De spanning waarop het hoogvoltsysteem van een elektrische auto werkt, heeft grote invloed op de manier waarop de auto energie opneemt en gebruikt. Jarenlang was een systeemspanning van ongeveer 400 volt de norm voor elektrische auto’s. Inmiddels verschijnen steeds meer modellen met een hoogvoltsysteem van ongeveer 800 volt.
Een hogere systeemspanning maakt het mogelijk om met relatief lage stroomsterktes zeer hoge laadvermogens te bereiken. Dat kan leiden tot kortere laadstops en minder energieverlies in de bekabeling en vermogenselektronica. Een 800V-architectuur is daarmee vooral interessant voor elektrische auto’s die zijn ontworpen voor hoge laadvermogens.
Toch betekent 800 volt niet automatisch dat een auto sneller laadt. De daadwerkelijke laadsnelheid wordt ook bepaald door de batterij, de laadpaal, de temperatuur van het accupakket, de laadstrategie en het maximale laadvermogen van de auto.
Waarom stappen fabrikanten over op 800 volt?
Het elektrische vermogen wordt bepaald door twee grootheden: spanning en stroomsterkte.
Wie een auto met een hoog vermogen wil laden, kan dus de spanning verhogen, de stroomsterkte verhogen of beide doen.
Bij een 400V-systeem is bijvoorbeeld ongeveer 625 ampère nodig om theoretisch 250 kW over te brengen. Bij 800 volt is voor hetzelfde vermogen ongeveer 313 ampère nodig. Door de spanning te verdubbelen, kan hetzelfde vermogen dus met ongeveer de helft van de stroomsterkte worden getransporteerd.
Dat is belangrijk omdat elektrische weerstand leidt tot warmteontwikkeling. Het vermogensverlies in een kabel is afhankelijk van de weerstand en het kwadraat van de stroomsterkte: Pverlies = I² × R. Een lagere stroomsterkte kan daardoor een groot verschil maken.
Dit is een van de belangrijkste redenen waarom 800V-technologie aantrekkelijk is voor snelladende elektrische auto’s.
400 volt versus 800 volt
Het verschil tussen beide systemen zit niet alleen in de spanning van de batterij. Een moderne elektrische auto bestaat uit een compleet hoogspanningssysteem waarin onder meer de batterij, elektromotor(en), omvormer, boordlader, laadcomponenten, verwarmingssystemen en bekabeling op elkaar moeten zijn afgestemd.
| Eigenschap | 400V | 800V |
|---|---|---|
| Systeemspanning | Rond 400 V | Rond 800 V |
| Hoog laadvermogen | Goed mogelijk | Zeer geschikt |
| Stroom bij gelijk laadvermogen | Hoger | Lager |
| Kabels bij gelijk vermogen | Relatief zwaarder | Relatief lichter mogelijk |
| Elektrische verliezen | Hoger bij hoge stroom | Lager bij hoge vermogens |
| Snellaadpotentieel | Afhankelijk van model | Vaak zeer hoog |
| Productiekosten | Over het algemeen lager | Over het algemeen hoger |
| Typische toepassing | Breed, van compact tot premium | Vooral middensegment en hoger |
De genoemde systeemspanningen zijn bovendien geen exacte waarden. Een auto die als 800V-auto wordt aangeduid, werkt niet voortdurend exact op 800 volt. De werkelijke spanning varieert afhankelijk van de laadstatus van de batterij en de gekozen accucellen en -configuratie.
Waarom een hogere spanning efficiënter kan zijn
Een van de belangrijkste voordelen van een hogere spanning is dat er minder stroom nodig is om hetzelfde vermogen te transporteren.
Stel dat een systeem 240 kW moet leveren. Bij 400 volt is daarvoor theoretisch 600 ampère nodig. Bij 800 volt volstaat ongeveer 300 ampère.
Een lagere stroom betekent minder warmteontwikkeling in onder meer kabels, connectoren en andere elektrische componenten. Daardoor kunnen deze onderdelen bij een gelijk gewenst vermogen compacter worden uitgevoerd of kan hetzelfde materiaal een hoger vermogen verwerken.
Dit speelt niet alleen tijdens het laden. Ook tijdens het rijden kan een hogere systeemspanning voordelen bieden wanneer grote hoeveelheden elektrisch vermogen naar de elektromotor worden gestuurd.
Hogere laadvermogens zijn mogelijk
Het grootste voordeel dat een bestuurder van een 800V-auto kan merken, is de mogelijkheid om zeer snel te laden. Verschillende modellen met een 800V-architectuur kunnen laadvermogens van meer dan 200 kW bereiken en sommige komen boven 300 kW uit.
Daarmee kan onder gunstige omstandigheden in ongeveer een kwartier een grote hoeveelheid rijbereik worden toegevoegd. Sommige auto’s kunnen bijvoorbeeld in minder dan twintig minuten van ongeveer 10 naar 80 procent laden.
De laadduur wordt echter niet alleen door de architectuur bepaald. Een 800V-auto die maximaal 150 kW accepteert, laadt niet sneller dan een goed ontworpen 400V-auto die eveneens 150 kW aankan.
Ook is het maximale laadvermogen slechts een piekwaarde. Tijdens een snellaadsessie verandert de laadsnelheid voortdurend. Naarmate de batterij voller raakt, wordt het laadvermogen doorgaans verlaagd om de batterij te beschermen en het laadproces gecontroleerd te laten verlopen.
De laadcurve is minstens zo belangrijk als het piekvermogen
Bij het vergelijken van elektrische auto’s wordt vaak alleen gekeken naar het maximale laadvermogen. Dat kan een vertekend beeld geven.
Een auto die kortstondig 300 kW haalt, maar dit vermogen snel terugschakelt, hoeft in de praktijk niet sneller te laden dan een model dat bijvoorbeeld 230 kW bereikt en dit vermogen langer vasthoudt.
Daarom is de laadcurve belangrijk. Deze laat zien hoeveel vermogen de auto gedurende de volledige laadbeurt accepteert.
Een goede 800V-auto combineert een hoog piekvermogen met een laadstrategie waarmee gedurende een groot deel van de sessie een hoog vermogen beschikbaar blijft. De batterijtemperatuur speelt hierbij een belangrijke rol. Voorverwarmen van het accupakket voordat de auto bij een snellader arriveert, kan daarom een aanzienlijk verschil maken.
Minder warmte en minder energieverlies
Een hogere spanning kan bij hetzelfde vermogen de stroomsterkte verlagen. Daardoor nemen de elektrische verliezen in de bekabeling en bepaalde andere componenten af.
Dat betekent niet dat een 800V-auto per definitie veel zuiniger is dan een 400V-auto. Het totale energieverbruik van een EV wordt door veel meer factoren bepaald, waaronder het gewicht, de aerodynamica, de banden, de elektromotoren, de omvormer en het thermische systeem.
Het belangrijkste voordeel van 800 volt is daarom niet simpelweg een lager verbruik, maar de mogelijkheid om hoge vermogens efficiënter door het systeem te transporteren.
Dunner en lichter: maar niet automatisch
Omdat bij 800 volt minder stroom nodig is voor hetzelfde vermogen, kunnen bepaalde hoogspanningskabels en elektrische componenten kleiner worden uitgevoerd.
Dat kan gewicht en ruimte besparen. Hoe groot die besparing daadwerkelijk is, verschilt echter sterk per voertuig. Een fabrikant kan ervoor kiezen om de kabels niet lichter te maken, maar juist hogere vermogens mogelijk te maken of extra veiligheidsmarges in te bouwen.
De bewering dat een 800V-architectuur automatisch bijvoorbeeld 30 procent gewichtsbesparing op de bekabeling oplevert, is daarom te algemeen. Het voordeel moet per voertuig worden bekeken.
800 volt en Silicon Carbide
Bij moderne hoogvoltsystemen wordt regelmatig gebruikgemaakt van Silicon Carbide (SiC) in vermogenselektronica. SiC-halfgeleiders kunnen bij hoge spanningen en vermogens voordelen bieden ten opzichte van traditionele siliciumcomponenten.
Ze kunnen onder bepaalde omstandigheden schakelverliezen en warmteontwikkeling beperken. Daardoor kunnen omvormers efficiënter worden en kan het thermische systeem minder zwaar worden belast.
800 volt en SiC zijn echter twee verschillende technologieën. Een 800V-auto hoeft niet per definitie overal SiC-halfgeleiders te gebruiken en een 400V-auto kan eveneens gebruikmaken van SiC.
Ook is het daarom niet correct om aan een 800V-platform automatisch een vaste efficiëntiewinst of een bepaald percentage extra actieradius toe te schrijven. Het uiteindelijke rendement is afhankelijk van het volledige aandrijfsysteem.
Wat gebeurt er bij een 400V-snellader?
Een belangrijk aandachtspunt bij 800V-auto’s is de compatibiliteit met oudere of minder krachtige snelladers.
Veel oudere DC-snelladers werken rond 400 volt. Een batterij die tijdens normaal bedrijf rond 800 volt werkt, kan daar niet simpelweg rechtstreeks met dezelfde configuratie aan worden gekoppeld.
Fabrikanten gebruiken daarom verschillende technische oplossingen.
Een mogelijkheid is een DC-DC-converter die de spanning van de laadpaal omzet naar een hogere spanning die geschikt is voor het accupakket. Zo kan een 800V-auto ook gebruikmaken van een 400V-laadstation.
Een andere oplossing wordt toegepast bij sommige batterijsystemen die uit meerdere elektrische secties bestaan. Daarbij kan de configuratie van de batterij tijdelijk worden aangepast, zodat delen van het accupakket anders worden geschakeld tijdens het laden met een lagere spanning.
Het resultaat is hetzelfde: de auto moet ervoor zorgen dat de spanning vanuit de laadpaal geschikt wordt gemaakt voor de batterij.
Waarom 800 volt niet overal nodig is
Een hogere systeemspanning heeft duidelijke voordelen, maar brengt ook extra complexiteit met zich mee. Componenten moeten geschikt zijn voor hogere spanningen en aan strengere eisen voldoen. Dat kan invloed hebben op de ontwikkelings- en productiekosten.
Voor kleinere en goedkopere elektrische auto’s is een 400V-architectuur daarom nog altijd een logische keuze. Wanneer het maximale laadvermogen relatief beperkt is, zijn de voordelen van een 800V-systeem kleiner.
Een compacte EV die met bijvoorbeeld 100 tot 150 kW kan laden, heeft minder behoefte aan de zeer hoge stroomvermogens waarvoor 800 volt bijzonder aantrekkelijk wordt.
Bij grote auto’s, langeafstandsmodellen en auto’s die hoge laadvermogens aankunnen, wordt het voordeel groter.
Voorbeelden van elektrische auto’s met 800 volt
800V-technologie is inmiddels niet meer uitsluitend voorbehouden aan zeer exclusieve elektrische auto’s. Onder meer de Porsche Taycan, Audi Q6 e-tron, Hyundai IONIQ 5, Hyundai IONIQ 6 en KIA EV6 maken gebruik van een hoogvoltsysteem van ongeveer 800 volt.
Ook verschillende nieuwe elektrische platforms van andere fabrikanten zijn ontworpen rond hogere systeemspanningen.
Daarmee verschuift 800V-technologie geleidelijk van een onderscheidend kenmerk van enkele premium-EV’s naar een technologie die ook in grotere aantallen in het middensegment beschikbaar komt.
Is een 800V-auto toekomstbestendiger?
Voor wie regelmatig lange afstanden rijdt, kan een 800V-auto een duidelijk praktisch voordeel hebben. Een hogere systeemspanning maakt zeer hoge laadvermogens mogelijk en kan daardoor zorgen voor kortere laadstops.
Dat voordeel komt vooral tot zijn recht wanneer ook de laadpaal voldoende vermogen kan leveren. Een 350 kW-snellader heeft bijvoorbeeld weinig voordeel als de auto zelf maximaal 150 kW accepteert.
Ook de batterijtemperatuur en laadstatus blijven belangrijk. De maximale laadsnelheid wordt namelijk niet gedurende de volledige sessie gehaald.
Een 800V-architectuur is daarom geen garantie voor snel laden, maar biedt fabrikanten wel een technisch platform waarmee hoge laadvermogens efficiënt kunnen worden gerealiseerd.
800 volt langs de snelweg
De ontwikkeling van 800V-auto’s gaat hand in hand met de uitbreiding van het Europese snellaadnetwerk. Moderne HPC-laadstations, oftewel High Power Chargers, zijn steeds vaker geschikt voor laadspanningen tot circa 1000 volt en laadvermogens van 300 kW of meer.
Daardoor kunnen auto’s met een 800V-systeem optimaal gebruikmaken van de nieuwste generatie laadstations.
Dat betekent niet dat alle laadpunten langs de weg dezelfde prestaties bieden. De werkelijke laadsnelheid wordt altijd bepaald door de combinatie van laadpaal en auto. Bovendien kan een laadstation het beschikbare vermogen over meerdere aansluitingen verdelen.
400 volt of 800 volt: wat merk je ervan als bestuurder?
Voor de bestuurder is de systeemspanning zelf nauwelijks merkbaar. Je ziet geen verschil tijdens het rijden en hoeft als bestuurder geen andere handelingen uit te voeren.
Het verschil wordt vooral zichtbaar tijdens het snelladen. Een auto met een goed ontworpen 800V-systeem kan in korte tijd een grote hoeveelheid energie opnemen. Bij een lange rit kan een laadstop daardoor eerder een korte pauze dan een uitgebreide stop worden.
Daarbij blijft het belangrijk om niet alleen naar het label ‘800 volt’ te kijken. De maximale laadsnelheid, de laadcurve, het bruikbare batterijvermogen, de mogelijkheid tot batterijvoorverwarming en de efficiëntie van het totale voertuig bepalen uiteindelijk hoeveel rijbereik er tijdens een laadstop bijkomt.
De ontwikkeling richting hogere spanningen
400V-systemen zullen voorlopig niet verdwijnen. Ze zijn technisch volwassen, relatief betaalbaar en voor veel elektrische auto’s meer dan voldoende.
Voor auto’s waarbij hoge laadvermogens belangrijk zijn, biedt 800 volt echter duidelijke voordelen. Door de hogere spanning kan met lagere stroomsterktes worden gewerkt, waardoor hoge vermogens efficiënter kunnen worden verwerkt en de thermische belasting van bepaalde componenten kan worden beperkt.
De ontwikkeling stopt bovendien niet noodzakelijk bij 800 volt. Voor toekomstige elektrische auto’s wordt ook gekeken naar systemen met nog hogere spanningen. Naarmate batterijen groter worden en laadvermogens verder toenemen, kan een hogere systeemspanning helpen om de benodigde stroomsterktes beheersbaar te houden.
Voor de automobilist blijft uiteindelijk één vraag het belangrijkst: hoe snel kan de auto in de praktijk bruikbaar rijbereik toevoegen? De laadarchitectuur van 800 volt is daarbij geen doel op zichzelf, maar een technische basis om dat mogelijk te maken.
