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Système électrique de 800 volts - la clé pour raccourcir le temps de charge des véhicules à énergie nouvelle

En 2021, les ventes mondiales de véhicules électriques représenteront 9 % des ventes totales de voitures particulières.

Pour augmenter ce nombre, en plus d'investir massivement dans de nouveaux paysages commerciaux pour accélérer le développement, la fabrication et la promotion de l'électrification, les constructeurs automobiles et les fournisseurs se creusent également la tête pour se préparer à la prochaine génération de composants de véhicules.

Les exemples incluent les batteries à semi-conducteurs, les moteurs à flux axial et les systèmes électriques de 800 volts qui promettent de réduire de moitié les temps de charge, de réduire considérablement la taille et le coût de la batterie et d'améliorer l'efficacité de la transmission.

Jusqu'à présent, seule une poignée de nouvelles voitures ont utilisé un système de 800 volts au lieu du 400 commun.

Les modèles avec des systèmes de 800 volts déjà sur le marché sont : Porsche Taycan, Audi E-tron GT, Hyundai Ioniq 5 et Kia EV6.La limousine Lucid Air utilise une architecture de 900 volts, bien que les experts de l'industrie pensent qu'il s'agit techniquement d'un système de 800 volts.

Du point de vue des fournisseurs de composants de véhicules électriques, l'architecture de batterie 800 volts sera la technologie dominante d'ici la fin des années 2020, d'autant plus que de plus en plus de plates-formes entièrement électriques dédiées à l'architecture 800 volts émergent, telles que l'E-GMP et l'EPI de Hyundai. le groupe Volkswagen.

La plate-forme électrique modulaire E-GMP de Hyundai Motor est fournie par Vitesco Technologies, une société de groupes motopropulseurs issue de Continental AG, pour fournir des onduleurs de 800 volts ;Volkswagen Group PPE est une architecture de batterie de 800 volts développée conjointement par Audi et Porsche.Plate-forme de véhicule électrique modulaire.

"D'ici 2025, les modèles avec des systèmes de 800 volts deviendront plus courants", a déclaré Dirk Kesselgruber, président de la division de transmission électrique de GKN, une société de développement technologique.GKN est également l'un des nombreux fournisseurs de niveau 1 utilisant la technologie, fournissant des composants tels que des essieux électriques de 800 volts, en vue d'une production de masse en 2025.

Il a déclaré à Automotive News Europe : "Nous pensons que le système 800 volts deviendra courant. Hyundai a également prouvé qu'il peut être tout aussi compétitif en termes de prix."

Aux États-Unis, le Hyundai IQNIQ 5 démarre à 43 650 $, ce qui est plus fondé que le prix moyen de 60 054 $ pour les véhicules électriques en février 2022, et peut être accepté par plus de consommateurs.

"Le 800 volts est la prochaine étape logique dans l'évolution des véhicules électriques purs", a déclaré Alexander Reich, responsable de l'électronique de puissance innovante chez Vitesco, dans une interview.

En plus de fournir des onduleurs de 800 volts pour la plate-forme électrique modulaire E-GMP de Hyundai, Vitesco a obtenu d'autres contrats majeurs, notamment des onduleurs pour un grand constructeur automobile nord-américain et deux véhicules électriques de premier plan en Chine et au Japon.Le fournisseur fournit le moteur.

Le segment des systèmes électriques de 800 volts connaît une croissance plus rapide que prévu il y a quelques années à peine, et les clients se renforcent, a déclaré par e-mail Harry Husted, directeur de la technologie chez le fournisseur américain de pièces automobiles BorgWarner.intérêt.Le fournisseur a également décroché quelques commandes, dont un module d'entraînement intégré pour une marque de luxe chinoise.

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1. Pourquoi le 800 volts est-il la "prochaine étape logique" ?

 

Quels sont les points forts du système 800 volts par rapport au système 400 volts existant ?

Premièrement, ils peuvent fournir la même puissance à un courant plus faible.Augmentez le temps de charge de 50 % avec la même taille de batterie.

En conséquence, la batterie, le composant le plus cher d'un véhicule électrique, peut être plus petite, ce qui augmente l'efficacité tout en réduisant le poids total.

Otmar Scharrer, vice-président senior de la technologie des groupes motopropulseurs électrifiés chez ZF, a déclaré : « Le coût des véhicules électriques n'est pas encore au même niveau que celui des véhicules à essence, et une batterie plus petite serait une bonne solution. un modèle compact grand public comme le Ioniq 5 n'a pas de sens en soi.

"En doublant la tension et le même courant, la voiture peut obtenir deux fois plus d'énergie", a déclaré Reich."Si le temps de charge est suffisamment rapide, la voiture électrique n'aura peut-être pas besoin de passer du temps à poursuivre une autonomie de 1 000 kilomètres."

Deuxièmement, comme des tensions plus élevées fournissent la même puissance avec moins de courant, les câbles et les fils peuvent également être plus petits et plus légers, ce qui réduit la consommation de cuivre coûteux et lourd.

L'énergie perdue sera également réduite en conséquence, ce qui se traduira par une meilleure endurance et des performances motrices améliorées.Et aucun système de gestion thermique complexe n'est nécessaire pour garantir que la batterie fonctionne à la température optimale.

Enfin, lorsqu'il est associé à la technologie émergente des micropuces au carbure de silicium, le système de 800 volts peut augmenter l'efficacité du groupe motopropulseur jusqu'à 5 %.Cette puce perd peu d'énergie lors des commutations et est particulièrement efficace pour le freinage récupératif.

Étant donné que les nouvelles puces en carbure de silicium utilisent moins de silicium pur, le coût pourrait être inférieur et davantage de puces pourraient être fournies à l'industrie automobile, ont déclaré les fournisseurs.Parce que d'autres industries ont tendance à utiliser des puces entièrement en silicium, elles sont en concurrence avec les constructeurs automobiles sur la chaîne de production de semi-conducteurs.

"En conclusion, le développement de systèmes 800 volts est crucial", conclut Kessel Gruber de GKN.

 

2. Disposition du réseau de bornes de recharge de 800 volts

 

Voici une autre question : la plupart des bornes de recharge existantes sont basées sur le système 400 volts, y a-t-il vraiment un avantage pour les voitures utilisant le système 800 volts ?

La réponse donnée par les experts de l'industrie est : oui.Bien que le véhicule ait besoin d'une infrastructure de charge basée sur 800 volts.

"La plupart de l'infrastructure de charge rapide CC existante est destinée aux véhicules de 400 volts", a déclaré Hursted."Pour atteindre une charge rapide de 800 volts, nous avons besoin de la dernière génération de chargeurs rapides CC haute tension et haute puissance."

Ce n'est pas un problème pour la recharge à domicile, mais jusqu'à présent, les réseaux de recharge publics les plus rapides aux États-Unis sont limités.Reich pense que le problème est encore plus difficile pour les bornes de recharge sur autoroute.

En Europe, cependant, les réseaux de recharge de systèmes de 800 volts sont en augmentation et Ionity dispose d'un certain nombre de bornes de recharge sur autoroute de 800 volts et 350 kilowatts à travers l'Europe.

Ionity EU est un projet de partenariat multi-constructeurs pour un réseau de bornes de recharge haute puissance pour véhicules électriques, fondé par le groupe BMW, Daimler AG, Ford Motor et Volkswagen.En 2020, Hyundai Motor est devenu le cinquième actionnaire.

"Un chargeur de 800 volts et 350 kilowatts signifie un temps de charge de 100 kilomètres de 5 à 7 minutes", déclare Schaller de ZF."C'est juste une tasse de café."

"Il s'agit vraiment d'une technologie perturbatrice. Elle aidera également l'industrie automobile à convaincre davantage de personnes d'adopter les véhicules électriques."

Selon un récent rapport de Porsche, il faut environ 80 minutes pour ajouter 250 miles d'autonomie dans une centrale électrique typique de 50 kW, 400 V ;40 minutes si c'est 100kW ;en cas de refroidissement de la prise de charge (coûts, poids et complexité), ce qui peut encore réduire le temps à 30 minutes.

"Par conséquent, dans la quête d'une charge à plus grande vitesse, une transition vers des tensions plus élevées est inévitable", conclut le rapport.Porsche estime qu'avec une tension de charge de 800 volts, le temps tomberait à environ 15 minutes.

Recharger aussi facilement et rapidement que faire le plein - il y a de fortes chances que cela se produise.

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3. Pionniers dans les industries conservatrices

 

Si la technologie 800 volts est en effet si bonne, il convient de se demander pourquoi, à l'exception des modèles susmentionnés, presque tous les véhicules électriques sont encore basés sur des systèmes 400 volts, même les leaders du marché Tesla et Volkswagen.?

Schaller et d'autres experts attribuent les raisons à la "commodité" et "être une première dans l'industrie".

Une maison typique utilise 380 volts de courant alternatif triphasé (le taux de tension est en fait une plage, pas une valeur fixe), donc lorsque les constructeurs automobiles ont commencé à déployer des hybrides rechargeables et des véhicules électriques purs, l'infrastructure de recharge était déjà là.Et la première vague de véhicules électriques a été construite sur des composants développés pour les hybrides rechargeables, qui étaient basés sur des systèmes de 400 volts.

"Quand tout le monde est sur 400 volts, cela signifie que c'est le niveau de tension disponible dans l'infrastructure partout", a déclaré Schaller."C'est le plus pratique, c'est immédiatement disponible. Pour que les gens ne réfléchissent pas trop. Immédiatement décidé."

Kessel Gruber attribue à Porsche le rôle de pionnier du système 800 volts, car il se concentrait davantage sur les performances que sur l'aspect pratique.

Porsche ose réévaluer ce que l'industrie a conservé du passé.Il se demande : « Est-ce vraiment la meilleure solution ?"Pouvons-nous le concevoir à partir de zéro?"C'est la beauté d'être un constructeur automobile de haute performance.

Les experts de l'industrie ont convenu que ce n'est qu'une question de temps avant que davantage de véhicules électriques de 800 volts n'arrivent sur le marché.

Il n'y a pas beaucoup de défis techniques, mais des pièces doivent être développées et validées ;le coût peut être un problème, mais avec l'échelle, des cellules plus petites et moins de cuivre, le faible coût viendra bientôt.

Volvo, Polestar, Stellantis et General Motors ont déjà déclaré que les futurs modèles utiliseront cette technologie.

Le groupe Volkswagen prévoit de lancer une gamme de voitures sur sa plate-forme EPI 800 volts, dont un nouveau Macan et un break basé sur le nouveau concept A6 Avant E-tron.

Un certain nombre de constructeurs automobiles chinois ont également annoncé le passage à l'architecture 800 volts, notamment Xpeng Motors, NIO, Li Auto, BYD et Lotus appartenant à Geely.

"Avec le Taycan et l'E-tron GT, vous disposez d'un véhicule aux performances de pointe. L'Ioniq 5 est la preuve qu'une voiture familiale abordable est possible", a conclu Kessel Gruber."Si si ces quelques voitures peuvent le faire, alors toutes les voitures peuvent le faire."


Heure de publication : 19 avril 2022