rafkerfishlutinn fyrir 800 volta rafkerfi er að vaxa hraðar en búist var við fyrir aðeins nokkrum árum og viðskiptavinir eru að styrkjast, sagði Harry Husted, yfirmaður tæknimála hjá bandaríska bílavarahlutaframleiðandanum BorgWarner, í tölvupósti. Birgirinn hefur einnig unnið nokkrar pantanir, þar á meðal samþætta drifeiningu fyrir kínverskt lúxusmerki.
1. Hvers vegna er 800 volt „rökrétta næsta skrefið“?
Hverjir eru helstu kostir 800 volta kerfisins samanborið við núverandi 400 volta kerfi?
Í fyrsta lagi geta þær skilað sama afli við lægri straum. Hleðslutími eykst um 50% með sömu rafhlöðustærð.
Þar af leiðandi er hægt að smærri rafhlöðuna, dýrasta íhlutinn í rafknúnum ökutækjum, sem eykur skilvirkni og dregur úr heildarþyngd.
Otmar Scharrer, framkvæmdastjóri rafknúinna drifbúnaðartækni hjá ZF, sagði: „Kostnaður við rafbíla er ekki enn kominn á sama stig og við bensínbíla og minni rafgeymir væri góð lausn. Einnig er ekki skynsamlegt í sjálfu sér að hafa mjög stóra rafhlöðu í hefðbundnum smábíl eins og Ioniq 5.“
„Með því að tvöfalda spennuna og sama strauminn getur bíllinn fengið tvöfalt meiri orku,“ sagði Reich. „Ef hleðslutíminn er nógu hraður gæti rafmagnsbíllinn ekki þurft að eyða tíma í að elta 1.000 kílómetra drægni.“
Í öðru lagi, þar sem hærri spenna veitir sama afl með minni straumi, er einnig hægt að gera kapla og víra minni og léttari, sem dregur úr notkun dýrs og þungs kopars.
Orkutap minnkar einnig í samræmi við það, sem leiðir til betri endingar og bættrar afkösts mótorsins. Og ekkert flókið hitastjórnunarkerfi er nauðsynlegt til að tryggja að rafhlaðan starfi við kjörhitastig.
Að lokum, þegar það er parað við nýja örflögutækni úr kísilkarbíði, getur 800 volta kerfið aukið skilvirkni drifrásarinnar um allt að 5 prósent. Þessi örflögu tapar litlu orku við skiptingu og er sérstaklega áhrifarík fyrir endurnýjandi hemlun.
Þar sem nýju kísilkarbíðflögurnar nota minna af hreinu sílikoni gæti kostnaðurinn verið lægri og hægt væri að útvega bílaiðnaðinum fleiri flögur, að sögn birgja. Þar sem aðrar atvinnugreinar hafa tilhneigingu til að nota flögur sem eru eingöngu úr kísil keppa þær við bílaframleiðendur í framleiðslulínum hálfleiðara.
„Að lokum má segja að þróun 800 volta kerfa sé afar mikilvæg,“ segir Kessel Gruber hjá GKN að lokum.
2. Skipulag 800 volta hleðslustöðvakerfis
Hér er önnur spurning: Flestar núverandi hleðslustöðvar eru byggðar á 400 volta kerfinu, er virkilega einhver kostur við að bílar noti 800 volta kerfið?
Svar sérfræðinga í greininni er: já. Þó að ökutækið þurfi 800 volta hleðslukerfi.
„Mest af núverandi innviðum fyrir hraðhleðslu með jafnstraumi er fyrir 400 volta ökutæki,“ sagði Hursted. „Til að ná 800 volta hraðhleðslu þurfum við nýjustu kynslóð háspennu- og öflugra jafnstraumshleðslutækja.“
Þetta er ekki vandamál fyrir heimahleðslu, en hingað til eru hraðvirkustu almennu hleðslunetin í Bandaríkjunum takmörkuð. Reich telur að vandamálið sé enn verra fyrir hleðslustöðvar við þjóðvegi.
Í Evrópu eru 800 volta hleðslukerfi hins vegar í sókn og Ionity býður upp á fjölda 800 volta, 350 kílóvatta hleðslustöðva á þjóðvegum víðsvegar um Evrópu.
Ionity EU er samstarfsverkefni margra bílaframleiðenda um net öflugra hleðslustöðva fyrir rafbíla, stofnað af BMW Group, Daimler AG, Ford Motor og Volkswagen. Árið 2020 bættist Hyundai Motor við sem fimmti stærsti hluthafinn.
„800 volta, 350 kílóvötta hleðslutæki þýðir 100 kílómetra hleðslutíma á 5-7 mínútum,“ segir Schaller hjá ZF. „Þetta er bara bolli af kaffi.“
„Þetta er sannarlega byltingarkennd tækni. Hún mun einnig hjálpa bílaiðnaðinum að sannfæra fleiri um að taka upp rafbíla.“
Samkvæmt nýlegri skýrslu frá Porsche tekur það um 80 mínútur að bæta við 250 mílum af drægni í dæmigerðri 50 kW, 400V rafstöð; 40 mínútur ef hún er 100 kW; ef kæling á hleðslutenginu (kostnaður, þyngd og flækjustig), sem getur stytt tímann enn frekar niður í 30 mínútur.
„Þess vegna, í leit að hraðari hleðslu, er óhjákvæmilegt að skipta yfir í hærri spennu,“ segir í skýrslunni. Porsche telur að með 800 volta hleðsluspennu myndi tíminn stytta niður í um 15 mínútur.
Endurhleðsla jafn auðveld og hröð og að fylla á eldsneyti - það eru góðar líkur á að það gerist.
3. Frumkvöðlar í íhaldssömum atvinnugreinum
Ef 800 volta tækni er í raun svona góð, þá er vert að spyrja sig hvers vegna, fyrir utan áðurnefndar gerðir, nánast allir rafbílar eru enn byggðir á 400 volta kerfum, jafnvel markaðsleiðtogarnir Tesla og Volkswagen.
Schaller og aðrir sérfræðingar telja ástæðurnar vera „þægindi“ og „að vera í fyrsta sæti í greininni“.
Dæmigert heimili notar 380 volta þriggja fasa riðstraum (spennan er í raun bil, ekki fast gildi), svo þegar bílaframleiðendur fóru að kynna tengiltvinnbíla og eingöngu rafbíla, var hleðsluinnviðirnir þegar til staðar. Og fyrsta bylgja rafbíla var byggð á íhlutum sem þróaðir voru fyrir tengiltvinnbíla, sem voru byggðir á 400 volta kerfum.
„Þegar allir eru á 400 voltum þýðir það að það er spennustigið sem er tiltækt í innviðunum alls staðar,“ sagði Schaller. „Það er þægilegast, það er strax tiltækt. Svo fólk hugsar ekki of mikið. Tekur strax ákvörðun.“
Kessel Gruber telur Porsche vera brautryðjanda 800 volta kerfisins vegna þess að það einbeitti sér meira að afköstum en hagnýtni.
Porsche þorir að endurmeta það sem bílaiðnaðurinn hefur tekið með sér frá fortíðinni. Hann spyr sig: „Er þetta virkilega besta lausnin?“ „Getum við hannað þetta frá grunni?“ Það er fegurðin við að vera afkastamikill bílaframleiðandi.
Sérfræðingar í greininni hafa verið sammála um að það sé aðeins tímaspursmál hvenær fleiri 800 volta rafknúin ökutæki koma á markaðinn.
Það eru ekki margar tæknilegar áskoranir, en íhlutir þurfa að vera þróaðir og sannreyndir; kostnaður gæti verið vandamál, en með stærðargráðu, minni frumum og minna kopar, mun lágur kostnaður koma fljótlega.
Volvo, Polestar, Stellantis og General Motors hafa þegar lýst því yfir að framtíðargerðir muni nota tæknina.
Volkswagen-samsteypan hyggst setja á markað úrval bíla á 800 volta PPE-grunni sínum, þar á meðal nýjan Macan og station-bíl sem byggir á nýja A6 Avant E-tron hugmyndabílnum.
Fjöldi kínverskra bílaframleiðenda hefur einnig tilkynnt að þeir muni færa sig yfir í 800 volta arkitektúr, þar á meðal Xpeng Motors, NIO, Li Auto, BYD og Lotus í eigu Geely.
„Með Taycan og E-tron GT ertu með bíl með fremstu afköst í sínum flokki. Ioniq 5 er sönnun þess að hagkvæmur fjölskyldubíll er mögulegur,“ sagði Kessel Gruber að lokum. „Ef þessir fáu bílar geta gert það, þá geta allir bílar gert það.“
Birtingartími: 19. apríl 2022