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

Durante l'Investor Day di Tesla 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 compatti 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 a bassa tensione generici funzionano a 12 V o a una tensione inferiore attraverso meccanismi di riduzione.

Tuttavia, Tesla ha dichiarato che passerà a un'architettura 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 cablaggi complessi e aumento del peso dei cavi a causa della necessità di gestire correnti fino a 250 ampere.

Per risolvere questo problema, Tesla prevede di 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, poiché punta alla produzione di massa. A partire dal 2025, anche i modelli S e X dovrebbero passare completamente all'architettura a 48 V. Entro il 2029, l'architettura a 48 V equipaggerà oltre 3 milioni di veicoli provenienti dalla catena di montaggio di Tesla.

Vantaggi e sfide

Un'architettura basata su 48 V può migliorare strutturalmente l'efficienza energetica e contribuire alla leggerezza del veicolo. Quando si passa da 12 V a 48 V a parità di requisiti di alimentazione, la corrente diminuisce a circa un quarto, con conseguente riduzione delle perdite di potenza in vari componenti elettrici comuni, come l'illuminazione, l'infotainment e lo sterzo, che consumano circa il 3-7% della potenza dei veicoli elettrici. Inoltre, esiste il potenziale per migliorare l'efficienza dei sistemi di riscaldamento, ventilazione e climatizzazione (HVAC) e dei sistemi di conversione dell'energia. Sebbene teoricamente tensioni più elevate potrebbero ridurre ulteriormente le perdite, se si tiene conto della sicurezza degli occupanti, 48 V è il livello appropriato di requisiti di alimentazione.

La semplificazione del cablaggio e la riduzione del peso dei cavi possono contribuire alla leggerezza del veicolo e al risparmio sui costi. Con una corrente ridotta, 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 incorporare sistemi computazionali e audio che richiedono molta energia e accessori personalizzati a 48 V. Tuttavia, un aspetto da tenere presente è che i veicoli Tesla, che in precedenza hanno perseguito una 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 il previsto aumento dei costi a breve termine, la decisione evidenzia la strategia di innovazione coerente di Tesla. A causa della rarità dei componenti a 48 V sul mercato, è possibile che i costi di consegna aumentino rispetto ai precedenti componenti a 12 V. La maggior parte dei veicoli attualmente sul mercato utilizza componenti a 12 V; pertanto, i costi di sviluppo e la carenza di quantità di produzione dei componenti a 48 V potrebbero comportare prezzi più elevati rispetto ai componenti a 12 V. Inoltre, molti componenti a 12 V beneficiano di economie di scala, poiché i produttori di componenti li producono in grandi quantità e li forniscono a varie case automobilistiche, mentre a breve termine i componenti a 48 V potrebbero avere difficoltà a ridurre i costi di produzione con una domanda limitata a Tesla.

Tuttavia, la decisione ribadisce anche la strategia di Tesla di perseguire l'innovazione architettonica e modulare. Tesla ha già 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 posteriore del pavimento (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 moduli presentati al Tesla Investor Day 2023, è evidente che Tesla continuerà la sua strategia di perseguire innovazioni sia architettoniche che modulari in futuro.

Un altro aspetto significativo da notare è l'aumento del dominio di Tesla nell'ecosistema dei componenti e l'onere 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 Tesla ha completato con successo le discussioni con le aziende produttrici di componenti interessate per garantire la produzione di massa di nuovi componenti standard a un costo ragionevole. In passato, Tesla aveva un'influenza limitata sul settore dei componenti, affidandosi all'acquisto di parti utilizzate nei veicoli di altre case automobilistiche, come piantoni dello sterzo, interruttori dei finestrini e motori del riscaldamento e della ventola, principalmente a causa dei volumi di produzione insufficienti. Tuttavia, creando un proprio ecosistema di componenti, Tesla può mantenere l'autonomia di progettazione e garantire una fornitura stabile di parti.

Se Tesla riuscirà a dimostrare i vantaggi pratici del passaggio a 48 V, le case automobilistiche tradizionali potrebbero sentire la pressione di dover recuperare terreno. Alcune case automobilistiche tradizionali, a causa dei loro rapporti consolidati con diversi livelli di aziende produttrici di componenti, potrebbero richiedere più tempo per una transizione pratica al 48V, anche se riconoscono la necessità di tale transizione. La transizione per le case automobilistiche tradizionali comporterebbe inevitabilmente cambiamenti nella catena di fornitura, ristrutturazioni organizzative nei reparti di sviluppo e approvvigionamento e l'allocazione delle risorse.

Sviluppo dall'alto verso il basso

Altre case automobilistiche stanno valutando o adottando molte delle innovazioni implementate da Tesla. Tuttavia, con l'architettura a 48 V, solo una manciata di produttori di auto di lusso potrebbe includerla nei propri veicoli prima della fine del decennio. L'adozione di questa tecnologia dovrebbe essere più diffusa nel segmento C superiore e nei veicoli 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 con caratteristiche avanzate che richiedono un elevato consumo di energia elettrica, anche se i nuovi operatori probabilmente non forniranno le loro offerte prima del 2028.

La lenta adozione iniziale potrebbe essere dovuta a diversi motivi, tra cui gli ingenti investimenti necessari per rinnovare la linea di assemblaggio, rielaborare la catena di approvvigionamento e, in una certa misura, le preoccupazioni relative alla sicurezza, in particolare per i componenti che potrebbero entrare in contatto diretto con i passeggeri.

Tuttavia, con le auto che ora dispongono di componenti ad alto consumo energetico come sospensioni attive, turbo elettrico e numerosi nuovi gadget a bordo, l'adozione di un'architettura a tensione più elevata per soddisfare in modo efficiente la domanda di energia acquisirà gradualmente slancio tra le case automobilistiche. Tuttavia, non è ancora chiaro quando questo 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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