Recentemente, Tesla ha annunciato che passerà da un'architettura elettrica ed elettronica a 12 V a una a 48 V. Lo scopo di questa decisione è migliorare strutturalmente l'efficienza energetica e promuovere ulteriormente l'alleggerimento dei veicoli. La decisione è in linea con la strategia di Tesla volta a perseguire l'innovazione architettonica e modulare e segna il rafforzamento del proprio ecosistema di componenti.

Durante l’Investor Day di Tesla tenutosi a marzo, l’azienda ha accennato all’adozione di un’architettura elettrica ed elettronica (E/E) basata su 48 V. Attualmente, la maggior parte dei veicoli utilizza una tensione standard di 12 V per i propri componenti elettrici, ad eccezione di alcuni componenti del gruppo motopropulsore. A partire dagli anni '60, quando la tensione standard per i componenti elettrici dei veicoli è passata da 6 V a 12 V, la maggior parte delle autovetture e dei veicoli commerciali leggeri ha utilizzato una batteria da 12 V (batteria al piombo), un alternatore e componenti progettati di conseguenza. I veicoli elettrici (veicoli elettrici a batteria o veicoli elettrici ibridi plug-in), i veicoli elettrici ibridi (HEV) e i veicoli elettrici ibridi leggeri (MHEV) utilizzano componenti ad alta tensione in alcuni aspetti del gruppo motopropulsore, ma anche in questi casi i componenti elettrici generici a bassa tensione funzionano a 12 V o a una tensione inferiore grazie a meccanismi di riduzione della tensione.

Tuttavia, Tesla ha dichiarato che passerà a un’architettura elettrica ed elettronica (E/E) basata su 48 V a partire dal suo prossimo modello, il Cybertruck. Secondo Tesla, i veicoli moderni dotati di vari dispositivi elettronici devono affrontare sfide quali la complessità del cablaggio e l’aumento del peso dei cavi, dovuto alla necessità di gestire correnti fino a 250 ampere.

Per far fronte a questa situazione, Tesla intende applicare l’architettura a 48 V al Cybertruck, ai futuri modelli di veicoli e al robot umanoide Optimus, oltre a progettare internamente le principali unità di controllo necessarie. Tesla è pronta ad attuare questi piani nella seconda metà del 2023, in vista della produzione in serie. A partire dal 2025, si prevede che anche la Model S e la Model X passeranno completamente all’architettura a 48 V. Entro il 2029, l’architettura a 48 V equipaggerà oltre 3 milioni di veicoli usciti dalla linea di assemblaggio di Tesla.

Vantaggi e sfide

Un'architettura basata su 48 V può migliorare strutturalmente l'efficienza energetica e contribuire alla riduzione del peso del veicolo. Nel passaggio da 12 V a 48 V a parità di requisiti di potenza, la corrente si riduce a circa un quarto, con conseguente diminuzione delle perdite di potenza in vari componenti elettrici comuni, quali l'illuminazione, il sistema di infotainment e lo sterzo, che consumano circa il 3-7% della potenza dei veicoli elettrici. Inoltre, vi è il potenziale per migliorare l’efficienza dei sistemi di riscaldamento, ventilazione e climatizzazione (HVAC) e dei sistemi di conversione di potenza. Sebbene, in teoria, tensioni più elevate potrebbero ridurre ulteriormente le perdite, tenendo conto della sicurezza degli occupanti, i 48 V rappresentano il livello adeguato di tensione richiesto.

La semplificazione del cablaggio e la riduzione del peso dei cavi possono contribuire all’alleggerimento del veicolo e al risparmio sui costi. Grazie alla riduzione della corrente, è possibile ridurre il volume, il peso e i costi associati al cablaggio interno del veicolo, che può raggiungere fino a 4 km di lunghezza e 30-60 kg di peso. Inoltre, diventa più facile integrare sistemi computazionali e audio ad alto consumo energetico, nonché accessori personalizzati a 48 V. Tuttavia, un aspetto da tenere presente è che i veicoli Tesla, che in passato hanno perseguito la semplificazione del cablaggio attraverso l’adozione di un’architettura E/E centralizzata in modelli come la Model S (lanciata nel 2012) e la Model 3 (lanciata nel 2017), potrebbero avere effetti di alleggerimento aggiuntivi relativamente limitati rispetto ad altri produttori.

Nonostante i previsti aumenti dei costi a breve termine, la decisione mette in luce la coerente strategia di innovazione di Tesla. Data la scarsità di componenti a 48 V sul mercato, è possibile che i costi di consegna aumentino rispetto a quelli dei precedenti componenti a 12 V. La maggior parte dei veicoli attualmente in commercio utilizza il sistema a 12 V; pertanto, i costi di sviluppo e la scarsità di produzione dei componenti a 48 V potrebbero determinare prezzi più elevati rispetto a quelli dei componenti a 12 V. Inoltre, molti componenti a 12 V beneficiano di economie di scala, poiché i produttori di componenti li realizzano in grandi quantità e li forniscono a diverse case automobilistiche, mentre, nel breve termine, i componenti a 48 V potrebbero incontrare difficoltà nel ridurre i costi di produzione, con una domanda limitata a Tesla.

Tuttavia, la decisione ribadisce anche la strategia di Tesla volta a perseguire l’innovazione architettonica e modulare. In passato, Tesla ha perseguito l’ottimizzazione dei costi e delle prestazioni attraverso innovazioni architettoniche quali l’adozione di un’architettura E/E centralizzata e l’integrazione della fusione del pannello del pavimento posteriore (Giga Press) e di una struttura della carrozzeria simile a un esoscheletro (in programma). Considerando i piani per l’introduzione dell’architettura a 48 V e i vari miglioramenti tecnologici a livello di modulo presentati in occasione del Tesla Investor Day 2023, è evidente che Tesla continuerà anche in futuro la propria strategia volta a perseguire innovazioni sia architettoniche che modulari.

Un altro aspetto significativo da sottolineare è l’aumento del predominio di Tesla nell’ecosistema dei componenti e il peso che ciò comporta per le case automobilistiche tradizionali che cercano di recuperare terreno. Questa decisione simboleggia il maggiore controllo di Tesla sul proprio ecosistema di componenti, poiché l’azienda ha portato a termine con successo le trattative con le aziende produttrici di componenti per garantire la produzione in serie di nuovi componenti standard a un costo ragionevole. In passato, Tesla esercitava un’influenza limitata sul settore dei componenti, affidandosi all’acquisto di parti utilizzate nei veicoli di altre case automobilistiche, quali piantoni dello sterzo, interruttori dei finestrini e motori del ventilatore del riscaldamento, principalmente a causa di volumi di produzione insufficienti. Tuttavia, creando un proprio ecosistema di componenti, Tesla può mantenere l’autonomia progettuale e garantire un approvvigionamento stabile di parti.

Se Tesla riuscirà a dimostrare i vantaggi pratici del passaggio a 48 V, le case automobilistiche tradizionali potrebbero sentirsi sotto pressione per recuperare il ritardo. Alcune case automobilistiche tradizionali, a causa dei loro rapporti consolidati con diversi livelli di fornitori di componenti, potrebbero aver bisogno di più tempo per una transizione concreta al sistema a 48 V, anche se riconoscono la necessità di tale passaggio. La transizione per le case automobilistiche tradizionali comporterebbe inevitabilmente cambiamenti nella catena di approvvigionamento, una ristrutturazione organizzativa nei reparti di sviluppo e approvvigionamento e una ridistribuzione delle risorse.

Sviluppo top-down

Altre case automobilistiche stanno valutando o adottando molte delle innovazioni implementate da Tesla. Tuttavia, per quanto riguarda l’architettura a 48 V, solo una manciata di produttori di auto di lusso estremo potrebbe includerla nei propri veicoli prima della fine del decennio. Si prevede che questa tecnologia avrà maggiore diffusione nei veicoli del segmento C superiore e di fascia più alta nel breve-medio termine. Oltre a Tesla, altri marchi potrebbero promuovere un approccio simile, offrendo l’architettura a 48 V per applicazioni ausiliarie in auto dotate di funzionalità avanzate che richiedono un elevato consumo di energia elettrica, anche se i nuovi operatori probabilmente non presenteranno le proprie offerte prima del 2028.

La lenta diffusione iniziale potrebbe essere dovuta a diversi motivi, tra cui gli ingenti investimenti necessari per rinnovare la linea di assemblaggio, riorganizzare la catena di approvvigionamento e, in una certa misura, le preoccupazioni in materia di sicurezza, soprattutto per quanto riguarda i componenti che potrebbero entrare in contatto diretto con i passeggeri.

Tuttavia, dato che le auto sono ormai dotate di componenti ad alto consumo energetico, quali sospensioni attive, turbo elettrici e numerosi nuovi dispositivi di bordo, l’idea di adottare un’architettura ad alta tensione per soddisfare in modo efficiente la domanda di potenza acquisirà gradualmente slancio tra le case automobilistiche. Tuttavia, non è ancora chiaro quando questa soluzione diventerà la norma.

Autori:

Richard Kim,
Direttore associato,
S&P Global Mobility

Srikant Jayanthan,
Analista di ricerca senior,
S&P Global Mobility

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