A Hyundai E-GMP platformja a funkció és élmény egyensúlya
A Hyundai E-GMP padlólemeze számos példátlan módszert kínál az autó funkcionális és érzelmi megtapasztalására. Az újszerű felhasználói élményt jelentő technológiájának szempontjairól Choi WooSuk alelnök mesél.
A Hyundai Motor Group első, kifejezetten elektromos autók számára kifejlesztett E-GMP (Electric-Global Modular Platform) padlólemezét számos innovatív funkcióval tervezték meg. Ilyen figyelemre méltó funkció a többutas töltési rendszer, amely a 800 V-os és a 400 V-os villámtöltést egyaránt támogatja, a 18 perces töltéssel elérhető 500 km-es vagy annál is nagyobb hatótávolság, valamint a V2L (Vehicle to Load) funkciót, amely lehetővé teszi a külső eszközök számára, hogy a jármű akkumulátorát áramforrásként használják. Ezeknek a tulajdonságoknak az a közös alapja, hogy mindegyik drámai módon javítja a villanyautók kényelmét és hasznosságát, példátlan felhasználói élményt nyújtva ezzel felhasználóik számára.
Az E-GMP ezen megkülönböztető képességei a Hyundai / Kia Villamosítási Fejlesztési Központjában születtek. A központ az alapvető villanyautó-alkatrészek, mint például a motor, az inverter, az átalakító és az akkumulátor tervezéséért és fejlesztéséért felelős; lényegében a következő generációs rendszerek és technológiák kiépítésén dolgoznak, amelyek előnyt biztosítanak a csoportnak a jármű-villamosítás globális piacán. A központ vezetője, Choi WooSuk alelnököt kérdezték nemrég az E-GMP számos innovatív tulajdonságairól.
Miben különbözik az E-GMP elektromos hajtási rendszere (Power Electric – PE) a Hyundai Motor Group belsőégésű motoros járművek (ICEV) platformjain alapuló meglévő elektromos járműveitől? Vagy a versenytárs technológiákétól?
A Hyundai Motor Group PE rendszerét a „többféle nagysebességű töltőrendszere” különbözteti meg, amely az első ilyen jellegű fejlesztés a világon. A „többfélenagysebességű töltés” azt jelenti, hogy a rendszer mind a 800 V-os nagysebességű töltéssel, mind pedig a már általánosan elterjedt 400 V-os gyors töltéssel is külön adapter nélkül kompatibilis. Ez maximalizálja a vezetők kényelmét azáltal, hogy nem szükséges minden alkalommal ellenőrizniük az állomások töltési kompatibilitását. Alapértelmezés szerint a nagyfeszültségű 800 V-os töltőrendszert az E-GMP állítja be, ami drámai módon csökkenti a töltéshez szükséges időt. A nagysebességű töltés mindössze 18 perc alatt képes 80 százalékra feltölteni az akkumulátort, egy teljes feltöltés pedig 500 km-nél is nagyobb hatótávolságot kínál. Ha szorít az idő, mindössze öt perc töltéssel nagyjából 100 km-es hatótávolságot lehet elérni.
Hozzá kell tenni, hogy a 800 V-os nagyfeszültségű töltőrendszerekkel felszerelt villanyautók már az újítás előtt is technikailag alkalmasak voltak a 400 V-os töltési infrastruktúra használatára. Ehhez azonban egy különkülön alkatrészre volt szükség, amelyet fedélzeti töltőnek (OBC) hívnak. Gondoljunk egy feszültségváltóra, amelyen 110 V-os készülékeket kellene használni 220 V-os elektromos környezetben. Az OBC lényegében ezt teszi, és a mai napig normális volt, hogy az autógyártók felárért kínálták azt a fogyasztók számára.
Az E-GMP többféle nagysebességű töltőrendszere gondoskodik erről a kellemetlenségről. A jármű motorjával és inverterével a külső töltőből érkező 400 V-os áramot 800 V-ra konvertálja, így az akkumulátorban tárolhatóvá válik.
Mi késztette Önöket a 800 V-os nagyfeszültségű töltőrendszer kifejlesztésére?
Egy piacképességi felmérésből indult, amelyben megállapítottuk, hogy az egyik legnagyobb villanyautós fogyasztói igény a töltéshez szükséges idő csökkentése. A villanyautó 80 százalékra töltése 400 V-os töltőrendszerrel és 50 kW-os villámtöltővel nagyjából egy órát vesz igénybe. Azon fogyasztók számára, akik hozzászoktak, hogy egy-két perc alatt megtankolhatnak, ez túl hosszú és kényelmetlen. És a tendencia az volt, hogy a villanyautókat egyre nagyobb kapacitású akkumulátorokkal látták el a hosszabb hatótáv biztosítása érdekében, ami még hosszabbá tette a töltés időtartamát. A probléma megoldásának egyik módja a 800 V-os nagyfeszültségű töltőrendszer beépítése volt, amely háromszor gyorsabb, mint a jelenlegi 400 V-os.
A belsőégésű motoros platformokra épülő villanyautók önmagukban is meglehetősen praktikusak és hatékonyak. Mitől jobb náluk az E-GMP elektromos hajtási rendszere?
Ahogy mondja, az ICEV platformokra épített villanyautók ugyanolyan hatékonyak. De vannak bizonyos korlátaik, amelyek abból fakadnak, hogy egy olyan ICEV platformra fejlesztették ki, amelyet nem számukra terveztek. A létfontosságú villanyautó-alkatrészek, mint például a motorok és az akkumulátorok, ennek a platformnak megfelelően készülnek, ami irónikus abból a szempontból, hogy nem használhatjuk az villanyautóknak szánt alkatrészeket az villanyautók gyártásához. Tehát általános alkatrészeket kell használnunk, amelyeket más villamosítási kategóriákkal, például hibridekkel és plug-in hibridekkel is meg kell osztaniuk.
Az elektromos félvezető anyagának megváltoztatása nagyszerű példa arra az előnyre, amelyet az E-GMP kizárólagos villanyautós jellege nyújt. Az inverterek megtervezésekor, amelyeknek az a feladata, hogy egyenáramot (DC) váltakozó áramúvá (AC) alakítsanak át, választhatunk, hogy a teljesítmény-félvezető anyagaként szilícium-karbidot vagy szilíciumot (Si) használunk. Általánosságban a szilíciumot használják, mert olcsóbb. A szilícium-karbidnak azonban egyetlen előnye van, amelyet a szilícium nem tud párhuzamosan végezni: képes nagyfeszültségű, nagy áramerősségű és magas hőmérsékletű környezetben is működni. Tehát a 800 V-os nagyfeszültségű rendszerhez, amellyel az E-GMP együtt fog működni, ésszerűbb volt szilícium-karbidot választani az inverter hatékonyságának növelése érdekében. Tehát a hátsó motor, amely az E-GMP fő motorja, kapott egy szilícium-karbid teljesítménymodult, míg az első motor egy saját fejlesztésű szilícium teljesítménymodult. Az E-GMP így optimális megoldást nyújt a költségek és a hatékonyság mindkét oldalán.
Azt hallottam, hogy az E-GMP akkumulátorának egyik fő jellemzője a "szabványosítás". Hogyan segíti az akkumulátorok szabványosítása a járművek fejlesztését és milyen előnyöket kínál a felhasználók számára?
Amikor ICEV platformokra épülő villanyautókat fejlesztünk, minden modellhez fel kellett építenünk egy akkumulátor modult és a modulokkal külön akkumulátort kell terveznünk, szintén minden modellhez. Ez sok időt vesz igénybe. De az E-GMP egy szabványos akkumulátor modullal érkezik, amelyet mérnökeink rugalmasan össze tudnak állítani és olyan akkumulátorrendszert alkotnak, amely megfelel az adott modell speciális hatótáv-követelményeinek. A hosszabb hatótávolságú villanyautó elkészítéséhez csak annyit kell tenni, hogy több modult kell elhelyezni a rendszerben. Ez komoly idő- és erőforrás-megtakarítást jelent a járművek fejlesztésében.
A nagy limuzinok vagy hobbiterepjárók akkumulátorai szabványosított akkumulátor modulokból állhatnak? Mi a technológiailag megvalósítható határa az akkumulátor-összetételnek?
Nincsenek technológiai korlátok. A Hyundai Motor Group az E-GMP alkalmazását számos szegmensre kiterjeszti, beleértve a nagy elektromos limuzinokat és a terepjárókat is, amelyek akkumulátora a szabványosított modulokkal rugalmasan felépíthető. A fejlesztés előkészítéseként nagy kapacitású, legalább 100 kWh akkumulátorokat fejlesztünk ki. Az akkumulátor kapacitásának és hatótávjának végső kiválasztását az akkori körülményeknek megfelelően optimalizáljuk, ideértve a piaci keresletet, a biztonsági aggályokat és az ellátási lánc kapacitását.
A Hyundai IONIQ 5 és a Kia „CV”, amelyek bemutatását 2021-ben tervezik, E-GMP alapú villanyautók lesznek. Mi különbözteti meg őket a piacon kapható más villanyautóktól?
Már beszéltünk az E-GMP hatékonyságáról és a hatótávolság növekedéséről, valamint a töltési idő csökkentéséről a 800 V-os nagysebességű töltésével. Az E-GMP platformnak természetesen ennél több előnye is van. Példaértékű előny a V2L (Vehicle to Load) technológia, amelyet ismét az villanyautóknak szánt alkatrészek tesznek lehetővé.
A V2L technológia lehetővé teszi a külső eszközök ellátását a jármű akkumulátorában tárolt elektromos energiával. Ez alapvetően egy óriási hordozható powerbankká teszi a villanyautó akkumulátorát. Ennek lehetővé kell tennie, hogy a Hyundai IONIQ 5 és a Kia „CV” valóban „hasznos járművekké” váljanak oly módon, amellyel a jelenlegi elektromos autók nem versenyezhetnek. Például bármilyen háztartási elektromos készüléket (110V / 220V) megfoghatunk és az akkumulátorban lévő áram felhasználásával a szabadban használhatjuk. Abban a korban, amikor a kempingezés és az autóban alvás divatossá válik, a V2L nagy megkülönböztetés lehet.
Igaz, hogy ugyanezt mára jelenlegi elektromos autókkal is meg lehet tenni, amennyiben rendelkezik 220 V-os inverterrel. De az E-GMP V2L modul nemcsak a kempingfelszereléseket, de még a nagy energiát igénylő háztartási készülékeket is képes támogatni, ami megnyitja az ajtót az új szabadtéri élmények előtt. Nem csak ezt, hanem más villanyautókat is képes a V2L feltölteni. Használatával még lemerült akkus, mentésre váró elektromos autóknak is segítséget nyújthatunk az út mellett.
Úgy tűnik, hogy a villanyautók motortechnikája elért egy bizonyos küszöbértéket, míg az akkumulátor-technológia fejlődik és fejlődik. Milyen nehézségeket okoz a villanyautó akkumulátor-kutatás és fejlesztés?
Ahogy mondja, a gyártók között felfedezhető kis különbségek ellenére az elektromos motorok általában remek képességekkel rendelkeznek és elérték ezt a közös kiválósági küszöböt. Ami a mi részünket illeti, a kutatás-fejlesztés erőfeszítéseinek köszönhetően elértük a 93 százalékos motorrendszer-hatékonyságot, ideértve a fent említett inverterben alkalmazott SiC teljesítmény-félvezetőket is.
Az akkumulátor-technológia a vártnál gyorsabban fejlődött, és ez a villanyautók hatótávolságának nagyfokú növekedéséhez vezetett. De mivel a villanyautó akkumulátorok töltése sokáig tart, az emberek nagyvonalúan hosszú hatótávolságokra számítottak. A felhasználói hozzáállásnak ez a változása azt jelenti, hogy a technológiai innovációra épülő új akkumulátorrendszer döntő fontosságúvá vált.
A villanyautókban használt akkumulátor fontossága számos autógyártót arra késztetett, hogy saját maguk készítsenek akkukat. A Hyundai Motor Group is csatlakozik ehhez a trendhez?
Az akkumulátor a villanyautók tömegének és hatótávjának legfontosabb meghatározója, valamint az autóárak egyik fontos meghatározója is. Ha bővíteni szeretnénk a villanyautók piacát, csökkenteni kell az akkumulátorok gyártási költségeit; ha bővíteni szeretné a villanyautók kínálatát, akkor stabil és állandó akkumulátor-ellátásra van szükség. Ez az oka annak, hogy sok gyártó saját akkumulátorainak gyártásába fogott.
A Hyundai Motor Group is olyan új generációs akkumulátor-technológiákba fektet be, mint a szilárdtest-akkumulátorok. A meglévő lítium-ion akkumulátorokkal ellentétben, amelyek elektrolitjai (az elektromos töltés áramlását lehetővé tevő közeg) folyékony állapotban vannak, a szilárdtest-akkumulátorokhoz szilárdtest-elektrolitok tartoznak. Ezen különbségnek köszönhetően a teljes szilárdtest akkumulátorok szerkezetileg szilárdabbak és stabilabbak, akkor is képesek megtartani formájukat, ha az elektrolitok sérültek. Nagyobb energiasűrűséget is kínálnak, ez az egyik oka annak, hogy a villanyautók következő generációs akkumulátor-megoldásaként emelik ki őket. Hisszük, hogy az akkumulátortechnikával kapcsolatos erőfeszítéseink továbbra is olyan újításokat fognak hozni, amelyek hosszabb hatótávot és kényelmet kínálnak a töltés terén felhasználóink számára.
Figyelembe véve a körülményeket, beleértve a technológiai fejlődést és az akkumulátorok árának csökkenését, mikor haladhatja meg a villanyautók piaci részesedése a belsőégésű motoros autókét?
A villanyautók fejlődésének évek óta tartó trendjét tekintve azt mondanám, hogy mind a hatótáv, mind a töltési idő közel került ahhoz a ponthoz, amivel a felhasználók már általában elégedettek lesznek. Az akkucellák anyagainak folyamatos fejlődése az akkumulátorok árának folyamatos csökkenéséhez vezetett. Mindez a villanyautók piaci részesedésének következetes növekedésére utal.
De ahhoz, hogy az elektromos autók túlszárnyalják a belsőégésű motoros járműveket, olyan funkcionális és érzelmi értékeket kell kínálniuk, amelyek nem találhatók meg könnyen az utóbbiban. Jó példa a V2L szolgáltatás, amiről beszéltünk. További kényelmi funkciók, például a vezeték nélküli töltés és autonóm vezetés érkeznek majd, hogy további egyedi értéket teremtsenek a villanyautók számára. A Bloomberg New Energy Finance (BNEF) tavalyi elemzése szerint a 2040-ben a globálisan eladott járművek 57 százaléka villanyautó lesz. Azt is gondolom, hogy körülbelül ez az az időpont, amikor a villanyautók túlszárnyalják a hagyományos autókat a piacon.
A belsőégésű motoros autóknak száz éve volt, hogy fokozatosan fejlődjenek, míg a villanyautók csupán néhány évtized alatt fejlődtek ilyen mértékben. Mi okozza a különbséget? Hová visz minket a villanyautók gyors fejlődési üteme?
Azok az autógyártók, amelyek jelenleg vezetik a járművek villamosítási trendjét, régóta felkészültek erre a paradigmaváltásra az iparban azzal, hogy nagyvonalú beruházásokat hajtanak végre. A Hyundai Motor Group nagyjából harminc évvel ezelőtt kezdte meg a villanyautók fejlesztését, így az E-GMP sem egyik napról a másikra jött létre; ez is az évek óta felhalmozott kutatás-fejlesztés gyümölcse.
Ám a közelmúltban a fenntarthatóságra és a szén-dioxid-lábnyomra vonatkozó aggodalmak egyre növekvő figyelme, valamint az egyre szigorúbb környezetvédelmi előírások a legtöbb nagy országban jelentősen felpörgették a villanyautózást. A töltési infrastruktúra mostanra már eléggé ki van alakítva ahhoz, hogy elinduljon a kereslet és a kínálat erős körforgása, ami felgyorsítja a technológiai fejlődés szükségességét. Az ebből eredő verseny a villanyautó-alkatrészek, például motorok és akkumulátorok között soha nem látott technológiai magasságokba emeli az ipart. A jövőben a villanyautók nem egyszerűen kiszorítják a hagyományos autókat, hanem új követelményeket támasztanak ott, ahol még nem volt ilyen – például a vezető nélküli szállítójárművek vagy a városi légi mobilitás (UAM) területén.
Az E-GMP platformra épülő jó minőségű villanyautók megjelenése befolyásolja-e a jövőbeni mobilitási technológiák, például az önvezető autók és a kapcsolódó autók fejlesztését?
Az önvezető és összekapcsolt autók megvalósításához szükség van a jármű irányításának pontosabb eszközeire. A feldolgozandó adatmennyiség az egekbe szökik, ami megköveteli, hogy a vezérlők nagy teljesítményűek legyenek és ennyivel több áramot fogyasszanak.
Az E-GMP motorrendszere már most is nagyon hatékony. Akkumulátorrendszere úgy alakítható, hogy megfeleljen minden modell hatótávolságának és energiaigényének, beleértve a nagykapacitású akkumulátorok igényeit is. Ez azt jelenti, hogy az E-GMP olyan technológiákat képes befogadni, amelyek sok energiát fogyasztanak úgy, ahogyan a meglévő platformok nem. A jövőben valószínűleg autonóm járműveket és számos más jövőbeli mobilitási lehetőséget fogunk látni, amelyek alapja az E-GMP lesz.
Forrás: hyundaimotorgroup.com
