Vor kurzem gab Tesla bekannt, dass es seine Elektro- und Elektronikarchitektur von 12 V auf 48 V umstellen wird. Der Grund für diese Entscheidung ist die strukturelle Verbesserung der Energieeffizienz und die weitere Gewichtsreduzierung der Fahrzeuge. Die Entscheidung steht im Einklang mit der Strategie von Tesla, architektonische und modulare Innovationen voranzutreiben, und bedeutet eine Stärkung seines Komponenten-Ökosystems.

Während des Investorentags von Tesla im März deutete das Unternehmen die Einführung einer 48-V-basierten 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, verwenden die meisten Personenkraftwagen und kompakten Nutzfahrzeuge eine 12-V-Batterie (Blei-Säure-Batterie), eine Lichtmaschine und entsprechend ausgelegte Komponenten. Elektrofahrzeuge (Batterie-Elektrofahrzeuge oder Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge), Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEVs) und Mild-Hybrid-Elektrofahrzeuge (MHEVs) verwenden in einigen Bereichen des Antriebsstrangs Hochspannungskomponenten, aber selbst in diesen Fällen arbeiten allgemeine Niederspannungs-Elektrokomponenten durch Abwärtswandlermechanismen mit 12 V oder einer niedrigeren Spannung.

Tesla erklärte jedoch, dass man ab dem kommenden Modell Cybertruck auf eine 48-V-basierte E/E-Architektur umsteigen werde. Laut Tesla stehen moderne Fahrzeuge, die mit verschiedenen elektronischen Geräten ausgestattet sind, vor Herausforderungen wie komplexer Verkabelung und erhöhtem Kabelgewicht, da sie Ströme von bis zu 250 Ampere bewältigen müssen.

Um diesem Problem zu begegnen, plant Tesla, die 48-V-Architektur im Cybertruck, in zukünftigen Fahrzeugmodellen und im humanoiden Roboter Optimus einzusetzen und die erforderlichen Hauptsteuergeräte selbst zu entwickeln. Tesla will diese Pläne in der zweiten Hälfte des Jahres 2023 umsetzen, da das Unternehmen eine Massenproduktion 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 der Tesla-Produktionslinie 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. Bei der Umstellung von 12 V auf 48 V bei gleichem Energiebedarf sinkt der Strom auf etwa ein Viertel, was zu geringeren Energieverlusten in verschiedenen gängigen elektrischen Komponenten wie Beleuchtung, Infotainment und Lenkung führt, die etwa 3 bis 7 % der Energie eines Elektrofahrzeugs verbrauchen. Darüber hinaus besteht das Potenzial, die Effizienz von Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HVAC) sowie Stromumwandlungssystemen zu verbessern. Theoretisch könnten höhere Spannungen die Verluste weiter reduzieren, aber unter Berücksichtigung der Insassensicherheit ist 48 V die angemessene Leistungsanforderung.

Die Vereinfachung der Verkabelung und die Reduzierung des Kabelgewichts können zur Gewichtsreduzierung des Fahrzeugs und zu Kosteneinsparungen beitragen. Durch die Reduzierung des Stroms besteht die Möglichkeit, das Volumen, das Gewicht und die damit verbundenen Kosten der internen Fahrzeugverkabelung zu reduzieren, die eine Länge von bis zu 4 km und ein Gewicht von 30 bis 60 kg erreichen kann. Darüber hinaus wird es einfacher, leistungsintensive Computer- 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 (veröffentlicht 2012) und dem Model 3 (veröffentlicht 2017) eine vereinfachte Verkabelung angestrebt haben, im Vergleich zu anderen Herstellern möglicherweise nur relativ begrenzte zusätzliche Gewichtsreduzierungseffekte erzielen können.

Trotz der zu erwartenden kurzfristigen Kostensteigerungen unterstreicht diese Entscheidung die konsequente Innovationsstrategie von Tesla. Aufgrund der Seltenheit von 48-V-Komponenten auf dem Markt 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 können die Entwicklungskosten und die geringe Produktionsmenge von 48-V-Komponenten zu höheren Preisen als bei 12-V-Komponenten führen. Darüber hinaus 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 die Strategie von Tesla, architektonische und modulare Innovationen voranzutreiben. Tesla hat bereits in der Vergangenheit Kosten- und Leistungsoptimierungen durch architektonische Innovationen wie die Einführung einer zentralisierten E/E-Architektur und die Integration von hinteren Bodenblechgussteilen (Giga Press) sowie einer exoskelettartigen Karosseriestruktur (geplant) verfolgt. 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 Komponenten-Ökosystem und die Belastung, die dies für traditionelle Automobilhersteller bedeutet, die versuchen, aufzuholen. Diese Entscheidung symbolisiert die zunehmende Kontrolle von Tesla über sein Komponenten-Ökosystem, da Tesla erfolgreich Gespräche mit relevanten Komponentenherstellern abgeschlossen hat, um die Massenproduktion neuer Standardkomponenten zu angemessenen Kosten sicherzustellen. In der Vergangenheit hatte Tesla nur begrenzten Einfluss auf die Komponentenindustrie und war vor allem aufgrund unzureichender Produktionsmengen auf den Kauf von Teilen angewiesen, die auch in Fahrzeugen anderer Automobilhersteller verwendet werden, wie z. B. Lenksäulen, Fensterschalter und Heizungsgebläsemotoren. Durch die Schaffung eines eigenen Komponenten-Ökosystems kann Tesla jedoch seine Designautonomie bewahren und eine stabile Teileversorgung sicherstellen.

Wenn Tesla es schafft, die praktischen Vorteile der Umstellung auf 48 V zu beweisen, könnten etablierte Automobilhersteller unter Druck geraten, aufzuholen. Einige traditionelle Automobilhersteller benötigen aufgrund ihrer langjährigen Beziehungen zu mehreren Ebenen von Zulieferunternehmen möglicherweise mehr Zeit für eine praktische Umstellung auf 48 V, selbst wenn sie die Notwendigkeit der Umstellung anerkennen. Die Umstellung für traditionelle Automobilhersteller würde zwangsläufig Veränderungen in der Lieferkette, organisatorische Umstrukturierungen in den Entwicklungs- und Beschaffungsabteilungen sowie die Zuweisung von Ressourcen mit sich bringen.

Top-down-Entwicklung

Andere Automobilhersteller prüfen oder übernehmen viele der von Tesla umgesetzten Innovationen. Bei der 48-V-Architektur dürften jedoch nur wenige Hersteller von Luxusfahrzeugen diese noch vor Ende des Jahrzehnts in ihre Fahrzeuge integrieren. Es wird erwartet, dass die Einführung kurz- bis mittelfristig vor allem bei Fahrzeugen des höheren C-Segments und darüber zu beobachten sein 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, obwohl die neuen Akteure ihre Angebote wahrscheinlich nicht vor 2028 auf den Markt bringen werden.

Die anfänglich langsame Einführung könnte mehrere Gründe haben, darunter die enormen Investitionen, die für die Umrüstung der Fertigungsstraße, die Neugestaltung der Lieferkette und Sicherheitsbedenken erforderlich sind, insbesondere bei Komponenten, die in direkten Kontakt mit Passagieren kommen können.

Da Autos heute jedoch mit leistungsintensiven Zusatzfunktionen wie aktiven Federungen, elektrischen Turbos und zahlreichen neuen Gadgets ausgestattet sind, wird die Einführung einer Architektur mit höherer Spannung, um den Strombedarf effizient zu decken, bei den Automobilherstellern allmählich an Bedeutung gewinnen. Es ist jedoch noch ungewiss, wann dies zum Mainstream werden wird.

Autoren:

Richard Kim,
Stellvertretender Direktor,
S&P Global Mobility

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

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