Vor kurzem gab Tesla bekannt, dass das Unternehmen seine Elektro- und Elektronikarchitektur von 12 V auf 48 V umstellen wird. Ziel dieser Entscheidung ist es, die Energieeffizienz strukturell zu verbessern und die Gewichtsreduzierung der Fahrzeuge weiter voranzutreiben. Die Entscheidung steht im Einklang mit Teslas Strategie, architektonische und modulare Innovationen voranzutreiben, und bedeutet eine Stärkung des Komponenten-Ökosystems des Unternehmens.

Während des Tesla-Investorentags im März deutete das Unternehmen die Einführung einer auf 48 V basierenden Elektro- und Elektronikarchitektur (E/E) an. Derzeit verwenden die meisten Fahrzeuge eine Standardspannung von 12 V für ihre elektrischen Komponenten, mit Ausnahme bestimmter Antriebskomponenten. Seit den 1960er Jahren, als die Standardspannung für elektrische Fahrzeugkomponenten von 6 V auf 12 V umgestellt wurde, nutzen die meisten Personenkraftwagen und leichten Nutzfahrzeuge eine 12-V-Batterie (Blei-Säure-Batterie), eine Lichtmaschine und entsprechend ausgelegte Komponenten. Elektrofahrzeuge (batteriebetriebene Elektrofahrzeuge oder Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge), Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEVs) und Mild-Hybrid-Elektrofahrzeuge (MHEVs) verwenden in einigen Bereichen des Antriebsstrangs Hochspannungskomponenten, doch selbst in diesen Fällen arbeiten allgemeine Niederspannungs-Elektrokomponenten über Abwärtswandler mit 12 V oder einer niedrigeren Spannung.

Tesla kündigte jedoch an, ab seinem kommenden Modell, dem Cybertruck, auf eine 48-V-basierte E/E-Architektur umzustellen. Laut Tesla stehen moderne Fahrzeuge, die mit verschiedenen elektronischen Geräten ausgestattet sind, vor Herausforderungen wie einer komplexen Verkabelung und einem erhöhten Kabelgewicht, da sie Ströme von bis zu 250 Ampere bewältigen müssen.

Um diesem Problem zu begegnen, plant Tesla, die 48-V-Architektur beim Cybertruck, bei künftigen Fahrzeugmodellen und beim humanoiden Roboter Optimus einzusetzen und die erforderlichen Hauptsteuergeräte selbst zu entwickeln. Tesla will diese Pläne in der zweiten Jahreshälfte 2023 umsetzen, da das Unternehmen die Serienproduktion anstrebt. Ab 2025 sollen sogar das Model S und das Model X vollständig auf die 48-V-Architektur umgestellt werden. Bis 2029 werden mehr als 3 Millionen Fahrzeuge aus dem Tesla-Montageband mit der 48-V-Architektur ausgestattet sein.

Vorteile und Herausforderungen

Eine 48-V-basierte Architektur kann die Energieeffizienz strukturell verbessern und zur Gewichtsreduzierung des Fahrzeugs beitragen. Beim Übergang von 12 V auf 48 V bei gleichem Leistungsbedarf sinkt der Strom auf etwa ein Viertel, was zu geringeren Leistungsverlusten in verschiedenen gängigen elektrischen Komponenten wie Beleuchtung, Infotainment und Lenkung führt, die etwa 3–7 % der Energie eines Elektrofahrzeugs verbrauchen. Darüber hinaus besteht das Potenzial, die Effizienz von Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HVAC) sowie von Stromumwandlungssystemen zu verbessern. Während theoretisch höhere Spannungen die Verluste weiter reduzieren könnten, ist 48 V unter Berücksichtigung der Insassensicherheit das angemessene Niveau für den Strombedarf.

Die Vereinfachung der Verkabelung und die Reduzierung des Kabelgewichts können zur Gewichtsreduzierung des Fahrzeugs und zu Kosteneinsparungen beitragen. Durch den geringeren Stromverbrauch besteht das Potenzial, das Volumen, das Gewicht und die damit verbundenen Kosten der internen Fahrzeugverkabelung zu senken, die eine Länge von bis zu 4 km und ein Gewicht von 30 bis 60 kg erreichen kann. Darüber hinaus wird es einfacher, leistungsintensive Rechen- und Audiosysteme sowie maßgeschneiderte 48-V-Zubehörteile zu integrieren. Zu beachten ist jedoch, dass Tesla-Fahrzeuge, die bereits zuvor durch die Einführung einer zentralisierten E/E-Architektur in Modellen wie dem Model S (Markteinführung 2012) und dem Model 3 (Markteinführung 2017) eine vereinfachte Verkabelung angestrebt haben, im Vergleich zu anderen Herstellern möglicherweise nur relativ begrenzte zusätzliche Gewichtsreduzierungseffekte erzielen.

Trotz der zu erwartenden kurzfristigen Kostensteigerungen unterstreicht diese Entscheidung die konsequente Innovationsstrategie von Tesla. Da 48-V-Komponenten auf dem Markt noch selten sind, besteht die Möglichkeit, dass die Lieferkosten im Vergleich zu den bisherigen 12-V-Komponenten steigen. Die meisten derzeit auf dem Markt befindlichen Fahrzeuge verwenden 12-V-Komponenten; daher könnten die Entwicklungskosten und die geringere Produktionsmenge von 48-V-Komponenten zu höheren Preisen als bei 12-V-Komponenten führen. Zudem profitieren viele 12-V-Komponenten von Skaleneffekten, da Teilehersteller sie in großen Mengen produzieren und an verschiedene Automobilhersteller liefern, während es bei 48-V-Komponenten kurzfristig schwierig sein könnte, die Herstellungskosten zu senken, da die Nachfrage auf Tesla beschränkt ist.

Die Entscheidung bekräftigt jedoch auch Teslas Strategie, architektonische und modulare Innovationen voranzutreiben. Tesla hat bereits in der Vergangenheit durch architektonische Innovationen wie die Einführung einer zentralisierten E/E-Architektur sowie die Integration eines im Gussverfahren hergestellten Heckbodenteils (Giga Press) und einer exoskelettartigen Karosseriestruktur (geplant) eine Optimierung von Kosten und Leistung angestrebt. Angesichts der Pläne zur Einführung der 48-V-Architektur und der verschiedenen technologischen Verbesserungen auf Modulebene, die auf dem Tesla Investor Day 2023 vorgestellt wurden, ist es offensichtlich, dass Tesla seine Strategie der Verfolgung sowohl architektonischer als auch modularer Innovationen auch in Zukunft fortsetzen wird.

Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die zunehmende Dominanz von Tesla im Zulieferer-Ökosystem und die Belastung, die dies für traditionelle Automobilhersteller bedeutet, die versuchen, aufzuholen. Diese Entscheidung symbolisiert Teslas gewachsene Kontrolle über sein Zulieferer-Ökosystem, da Tesla die Gespräche mit den entsprechenden Zulieferern erfolgreich abgeschlossen hat, um die Massenproduktion neuer Standardkomponenten zu angemessenen Kosten sicherzustellen. In der Vergangenheit hatte Tesla nur begrenzten Einfluss auf die Zulieferindustrie und war vor allem aufgrund unzureichender Produktionsmengen darauf angewiesen, Teile zu kaufen, die in Fahrzeugen anderer Autohersteller verwendet wurden, wie Lenksäulen, Fensterheber und Heizungsgebläsemotoren. Durch den Aufbau eines eigenen Zulieferökosystems kann Tesla jedoch seine Designautonomie bewahren und eine stabile Teilelieferung sicherstellen.

Sollte es Tesla gelingen, die praktischen Vorteile der Umstellung auf 48 V unter Beweis zu stellen, könnten traditionelle Automobilhersteller unter dem Druck stehen, aufzuholen. Einige etablierte Automobilhersteller benötigen aufgrund ihrer langjährigen Beziehungen zu Zulieferern auf verschiedenen Ebenen möglicherweise mehr Zeit für einen praktischen Umstieg auf 48 V, selbst wenn sie die Notwendigkeit dieses Umstiegs anerkennen. Der Umstieg würde für die etablierten Automobilhersteller unweigerlich Veränderungen in der Lieferkette, organisatorische Umstrukturierungen in den Entwicklungs- und Beschaffungsabteilungen sowie die Umverteilung von Ressourcen mit sich bringen.

Top-down-Entwicklung

Andere Automobilhersteller prüfen oder übernehmen viele der von Tesla eingeführten Innovationen. Was jedoch die 48-V-Architektur betrifft, so dürften wohl nur wenige Hersteller von Ultra-Luxusfahrzeugen diese noch vor Ende des Jahrzehnts in ihre Fahrzeuge integrieren. Kurz- bis mittelfristig wird erwartet, dass sich diese Technologie vor allem in Fahrzeugen des höheren C-Segments und darüber durchsetzen wird. Abgesehen von Tesla könnten auch andere Marken einen ähnlichen Ansatz verfolgen und eine 48-V-Architektur für Zusatzanwendungen in Fahrzeugen mit fortschrittlichen Funktionen anbieten, die eine hohe elektrische Leistung erfordern, wobei neue Marktteilnehmer ihre Angebote wahrscheinlich nicht vor 2028 auf den Markt bringen werden.

Die anfänglich zögerliche Einführung könnte auf verschiedene Gründe zurückzuführen sein, darunter die enormen Investitionen, die für die Umrüstung der Fertigungslinie und die Neugestaltung der Lieferkette erforderlich sind, sowie – bis zu einem gewissen Grad – Sicherheitsbedenken, insbesondere bei Bauteilen, die in direkten Kontakt mit den Fahrgästen kommen können.

Da Fahrzeuge heute jedoch mit energieintensiven Zusatzfunktionen wie aktiven Fahrwerken, elektrischen Turboladern und zahlreichen neuen Bordgeräten ausgestattet sind, wird die Idee, eine Hochspannungsarchitektur einzuführen, um den Energiebedarf effizient zu decken, bei den Automobilherstellern allmählich an Bedeutung gewinnen. Es ist jedoch noch ungewiss, wann sich dies durchsetzen wird.

Autoren:

Richard Kim,
Stellvertretender Direktor,
S&P Global Mobility

Srikant Jayanthan,
Senior Research Analyst,
S&P Global Mobility

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