In 2021 zal de wereldwijde verkoop van elektrische auto's 9% van de totale personenautoverkoop uitmaken.
Om dat aantal te verhogen, investeren autofabrikanten en leveranciers niet alleen fors in nieuwe bedrijfsomgevingen om de ontwikkeling, productie en promotie van elektrificatie te versnellen, maar breken ze zich ook het hoofd over de voorbereidingen op de volgende generatie voertuigonderdelen.
Voorbeelden hiervan zijn solid-state-batterijen, axiale stroommotoren en 800-volt-elektrische systemen die de laadtijd met de helft kunnen verkorten, de batterijgrootte en -kosten drastisch kunnen verkleinen en de efficiëntie van de aandrijflijn kunnen verbeteren.
Tot nu toe zijn er slechts een handvol nieuwe auto's die een 800-voltsysteem gebruiken in plaats van het gebruikelijke 400-voltsysteem.
Modellen met 800-voltsystemen die al op de markt zijn, zijn: Porsche Taycan, Audi E-tron GT, Hyundai Ioniq 5 en Kia EV6. De Lucid Air limousine maakt gebruik van een 900-voltarchitectuur, hoewel experts in de branche ervan uitgaan dat het technisch gezien een 800-voltsysteem is.
Vanuit het perspectief van leveranciers van EV-componenten zal de 800-volt-batterijarchitectuur tegen het einde van de jaren 2020 de dominante technologie zijn, vooral omdat er steeds meer speciale, volledig elektrische platforms met 800-volt-architectuur op de markt komen, zoals Hyundai's E-GMP en PPE van de Volkswagen Group.
Het modulaire elektrische E-GMP-platform van Hyundai Motor wordt geleverd door Vitesco Technologies, een aandrijflijnbedrijf dat is afgesplitst van Continental AG, voor de levering van 800-voltomvormers; Volkswagen Group PPE is een 800-voltbatterijarchitectuur die gezamenlijk is ontwikkeld door Audi en Porsche. Modulair platform voor elektrische voertuigen.
"Tegen 2025 zullen modellen met 800-voltsystemen steeds gangbaarder worden", aldus Dirk Kesselgruber, president van de afdeling elektrische aandrijflijnen van GKN, een technologieontwikkelingsbedrijf. GKN is ook een van de vele Tier 1-leveranciers die de technologie gebruiken en componenten zoals 800-volt elektrische assen leveren, met het oog op massaproductie in 2025.
Hij vertelde aan Automotive News Europe: "Wij denken dat het 800-voltsysteem mainstream zal worden. Hyundai heeft ook bewezen dat het qua prijs net zo concurrerend kan zijn."
In de Verenigde Staten is de Hyundai IQNIQ 5 verkrijgbaar vanaf $ 43.650, wat lager is dan de gemiddelde prijs van $ 60.054 voor elektrische voertuigen in februari 2022 en door meer consumenten geaccepteerd zal worden.
"800 volt is de logische volgende stap in de evolutie van puur elektrische voertuigen", aldus Alexander Reich, hoofd innovatieve vermogenselektronica bij Vitesco, in een interview.
Naast de levering van 800-voltomvormers voor Hyundai's modulaire elektrische E-GMP-platform, heeft Vitesco ook andere belangrijke contracten binnengehaald, waaronder omvormers voor een grote Noord-Amerikaanse autofabrikant en twee toonaangevende elektrische voertuigen in China en Japan. De leverancier levert de motor.
Het segment van 800-volt elektrische systemen groeit sneller dan een paar jaar geleden werd verwacht, en de klantenkring groeit, aldus Harry Husted, Chief Technology Officer bij de Amerikaanse auto-onderdelenleverancier BorgWarner, via e-mail. De leverancier heeft ook enkele orders binnengehaald, waaronder een geïntegreerde aandrijfmodule voor een Chinees luxemerk.
1. Waarom is 800 volt de "logische volgende stap"?
Wat zijn de belangrijkste kenmerken van het 800-voltsysteem in vergelijking met het bestaande 400-voltsysteem?
Ten eerste kunnen ze hetzelfde vermogen leveren met een lagere stroomsterkte. De laadtijd kan met 50% worden verlengd met dezelfde accugrootte.
Hierdoor kan de accu, het duurste onderdeel van een elektrisch voertuig, kleiner worden gemaakt, wat de efficiëntie verhoogt en het totale gewicht verlaagt.
Otmar Scharrer, senior vice president elektrische aandrijflijntechnologie bij ZF, zei: "De kosten van elektrische voertuigen liggen nog niet op hetzelfde niveau als die van benzinevoertuigen, en een kleinere accu zou een goede oplossing zijn. Bovendien is een zeer grote accu in een gangbaar compact model zoals de Ioniq 5 op zich niet logisch."
"Door de spanning en dezelfde stroomsterkte te verdubbelen, kan de auto twee keer zoveel energie krijgen", aldus Reich. "Als de laadtijd snel genoeg is, hoeft de elektrische auto mogelijk geen tijd te besteden aan een actieradius van 1000 kilometer."
Ten tweede kunnen kabels en draden kleiner en lichter worden gemaakt, omdat hogere spanningen hetzelfde vermogen leveren met minder stroom. Hierdoor wordt het verbruik van duur en zwaar koper verminderd.
Energieverlies wordt hierdoor ook verminderd, wat resulteert in een beter uithoudingsvermogen en betere motorprestaties. Bovendien is er geen complex thermisch beheersysteem nodig om ervoor te zorgen dat de accu op de optimale temperatuur werkt.
Tot slot kan het 800-voltsysteem, in combinatie met de opkomende siliciumcarbide-microchiptechnologie, de efficiëntie van de aandrijflijn met wel 5 procent verhogen. Deze chip verliest weinig energie bij het schakelen en is bijzonder effectief bij regeneratief remmen.
Omdat de nieuwe siliciumcarbidechips minder zuiver silicium gebruiken, zouden de kosten lager kunnen uitvallen en kunnen er meer chips aan de auto-industrie worden geleverd, aldus leveranciers. Omdat andere industrieën doorgaans volledig siliciumchips gebruiken, concurreren ze met autofabrikanten op de halfgeleiderproductielijn.
"Concluderend kan ik zeggen dat de ontwikkeling van 800-voltsystemen van cruciaal belang is", concludeert Kessel Gruber van GKN.
2. Netwerkindeling van het 800-volt laadstation
Nog een vraag: de meeste bestaande laadstations zijn gebaseerd op het 400-voltsysteem. Zijn er echt voordelen als auto's het 800-voltsysteem gebruiken?
Het antwoord van experts uit de industrie is: ja. Hoewel het voertuig een laadinfrastructuur op basis van 800 volt nodig heeft.
"Het grootste deel van de bestaande DC-snellaadinfrastructuur is bedoeld voor voertuigen met een laadvermogen van 400 volt", aldus Hursted. "Om snelladen met 800 volt te realiseren, hebben we de nieuwste generatie DC-snelladers met hoog voltage en hoog vermogen nodig."
Dat is geen probleem voor thuisladen, maar tot nu toe zijn de snelste openbare laadnetwerken in de VS beperkt. Reich denkt dat het probleem nog groter is bij laadstations langs snelwegen.
In Europa zijn echter steeds meer 800-volt-laadnetwerken in opkomst en Ionity beschikt over een aantal 800-volt-snelweglaadpunten van 350 kilowatt, verspreid over heel Europa.
Ionity EU is een samenwerkingsverband tussen meerdere autofabrikanten voor een netwerk van krachtige laadstations voor elektrische voertuigen, opgericht door de BMW Group, Daimler AG, Ford Motor en Volkswagen. In 2020 trad Hyundai Motor toe als vijfde aandeelhouder.
"Een 800 volt, 350 kilowatt lader betekent een laadtijd van 100 kilometer in 5-7 minuten", zegt Schaller van ZF. "Dat is slechts een kop koffie."
"Dit is echt een baanbrekende technologie. Het zal de auto-industrie ook helpen om meer mensen te overtuigen om elektrische voertuigen te omarmen."
Volgens een recent rapport van Porsche duurt het ongeveer 80 minuten om 400 kilometer aan bereik toe te voegen met een typisch 50 kW, 400 V-energiestation; 40 minuten als het een 100 kW-energiestation is; als de laadstekker wordt gekoeld (kosten, gewicht en complexiteit), kan de tijd nog verder worden teruggebracht tot 30 minuten.
"Daarom is een overstap naar hogere spanningen onvermijdelijk in de zoektocht naar sneller laden", concludeerde het rapport. Porsche verwacht dat de laadtijd met een laadspanning van 800 volt zou dalen tot ongeveer 15 minuten.
Opladen is net zo makkelijk en snel als tanken: de kans is groot dat het gaat gebeuren.
3. Pioniers in conservatieve industrieën
Als de 800-volttechnologie inderdaad zo goed is, dan rijst de vraag waarom vrijwel alle elektrische voertuigen, met uitzondering van de eerder genoemde modellen, nog steeds gebaseerd zijn op 400-voltsystemen, zelfs marktleiders Tesla en Volkswagen.
Schaller en andere deskundigen schrijven de redenen toe aan 'gemak' en 'het feit dat het een primeur is in de sector'.
Een gemiddeld huis gebruikt 380 volt driefasenwisselstroom (de spanning is eigenlijk een bereik, geen vaste waarde). Toen autofabrikanten plug-in hybrides en volledig elektrische voertuigen op de markt brachten, was de laadinfrastructuur er al. En de eerste golf elektrische voertuigen was gebouwd op componenten die speciaal voor plug-in hybrides waren ontwikkeld en die gebaseerd waren op 400 volt-systemen.
"Als iedereen op 400 volt zit, betekent dat dat het voltage is dat overal in de infrastructuur beschikbaar is", aldus Schaller. "Het is het handigst, het is direct beschikbaar. Mensen hoeven er dus niet te veel over na te denken. Ze hebben meteen een beslissing."
Volgens Kessel Gruber was Porsche een pionier op het gebied van het 800-voltsysteem, omdat de nadruk bij het systeem meer lag op prestaties dan op bruikbaarheid.
Porsche durft te heroverwegen wat de industrie uit het verleden heeft overgenomen. Hij vraagt zich af: "Is dit echt de beste oplossing?" "Kunnen we het helemaal zelf ontwerpen?" Dat is het mooie van een high-performance autofabrikant.
Experts uit de sector zijn het erover eens dat het slechts een kwestie van tijd is voordat er meer elektrische voertuigen met 800 volt op de markt komen.
Er zijn niet veel technische uitdagingen, maar onderdelen moeten worden ontwikkeld en gevalideerd. De kosten kunnen een probleem zijn, maar dankzij de schaal, kleinere cellen en minder koper zullen de kosten snel dalen.
Volvo, Polestar, Stellantis en General Motors hebben al aangegeven dat toekomstige modellen gebruik zullen maken van deze technologie.
De Volkswagen Groep is van plan om een reeks auto's op zijn 800-volt PPE-platform te lanceren, waaronder een nieuwe Macan en een stationwagen gebaseerd op het nieuwe A6 Avant E-tron-concept.
Ook een aantal Chinese autofabrikanten hebben aangekondigd dat ze overstappen op de 800-voltarchitectuur, waaronder Xpeng Motors, NIO, Li Auto, BYD en Lotus (eigendom van Geely).
"Met de Taycan en de E-tron GT heb je een auto met toonaangevende prestaties in zijn klasse. De Ioniq 5 bewijst dat een betaalbare gezinsauto mogelijk is", concludeerde Kessel Gruber. "Als deze paar auto's het kunnen, dan kan elke auto het."
Plaatsingstijd: 19-04-2022