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 suo 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 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 generici a bassa tensione funzionano a 12 V o a una tensione inferiore tramite meccanismi di riduzione.

Tuttavia, Tesla ha dichiarato che passerà a un'architettura elettrica ed elettronica a 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 prevede di attuare questi piani nella seconda metà del 2023, con l’obiettivo di avviare la 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. Passando 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, l'infotainment e lo sterzo, che consumano circa il 3-7% dell'energia del veicolo elettrico. Inoltre, esiste il potenziale per migliorare l'efficienza dei sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria (HVAC) e dei sistemi di conversione di potenza. Sebbene tensioni teoricamente più elevate potrebbero ridurre ulteriormente le perdite, tenendo conto della sicurezza degli occupanti, 48 V rappresenta il livello appropriato di requisito di potenza.

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 diminuire il volume, il peso e i costi associati al cablaggio interno del veicolo, che può raggiungere i 4 km di lunghezza e un peso compreso tra 30 e 60 kg. Inoltre, diventa più facile integrare sistemi di elaborazione dati e audio ad alto consumo energetico, nonché accessori personalizzati a 48 V. Tuttavia, un aspetto da notare è che i veicoli Tesla, che in precedenza hanno perseguito un cablaggio semplificato 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 nel breve termine, questa decisione mette in luce la strategia di innovazione costante di Tesla. Data la scarsa disponibilità sul mercato di componenti a 48 V, è possibile che i costi di consegna aumentino rispetto a quelli dei precedenti componenti a 12 V. La maggior parte dei veicoli attualmente sul mercato utilizza il 12V; pertanto, i costi di sviluppo e la scarsità di produzione dei componenti a 48V potrebbero comportare prezzi più elevati rispetto a quelli a 12V. Inoltre, molti componenti a 12V beneficiano di economie di scala, poiché i produttori di componenti li realizzano in grandi quantità e li forniscono a varie case automobilistiche, mentre nel breve termine i componenti a 48V 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 cercato di ottimizzare costi e 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 al Tesla Investor Day 2023, è evidente che Tesla continuerà la sua strategia volta a perseguire innovazioni sia architettoniche che modulari in futuro.

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 concluso 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 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 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 una fornitura stabile di parti.

Se Tesla riuscirà a dimostrare i vantaggi pratici del passaggio al sistema 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 aziende fornitrici di componenti, potrebbero aver bisogno di più tempo per una transizione pratica al 48V, anche se riconoscono la necessità del cambiamento. La transizione per le case automobilistiche tradizionali comporterebbe inevitabilmente cambiamenti nella catena di fornitura, una ristrutturazione organizzativa nei reparti di sviluppo e approvvigionamento e la riassegnazione delle risorse.

Sviluppo dall'alto verso il basso

Altre case automobilistiche stanno valutando o adottando molte delle innovazioni introdotte da Tesla. Tuttavia, per quanto riguarda l’architettura a 48 V, solo una manciata di produttori di auto di lusso estremo la includerà probabilmente nei propri veicoli prima della fine del decennio. Si prevede che l'adozione di questa tecnologia sarà più diffusa nei veicoli del segmento C superiore e in quelli 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'elevata potenza elettrica, anche se i nuovi operatori probabilmente non presenteranno le loro offerte prima del 2028.

La lenta diffusione iniziale potrebbe essere dovuta a diversi fattori, 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 energia 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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