העשור האחרון הביא עמו שיפורים משמעותיים בעולם התחבורה החשמלית. מאז שמספר דגמים חשמליים נכנסו לייצור סדרתי לפני כ-15 שנה, כמו טסלה מודל S, ניסאן ליף ורנו זואי, יצרניות רכב מכל העולם החלו לפתח טכנולוגיות, סוללות ופלטפורמות חדשות. הפיתוחים הללו הובילו לעלייה בטווחי הנסיעה, לירידה בעלויות הייצור, למהירויות טעינה גבוהות יותר ולשיפור באמינות של רכבים חשמליים.
השנים האחרונות מאופיינות בהשקעות נרחבות ובקצב פיתוח גבוה במיוחד בתחום התחבורה החשמלית ואחד הכיוונים הבולטים הוא הגדלת מתח הסוללה. כיום רוב הרכבים החשמליים מצוידים במערכות במתח של 400 וולט, אך חלק מהיצרניות החלו להעביר את הדגמים החדשים יותר (או היקרים יותר) לארכיטקטורת 800 וולט.
המעבר למתח גבוה יותר טומן בחובו יתרונות, שמתבטאים בעיקר בטעינה מהירה יותר ובשיפור היעילות של הרכבים, אך הוא מציב גם מספר אתגרים. להלן סקירה של ארכיטקטורת 800 וולט – כיצד היא פועלת, מהם היתרונות והחסרונות שלה ומה היקף האימוץ שלה בתעשיית הרכב החשמלי.
מה המשמעות של ארכיטקטורת 400 או 800 וולט ברכב חשמלי?
המתח של רכב חשמלי מתייחס למתח העבודה של סוללת המתח הגבוה ושל מערכת ההנעה החשמלית. ארכיטקטורת הרכב החשמלי היא מערכת מורכבת הכוללת את הסוללה, המנועים החשמליים, מערכות בקרה, ציוד עזר, חיווט ורכיבים נוספים – והמתח שבו פועלת המערכת משפיע על התכנון והתפקוד של כל אחד מהם.
רוב הדגמים החשמליים הראשונים נבנו סביב ארכיטקטורה של 400 וולט, שהפכה לסטנדרט בתעשייה במשך יותר מעשור. בשנים האחרונות חלק מהיצרניות החלו להציג פלטפורמות של 800 וולט, שפועלות במתח גבוה בערך פי שניים.
נציין שהערכים הללו (400 ו-800) אינם קבועים או מדוייקים כפי שהשם שלהם עשוי לרמוז. רכבים עם מתח סוללה של 300-500 וולט מוגדרים כרכבי 400 וולט, ורכבים שבהם מתח המערכת גבוה מ-600 וולט מוגדרים כרכבי 800 וולט. כך לדוגמה יונדאי איוניק 5 מצוידת בסוללה במתח 697 וולט, מה שממקם אותה בקטגוריית רכבי 800 וולט.
למה יצרניות רכב עוברות ל-800 וולט?
מתחים גבוהים יותר בסוללת הרכב מאפשרים יעילות גבוהה יותר, ביצועים טובים יותר וטעינה מהירה יותר. עבור הנהגים המשמעות היא זמני טעינה קצרים יותר וצריכת אנרגיה נמוכה יותר.
היתרון העיקרי במעבר ל-800 וולט הוא הספק ומהירות הטעינה. כדי לטעון את הרכב בהספקים גבוהים, יש צורך בזרם חשמלי גבוה, אך ניתן להשיג זאת גם באמצעות מתח גבוה יותר. המשמעות של טעינה בזרם גבוה מתבטאת בין היתר בכבלי טעינה גדולים ויקרים יותר, חיווט פנימי עבה יותר וטמפרטורות גבוהות יותר הנובעות מהזרם הגבוה, שיוצרות עומס על הסוללה ועל מערכות הטעינה.
בנוסף לתקני הטעינה הפופולארים (בהם CCS ולאחרונה MCS, המיועד לתחבורה כבדה) יש מגבלה על הזרם המקסימלי שהם יכולים להעביר. הגדלת מתח המערכת מאפשרת להעלות את הספקי הטעינה המקסימליים, מבלי להגדיל את הזרם מעבר למגבלות אלו.
כך מהירות הטעינה המקסימלית ב-400 וולט עומדת על 250 קילוואט לרכב בייצור סדרתי – טסלה מודל 3 או Y לדוגמה. טעינה בהספק זה מאפשר לרכבים אלו לטעון 100 קילומטרים של טווח ב-5 דקות של טעינה*. דגמים המבוססים על ארכיטקטורת 800 וולט מציעים הספקי טעינה גבוהים משמעותית, דוגמת רכבי יונדאי-קיה שמציעים הספק טעינה מקסימלי של 350 קילוואט (טעינה של 100 ק״מ ב-3 או 4 דקות של טעינה), או דוגמת אקספנג שמציעה טעינה בהספקים הגבוהים מ-400 קילוואט (תיאורטית טעינה של 100 ק״מ ב-3 דקות בלבד).
ארכיטקטורת 800 וולט מפחיתה גם את צריכת האנרגיה. כאשר סוללה מספקת אותו הספק אך פועלת במתח גבוה יותר, הזרם החשמלי הנדרש נמוך יותר – ובכך הפסדי החום פוחתים כאשר המתח עולה. זרם נמוך יותר משפיע גם באופן חיובי על בריאות הסוללה.
נציין שיש לכך גם יתרונות בנסיעה ספורטיבית או תחרותית, שכן ההפחתה בהפסדי החום מאפשרת למערכת ניהול הטמפרטורה של הרכב להתמודד עם ההספקים הגבוהים של ההנעה ביעילות לאורך זמן.
אתגרים במעבר לארכיטקטורת 800 וולט
למרות היתרונות, ישנם מספר אתגרים במעבר לארכיטקטורת 800 וולט ברכבים חשמליים, הראשון שבהם הוא רשת הטעינה ומערכות הטעינה. כדי להגיע להספקי הטעינה המקסימליים יש צורך בעמדות טעינה ייעודיות המסוגלות לספק 800 וולט.
כיום כלל רשתות הטעינה מצוידות בעיקר בעמדות המיועדות לרכבי 400 וולט. יש מעט ספקיות טעינה בעולם שהחלו לפרוס עמדות של 800 וולט (טסלה ביניהן), אך נכון להיום מדובר במספר מצומצם מאוד של עמדות. אך מתח הטעינה אינו החסם היחיד – כדי שמספר רכבים יוכלו להיטען בהספקים גבוהים נדרשות גם תשתיות חשמל בעלות הספק גבוה מאוד.
אתגר נוסף נוגע לתכנון הרכב עצמו. ארכיטקטורת 800 וולט מחייבת תכנון מחדש של המעגלים והרכיבים, כדי להבטיח בידוד מתאים, מערכות בטיחות ומנגנוני הגנה וכן נהלי בדיקה מחמירים שיבטיחו את אמינות המערכת בסביבה של מתח גבוה. בנוסף, מערכות במתח גבוה דורשות שימוש ברכיבי הספק מתקדמים ויקרים יותר, ולעיתים גם מרווחים פיזיים גדולים יותר בין רכיבים חשמליים ותקני בידוד מחמירים.
כל אלה עשויים להעלות את עלויות הפיתוח והייצור של הרכב, גם אם במקרים מסוימים ניתן להפחית משקל ודרישות קירור בזכות הזרם הנמוך יותר במערכות מתח גבוה.
אימוץ ארכיטקטורת 800 וולט בקרב יצרניות הרכב
כמו ברוב הטכנולוגיות והפיתוחים החדשים, עלויות הפיתוח הגבוהות מייעדות את הטכנולוגיה בתחילה לסגמנט היוקרה – היצרנית הראשונה שהביאה לשוק רכב בארכיטקטורה כזו היא פורשה, שהכניסה לייצור את הטייקן בשנת 2019.
עם ארכיטקטורה של 800 וולט הטייקן זכתה לא רק לטעינה מהירה יותר, אלא גם להפחתה בעומס החום בנהיגה ספורטיבית, ״מערכת ה-800 וולט של פורשה מאפשרת ביצועים גבוהים באופן עקבי, זמני טעינה קצרים יותר של הסוללה, הפחתת משקל ודרישה לפחות מקום עבור החיווט״, כך לפי החברה.
ב-2021 יצרניות רכבי יוקרה ורכבי על נוספות החלו לשלב ארכיטקטורת 800 וולט בהן אאודי, רימאק וחברת ההזנק האמריקאית לוסיד מוטורס. השינוי החל להיכנס גם ליצרניות נוספות, המעניינת שבהן היא יונדאי, שחשפה פלטפורמה חשמלית בשם E-GMP, עליה מבוססים חשמליים דגמים של יונדאי-קיה.
למה מעניינת? כי יונדאי היא יצרנית הרכב ה״עממית״ הראשונה ששילבה את הארכיטקטורה החדשה ברכבים של יונדאי-קיה, ביניהם יונדאי איוניק 5, קיה EV6 ועוד. אך גם במקרה של יונדאי מדובר בדגמים היקרים יותר בליין. הדגמים הזולים יותר, כמו יונדאי קונה החשמלית, עדיין מבוססים על 400 וולט.
במהלך 2023–2024 החלו גם יצרניות אמריקאיות לשלב מערכות במתח גבוה בדגמים גדולים וכבדים יותר. טסלה ו-GMC החלו לשלב את ארכיטקטורת ה-800 וולט בטנדרים שלהם כדי לאפשר טעינה סופר מהירה לרכבי עבודה המצויידים בסוללות גדולות מאוד.
מי שנכנסים כעת לתחום במלוא הכוח היא תעשיית הרכב החשמלי הסינית. הסינים, שכבשו את שוק הסוללות לרכבים, החלו לחשוף דגמים בארכיטקטורת 800 וולט. אקספנג לדוגמה מייצרת מספר דגמים עם הספקי טעינה של 400 עד 450 קילוואט (גם בארץ).
BYD חשפה לאחרונה פלטפורמה חשמלית חדשה בשם Super e-Platform המבוססת על מתח של 1000 וולט, ותציע הספק טעינה גבוה מאוד – לטענת החברה תוכלו לטעון 100 ק״מ של טווח בדקה בודדת של טעינה.
בשלב ראשון החברה מייעדת את הפלטפורמה לדגמי היוקרה בלבד – כמו דנזה או Yangwang, מותגי יוקרה השייכים ל-BYD. בהמשך הדרך הפלטפורמה החדשה צפויה להשתלב גם בדגמים כמו BYD האן או BYD טאנג, אך BYD עדיין לא מדברת על הדגמים העממיים יותר שלה, כמו האטו 3 לדוגמה.
מרכבי יוקרה למיינסטרים: האם 800 וולט בדרך להפוך לסטנדרט
למרות היתרונות, המעבר לארכיטקטורת 800 וולט עדיין כרוך בעלויות גבוהות יותר. יש לזה מספר סיבות, אחת מהן היא גם שרשראות האספקה של רכיבים לתעשיית הרכב החשמלי, שבמשך שנים התפתחו סביב תעשיה של 400 וולט.
פורשה לדוגמה נדרשה בתחילת הדרך לעבוד עם מערכות במתחים שונים בתוך הטייקן – חלק מהרכבים פעלו במתח של 400 וולט בעוד אחרים ב-800 וולט, דבר שהעלה גם את המורכבות של הרכב וגם את עלות הייצור שלו, זאת לעומת הדגמים החדשים יותר של פורשה.
עם זאת, ככל שיותר יצרניות מאמצות את הארכיטקטורה, גם שרשראות האספקה והפיתוחים הטכנולוגיים מתחילים להתאים את עצמם למתח גבוה יותר. בכך הפער בעלויות הייצור בין הארכיטקטורות השונות צפוי להמשיך ולהצטמצם, וייתכן שבשלב מסוים עלויות הייצור יהיו דומות מאוד.
איך יש בעיה נוספת במעבר ל-800 וולט והיא רשת הטעינה הנוכחית. כפי שאמרנו, כמעט כל העמדות המהירות כיום בנויות לרכבים של 400 וולט, והן לא מתאימות לטעינה של רכבי 800 וולט. דבר זה דורש מהיצרניות לספק מנגנונים המאפשרים לרכבי 800 וולט להיטען גם מעמדות אלו (יש מספר דרכים לעשות זאת, אך לא נכנס אליהן כאן), דבר שמייקר את עלות ייצור הרכב.
למרות אתגרים אלו, סביר להניח שככל שהתעשייה תחשוף יותר ויותר דגמים חשמליים המבוססים על ארכיטקטורה זו, עלויות הייצור יפחתו וטכנולוגיה זו תגיע גם לדגמים נגישים יותר. מקורות שונים בתעשייה מציינים כי החל משנת 2025 ארכיטקטורת 800 וולט הופכת לכיוון ברירת המחדל עבור רבות מפלטפורמות הדור הבא של רכבים חשמליים, בעוד שבתחבורה כבדה כבר מתפתחות מערכות במתחים גבוהים אף יותר.
* זמני הטעינה המתפרסמים על ידי היצרניות תלויים גם ביכולות של העמדות לספק את הספק הטעינה המקסימלי, וגם ביכולת של הרכב להגיע לטווח המוצהר על ידי היצרן. בפועל זמני הטעינה גבוהים יותר ממה שמפורסם על ידי יצרני הרכב.
