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 Komponenten des Antriebsstrangs. Seit den 1960er Jahren, als die Standardspannung für elektrische Fahrzeugkomponenten von 6 V auf 12 V umgestellt wurde, kommen in den meisten Pkw und leichten Nutzfahrzeugen eine 12-V-Batterie (Blei-Säure-Batterie), eine Lichtmaschine sowie entsprechend ausgelegte Komponenten zum Einsatz. 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 Niederspannungskomponenten über Abwärtswandler mit 12 V oder einer noch niedrigeren Spannung.

Tesla kündigte jedoch an, ab dem 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 Gewicht der Kabel, da sie Ströme von bis zu 250 Ampere bewältigen müssen.

Um diesem Problem zu begegnen, plant Tesla, die 48-V-Architektur beim Cybertruck, bei zukünftigen Fahrzeugmodellen und beim humanoiden Roboter Optimus einzusetzen sowie die erforderlichen Hauptsteuergeräte selbst zu entwickeln. Tesla will diese Pläne in der zweiten Hälfte des Jahres 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 Teslas Fertigungslinie mit der 48-V-Architektur ausgestattet sein.

Vorteile und Herausforderungen

Eine auf 48 V basierende 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 Leistung eines Elektrofahrzeugs verbrauchen. Darüber hinaus besteht das Potenzial, die Effizienz von Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HVAC) sowie von Stromumwandlungssystemen zu verbessern. Zwar könnten theoretisch höhere Spannungen die Verluste weiter reduzieren, doch unter Berücksichtigung der Insassensicherheit ist 48 V 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 30–60 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, bei denen bereits in Modellen wie dem Model S (Markteinführung 2012) und dem Model 3 (Markteinführung 2017) durch den Einsatz einer zentralisierten E/E-Architektur eine vereinfachte Verkabelung angestrebt wurde, im Vergleich zu anderen Herstellern möglicherweise nur relativ begrenzte zusätzliche Gewichtsersparnisse erzielen können.

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; daher könnten die Entwicklungskosten und die geringere Produktionsmenge bei 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 Stückzahlen produzieren und an verschiedene Automobilhersteller liefern, während es bei 48-V-Komponenten kurzfristig schwierig sein könnte, die Herstellungskosten zu senken, da sich die Nachfrage auf Tesla beschränkt.

Die Entscheidung bekräftigt jedoch auch Teslas Strategie, architektonische und modulare Innovationen voranzutreiben. Tesla hat bereits in der Vergangenheit Kosten- und Leistungsoptimierungen durch architektonische Innovationen angestrebt, wie beispielsweise die Einführung einer zentralisierten E/E-Architektur sowie die Integration eines im Gussverfahren hergestellten hinteren Bodenpanels (Giga Press) und einer exoskelettartigen Karosseriestruktur (geplant). 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 architektonischen und modularen 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 mit sich bringt, die versuchen, aufzuholen. Diese Entscheidung symbolisiert Teslas gewachsene Kontrolle über sein Zulieferer-Ökosystem, da Tesla die Gespräche mit den relevanten 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 beziehen, die auch in Fahrzeugen anderer Automobilhersteller zum Einsatz kamen, wie beispielsweise Lenksäulen, Fensterheberschalter und Heizungsgebläsemotoren. Durch den Aufbau eines eigenen Zulieferökosystems kann Tesla jedoch seine Konstruktionsautonomie 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 verschiedener Ebenen möglicherweise mehr Zeit für eine praktische Umstellung auf 48 V, selbst wenn sie die Notwendigkeit dieser Umstellung anerkennen. Die Umstellung würde für die etablierten Automobilhersteller unweigerlich Veränderungen in der Lieferkette, organisatorische Umstrukturierungen in den Entwicklungs- und Beschaffungsabteilungen sowie die Neuverteilung von Ressourcen mit sich bringen.

Top-down-Entwicklung

Andere Automobilhersteller prüfen oder übernehmen viele der von Tesla umgesetzten Innovationen. Was jedoch die 48-V-Architektur betrifft, dürften wohl nur eine Handvoll 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; allerdings dürften neue Marktteilnehmer ihre Angebote wahrscheinlich nicht vor 2028 auf den Markt bringen.

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

Da Fahrzeuge mittlerweile jedoch mit stromintensiven Zusatzfunktionen wie aktiven Fahrwerken, elektrischen Turboladern und zahlreichen neuen Bordgeräten ausgestattet sind, wird die Forderung nach einer Hochspannungsarchitektur, um den Strombedarf 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

Für weitere Informationen zu S&P Global Mobility klicken Sie bitte hier