Im Jahr 2021 werden die weltweiten Elektrofahrzeugverkäufe 9 % des gesamten Pkw-Verkaufs ausmachen.
Um diese Zahl zu steigern, investieren Automobilhersteller und Zulieferer nicht nur massiv in neue Geschäftslandschaften, um die Entwicklung, Herstellung und Förderung der Elektrifizierung zu beschleunigen, sondern zerbrechen sich auch den Kopf, um sich auf die nächste Generation von Fahrzeugkomponenten vorzubereiten.
Beispiele hierfür sind Festkörperbatterien, Axialflussmotoren und 800-Volt-Bordnetze, die eine Halbierung der Ladezeiten, eine drastische Reduzierung von Batteriegröße und -kosten sowie eine Verbesserung der Antriebseffizienz versprechen.
Bisher nutzen nur eine Handvoll Neuwagen ein 800-Volt-System statt der üblichen 400.
Modelle mit 800-Volt-Systemen sind bereits auf dem Markt: Porsche Taycan, Audi E-tron GT, Hyundai Ioniq 5 und Kia EV6. Die Lucid Air-Limousine verwendet eine 900-Volt-Architektur, obwohl Branchenexperten davon ausgehen, dass es sich technisch gesehen um ein 800-Volt-System handelt.
Aus Sicht der Zulieferer von EV-Komponenten wird die 800-Volt-Batteriearchitektur bis Ende der 2020er Jahre die dominierende Technologie sein, insbesondere da immer mehr dedizierte vollelektrische Plattformen mit 800-Volt-Architektur auftauchen, wie beispielsweise Hyundais E-GMP und PPE von des Volkswagen-Konzerns.
Die modulare Elektroplattform E-GMP von Hyundai Motor wird von Vitesco Technologies bereitgestellt, einem von der Continental AG abgespaltenen Antriebsstrangunternehmen, das 800-Volt-Wechselrichter bereitstellt. Beim Volkswagen Group PPE handelt es sich um eine von Audi und Porsche gemeinsam entwickelte 800-Volt-Batteriearchitektur. Modulare Plattform für Elektrofahrzeuge.
„Bis 2025 werden Modelle mit 800-Volt-Systemen häufiger vorkommen“, sagte Dirk Kesselgruber, Präsident der Elektroantriebssparte von GKN, einem Technologieentwicklungsunternehmen. GKN ist auch einer von mehreren Tier-1-Zulieferern, die diese Technologie nutzen und Komponenten wie 800-Volt-Elektroachsen liefern, mit Blick auf die Massenproduktion im Jahr 2025.
Er sagte gegenüber Automotive News Europe: „Wir glauben, dass das 800-Volt-System zum Mainstream werden wird. Hyundai hat auch bewiesen, dass es preislich gleichermaßen wettbewerbsfähig sein kann.“
In den USA startet der Hyundai IQNIQ 5 bei 43.650 US-Dollar, was niedriger ist als der Durchschnittspreis von 60.054 US-Dollar für Elektrofahrzeuge im Februar 2022 und kann von mehr Verbrauchern akzeptiert werden.
„800 Volt sind der logische nächste Schritt in der Entwicklung reiner Elektrofahrzeuge“, sagte Alexander Reich, Leiter innovative Leistungselektronik bei Vitesco, in einem Interview.
Neben der Lieferung von 800-Volt-Wechselrichtern für die modulare Elektroplattform E-GMP von Hyundai hat Vitesco weitere Großaufträge erhalten, darunter Wechselrichter für einen großen nordamerikanischen Autohersteller und zwei führende Elektrofahrzeuge in China und Japan. Der Lieferant stellt den Motor zur Verfügung.
Das Segment der 800-Volt-Bordnetze wachse schneller als noch vor wenigen Jahren erwartet, und die Kundenzahl werde stärker, sagte Harry Husted, Chief Technology Officer beim US-Autoteilezulieferer BorgWarner, per E-Mail. Interesse. Der Zulieferer hat auch einige Aufträge gewonnen, darunter ein integriertes Antriebsmodul für eine chinesische Luxusmarke.
1. Warum sind 800 Volt der „logische nächste Schritt“?
Was sind die Highlights des 800-Volt-Systems im Vergleich zum bestehenden 400-Volt-System?
Erstens können sie die gleiche Leistung bei geringerem Strom liefern. Erhöhen Sie die Ladezeit um 50 % bei gleicher Akkugröße.
Dadurch kann die Batterie, die teuerste Komponente in einem Elektrofahrzeug, kleiner gemacht werden, was die Effizienz steigert und gleichzeitig das Gesamtgewicht reduziert.
Otmar Scharrer, Senior Vice President für elektrifizierte Antriebstechnologie bei ZF, sagte: „Die Kosten für Elektrofahrzeuge sind noch nicht auf dem gleichen Niveau wie für Benzinfahrzeuge, und eine kleinere Batterie wäre eine gute Lösung. Außerdem wäre eine sehr große Batterie drin.“ Ein Mainstream-Kompaktmodell wie der Ioniq 5 macht an sich keinen Sinn.“
„Durch die Verdoppelung der Spannung und des gleichen Stroms kann das Auto doppelt so viel Energie bekommen“, sagte Reich. „Wenn die Ladezeit schnell genug ist, muss das Elektroauto möglicherweise keine Zeit aufwenden, um eine Reichweite von 1.000 Kilometern anzustreben.“
Zweitens können Kabel und Leitungen kleiner und leichter gemacht werden, da höhere Spannungen die gleiche Leistung bei geringerem Strom liefern, wodurch der Verbrauch von teurem und schwerem Kupfer reduziert wird.
Auch der Energieverlust wird entsprechend reduziert, was zu einer besseren Ausdauer und einer verbesserten motorischen Leistungsfähigkeit führt. Und es ist kein komplexes Wärmemanagementsystem erforderlich, um sicherzustellen, dass die Batterie bei optimaler Temperatur arbeitet.
In Kombination mit der neuen Siliziumkarbid-Mikrochip-Technologie kann das 800-Volt-System schließlich die Effizienz des Antriebsstrangs um bis zu 5 Prozent steigern. Dieser Chip verliert beim Schalten wenig Energie und ist besonders effektiv beim regenerativen Bremsen.
Da für die neuen Siliziumkarbid-Chips weniger reines Silizium verwendet wird, könnten die Kosten niedriger sein und es könnten mehr Chips an die Autoindustrie geliefert werden, sagten Zulieferer. Da andere Branchen dazu tendieren, ausschließlich Siliziumchips zu verwenden, konkurrieren sie mit den Automobilherstellern in der Halbleiterproduktionslinie.
„Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Entwicklung von 800-Volt-Systemen von entscheidender Bedeutung ist“, schlussfolgert Kessel Gruber von GKN.
2. Aufbau des 800-Volt-Ladestationsnetzes
Hier noch eine Frage: Die meisten bestehenden Ladestationen basieren auf dem 400-Volt-System. Gibt es wirklich einen Vorteil für Autos mit dem 800-Volt-System?
Die Antwort von Branchenexperten lautet: Ja. Allerdings benötigt das Fahrzeug eine 800-Volt-basierte Ladeinfrastruktur.
„Der Großteil der vorhandenen Gleichstrom-Schnellladeinfrastruktur ist für 400-Volt-Fahrzeuge vorgesehen“, sagte Hursted. „Um eine 800-Volt-Schnellladung zu erreichen, benötigen wir die neueste Generation von Hochspannungs- und Hochleistungs-Gleichstrom-Schnellladegeräten.“
Für das Laden zu Hause ist das kein Problem, aber die schnellsten öffentlichen Ladenetze in den USA sind bisher begrenzt. Reich glaubt, dass das Problem bei Autobahnladestationen noch größer sei.
In Europa sind jedoch 800-Volt-Systemladenetze auf dem Vormarsch, und Ionity verfügt europaweit über eine Reihe von 800-Volt- und 350-Kilowatt-Autobahnladepunkten.
Ionity EU ist ein Multi-Automobilhersteller-Partnerschaftsprojekt für ein Netzwerk von Hochleistungsladestationen für Elektrofahrzeuge, gegründet von der BMW Group, der Daimler AG, Ford Motor und Volkswagen. Im Jahr 2020 kam Hyundai Motor als fünftgrößter Anteilseigner hinzu.
„Ein 800-Volt-350-Kilowatt-Ladegerät bedeutet eine 100-Kilometer-Ladezeit von 5-7 Minuten“, sagt Schaller von ZF. „Das ist nur eine Tasse Kaffee.“
„Das ist wirklich eine bahnbrechende Technologie. Sie wird auch der Automobilindustrie helfen, mehr Menschen davon zu überzeugen, Elektrofahrzeuge zu nutzen.“
Laut einem aktuellen Bericht von Porsche dauert es etwa 80 Minuten, um mit einem typischen 50-kW-400-V-Kraftwerk eine Reichweite von 250 Meilen zu erreichen. 40 Minuten, wenn es 100 kW ist; B. beim Kühlen des Ladesteckers (Kosten, Gewicht und Komplexität), wodurch sich die Zeit weiter auf 30 Minuten reduzieren lässt.
„Auf dem Weg zu schnellerem Laden ist daher ein Übergang zu höheren Spannungen unumgänglich“, heißt es in dem Bericht abschließend. Porsche geht davon aus, dass sich die Zeit bei einer Ladespannung von 800 Volt auf rund 15 Minuten verkürzen würde.
Das Aufladen ist so einfach und schnell wie das Auftanken – die Chancen stehen gut, dass es klappt.
3. Pioniere in konservativen Branchen
Wenn die 800-Volt-Technologie tatsächlich so gut ist, stellt sich die Frage, warum mit Ausnahme der oben genannten Modelle noch immer fast alle Elektrofahrzeuge auf 400-Volt-Systemen basieren, selbst die Marktführer Tesla und Volkswagen. ?
Schaller und andere Experten führen die Gründe auf „Bequemlichkeit“ und „Branchenneuheit“ zurück.
Ein typisches Haus nutzt 380 Volt dreiphasigen Wechselstrom (der Spannungswert ist eigentlich ein Bereich, kein fester Wert). Als die Automobilhersteller also mit der Einführung von Plug-in-Hybriden und reinen Elektrofahrzeugen begannen, war die Ladeinfrastruktur bereits vorhanden. Und die erste Welle von Elektrofahrzeugen basierte auf Komponenten, die für Plug-in-Hybride entwickelt wurden, die auf 400-Volt-Systemen basierten.
„Wenn alle an 400 Volt angeschlossen sind, bedeutet das, dass dies die Spannung ist, die überall in der Infrastruktur verfügbar ist“, sagte Schaller. „Es ist am bequemsten, es ist sofort verfügbar. Die Leute denken also nicht zu viel nach. Sofort entschieden.“
Kessel Gruber bezeichnet Porsche als Pionier des 800-Volt-Systems, da der Schwerpunkt mehr auf Leistung als auf Praktikabilität lag.
Porsche wagt eine Neubewertung dessen, was die Branche aus der Vergangenheit übernommen hat. Er fragt sich: „Ist das wirklich die beste Lösung?“ „Können wir es von Grund auf entwerfen?“ Das ist das Schöne daran, ein Hochleistungsautohersteller zu sein.
Branchenexperten sind sich einig, dass es nur eine Frage der Zeit ist, bis weitere 800-Volt-Elektrofahrzeuge auf den Markt kommen.
Es gibt nicht viele technische Herausforderungen, aber Teile müssen entwickelt und validiert werden; Die Kosten mögen ein Problem sein, aber mit der Größe, kleineren Zellen und weniger Kupfer werden die Kosten bald sinken.
Volvo, Polestar, Stellantis und General Motors haben bereits erklärt, dass zukünftige Modelle die Technologie nutzen werden.
Der Volkswagen-Konzern plant die Einführung einer Reihe von Fahrzeugen auf seiner 800-Volt-PPE-Plattform, darunter ein neuer Macan und ein Kombi auf Basis des neuen A6 Avant E-tron-Konzepts.
Eine Reihe chinesischer Autohersteller haben ebenfalls einen Wechsel zur 800-Volt-Architektur angekündigt, darunter Xpeng Motors, NIO, Li Auto, BYD und der zu Geely gehörende Lotus.
„Mit dem Taycan und dem E-tron GT haben Sie ein Fahrzeug mit erstklassiger Leistung. Der Ioniq 5 ist der Beweis dafür, dass ein erschwingliches Familienauto möglich ist“, schloss Kessel Gruber. „Wenn diese wenigen Autos es können, dann kann es jedes Auto.“
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 19. April 2022