Mengoptimalkan Rekayasa Powertrain dengan AI Dapat Menghemat Waktu, Uang, dan Emisi

Adopsi kendaraan listrik terus meningkat secara global, didorong oleh insentif pemerintah yang kuat, perbaikan infrastruktur, dan kemajuan teknologi baterai. 

Pertumbuhan ini diperkirakan akan berlanjut, dengan Gartner memproyeksikan bahwa 85 juta EV akan beroperasi di seluruh dunia pada akhir 2025. Ini akan mencakup tidak hanya mobil tetapi juga bus, van, dan truk berat. Sebagian besar diperkirakan akan menjadi kendaraan listrik berbaterai (BEV), yang diprediksi meningkat 35%, sementara kendaraan listrik hibrida plug-in (PHEV) dapat naik 28% dibandingkan tahun lalu. 

Pertumbuhan adopsi EV akan didukung oleh penurunan drastis harga baterai EV, yang akan dipicu oleh produksi berskala besar dan kemajuan teknologi. Goldman Sachs (GS ) memproyeksikan harga baterai EV akan turun setengahnya pada tahun 2026. 

Bahkan industri daur ulang baterai diperkirakan akan terus tumbuh, dengan Statista melaporkan perkiraan 250 kiloton baterai diproses pada 2020 oleh perusahaan daur ulang baterai EV di seluruh dunia. Angka ini kemungkinan akan melambung lebih dari tujuh kali lipat pada 2030 dan melampaui 200 juta ton pada 2040.

Hal ini bersama dengan meningkatnya persaingan di antara produsen mobil juga akan menurunkan harga EV, yang pada gilirannya meningkatkan adopsinya. Faktor lain yang berkontribusi pada pertumbuhan ini adalah teknologi pengisian ultra‑cepat yang mudah diakses. Menurut International Energy Agency (IEA), jumlah stasiun pengisian publik di seluruh dunia akan melampaui 15 juta pada akhir dekade ini. 

Tren EV kunci lainnya adalah fokus pada nol emisi, dengan regulator, konsumen, dan produsen mobil mendukung mobilitas yang lebih bersih dan berkelanjutan.  

Untuk ukuran pasar powertrain listrik, nilai pasar sebesar $86,9 miliar pada 2023 dan diproyeksikan naik melewati $300 miliar pada 2031 dengan CAGR 17,1% selama periode ini. Sekarang, masa depan pasar ini dibagi berdasarkan tipe integrasi: tipe kendaraan, yang mencakup mobil penumpang (PC) dan kendaraan komersial ringan (LCV), propulsi yang melibatkan BEV dan PHEV, serta komponen yang mencakup baterai, motor, kontroler, inverter/konverter, sistem manajemen baterai (BMS), modul pengiriman daya (PDM), dan charger onboard. 

Berdasarkan tipe integrasi, pasar dibagi menjadi terintegrasi dan non‑terintegrasi, dengan segmen e‑powertrain terintegrasi diperkirakan memiliki tingkat pertumbuhan tertinggi. Pertumbuhan ini didukung oleh kemajuan teknologi, produksi EV yang efisien biaya, dan kebutuhan akan peningkatan kinerja kendaraan. 

Integrasi komponen kunci mengurangi kompleksitas, menurunkan biaya produksi, membebaskan ruang dalam EV, dan meningkatkan efisiensi energi. 

Sementara itu, segmen berbasis baterai saat ini mendominasi pasar dan dengan alasan yang jelas. Baterai adalah komponen utama dari powertrain EV dan menentukan kinerja kendaraan, efisiensi energi, serta jangkauan. Baterai juga menyumbang bagian terbesar dari total biaya EV dan, oleh karena itu, memiliki dampak keuangan terbesar pada pasar powertrain. 

Powertrain dalam Kendaraan Listrik 

Sama seperti mesin yang merupakan bagian penting dari mobil Anda, powertrain listrik adalah komponen vital dari mobil listrik, baik itu EV murni maupun EV hibrida. 

Pada kendaraan bensin atau diesel Anda, mesin pembakaran dalam (ICE) berfungsi sebagai sumber tenaga utama di mana bahan bakar diubah menjadi energi mekanik. Sementara itu, pada EV, e‑powertrain bertanggung jawab mengubah energi listrik menjadi energi mekanik untuk menggerakkan kendaraan Anda. Jadi, e‑powertrain pada dasarnya menggantikan ICE tradisional dalam EV Anda untuk menghasilkan dan menyampaikan tenaga. 

Sekarang, powertrain terdiri dari beberapa elemen kunci, termasuk sistem penyimpanan energi—seperti baterai atau sel bahan bakar—elektronik daya seperti inverter atau konverter, mesin listrik untuk konversi, dan sistem transmisi. Selain itu, powertrain EV juga mencakup poros penggerak untuk mentransmisikan tenaga ke roda.  

Jika dibandingkan dengan mesin pembakaran dalam, yang memiliki banyak bagian bergerak kompleks, desain dan komponen dalam powertrain jauh lebih sederhana tanpa kebisingan dan nol emisi knalpot.

Ketika berbicara tentang sistem pembangkit tenaga dalam powertrain yang menyediakan listrik yang diperlukan untuk menggerakkan kendaraan; mereka tersedia dalam bentuk paket baterai dan charger onboard. 

Paket baterai menggunakan sel untuk menyimpan energi. Sel lithium‑ion adalah yang paling populer dan banyak digunakan karena memiliki kepadatan energi tinggi yang meningkatkan kapasitas penyimpanan, sementara sel bahan bakar adalah jenis penyimpanan energi lain yang dikenal lebih ringan dan memiliki efisiensi energi lebih tinggi. Paket baterai juga dilengkapi dengan sistem manajemen baterai (BMS) untuk memastikan operasi baterai yang aman dengan mencegah overcharging atau overdischarging.

Charger onboard menggunakan sumber pengisian eksternal seperti jaringan listrik untuk arus bolak‑balik, yang kemudian diubah menjadi arus searah untuk disimpan dalam baterai. 

Sekarang, sistem distribusi daya dalam powertrain mengontrol daya dari sumber dengan mengintegrasikan komponen elektronik daya.

Ini mencakup inverter DC‑ke‑AC yang mengubah daya DC dari baterai menjadi daya AC dan menghasilkan tegangan bolak‑balik yang diperlukan untuk mengontrol kecepatan dan akselerasi motor, serta konverter DC‑ke‑DC untuk menyesuaikan output DC bertegangan tinggi baterai agar menyediakan DC bertegangan rendah untuk memberi daya pada sistem bantu seperti pendingin udara.

Sistem manajemen termal melindungi baterai dan motor dari suhu ekstrem, sementara unit kontrol elektronik berbasis firmware memastikan operasi komponen powertrain EV yang efisien dan aman.

Unit distribusi daya memastikan setiap sistem menerima jumlah daya yang tepat, sementara unit kontrol kendaraan mengumpulkan dan memproses data dari berbagai sistem, sensor, dan kontroler serta menyinkronkan aktivitas antar sistem.

Sekarang, ada beberapa jenis powertrain listrik yang berbeda, masing-masing memiliki konfigurasi dan fungsionalitas yang unik.

Kendaraan listrik murni atau BEV seperti Tesla (TSLA ) Model 3, Nissan LEAF, dan BMW i3 menggunakan paket baterai yang dapat diisi ulang untuk semua kebutuhan tenaga mereka dan tidak menggunakan sumber penyimpanan energi sekunder. Namun, mereka harus diisi dari sumber eksternal. 

Kendaraan listrik hibrida (HEV) seperti Honda Civic Hybrid, Toyota Camry Hybrid, dan Ford Fusion Hybrid menggabungkan ICE dengan drivetrain listrik, memungkinkan mereka menawarkan efisiensi bahan bakar dan kinerja yang lebih baik dibandingkan ICEV tradisional. Kendaraan ini memanfaatkan fitur seperti pengereman regeneratif untuk mengubah energi kinetik kembali menjadi energi listrik untuk disimpan, generator listrik berbasis ICE untuk tenaga tambahan atau mengisi ulang baterai, serta sistem start‑stop untuk mematikan mesin saat idle.

Kendaraan listrik hibrida plug‑in (PHEV) seperti Chevrolet Volt dan Toyota Prius Prime dapat diisi dari sumber eksternal selain menggunakan bensin atau diesel.

Kendaraan listrik sel bahan bakar (FCEV) menggunakan sel bahan bakar hidrogen alih‑alih baterai untuk menghasilkan arus listrik.

Meskipun ICE telah menjadi sumber tenaga utama kendaraan selama lebih dari satu abad, mereka bertanggung jawab atas polusi lingkungan, yang telah mendorong naiknya EV. Kendaraan dengan powertrain ini memiliki beberapa manfaat termasuk mengurangi polusi dan gas rumah kaca. Mereka juga berkontribusi pada lingkungan yang lebih tenang dengan mengurangi polusi suara.

Manfaat besar lainnya dari powertrain adalah mereka jauh lebih efisien energi dibandingkan ICE, mengubah lebih dari 80% energi yang disimpan menjadi gerakan. Lebih sedikit bagian bergerak pada powertrain berarti biaya perawatan juga berkurang. Selain itu, biaya listrik yang diperlukan untuk menggerakkan EV lebih rendah daripada diesel atau bensin. Faktanya, mengisi bahan bakar kendaraan berbensin akan menelan biaya sekitar dua kali lipat dibandingkan EV di AS.

Namun, ini tidak berarti EV tidak memiliki kelemahan. Pertama, biaya awal untuk membeli EV lebih tinggi dibandingkan yang harus Anda keluarkan untuk kendaraan ICE. Kemudian ada waktu pengisian, yang dapat berkisar antara 30 menit hingga beberapa jam tergantung kapasitas stasiun pengisian, sementara mengisi tangki ICEV hanya memerlukan beberapa menit. Jarak tempuh terbatas EV dari satu kali pengisian menyebabkan kecemasan jarak tempuh di antara konsumen, menambah masalah lain pada kendaraan ini.

Meskipun tantangan ini, EV memungkinkan peningkatan efisiensi bahan bakar dan pengurangan emisi sambil berkontribusi pada sistem transportasi yang lebih tangguh. Hal ini mendorong elektrifikasi, yang menghasilkan inovasi menarik dalam powertrain EV untuk menawarkan manfaat yang lebih baik dalam kinerja, efisiensi, dan ramah lingkungan.

OPED Berbasis AI untuk Mempercepat Pengembangan Powertrain

Mengingat peran kunci powertrain dalam kendaraan listrik, meningkatkan pengembangan powertrain sangat penting untuk mencapai penghematan sumber daya, biaya, dan waktu.

Peneliti dari Graz University of Technology, institut riset dan pendidikan sains serta teknologi tertua di Austria, telah melakukannya dengan merevolusi pengembangan powertrain EV menggunakan sistem berbasis AI yang disebut OPED yang mengoptimalkan komponen untuk mengurangi bulan‑bulan rekayasa kompleks menjadi hanya satu hari.

Solusi baru yang dikembangkan oleh peneliti adalah Optimisation of Electric Drives (OPED), yaitu perangkat lunak yang mengoptimalkan desain teknis sambil memperhitungkan emisi gas rumah kaca sepanjang rantai pasokan.

Dengan solusi ini, tim peneliti yang dipimpin oleh Martin Hofstetter dari Institute of Automotive Engineering bertujuan mempersingkat fase pengembangan powertrain dengan menggabungkan model komponen simulasi dengan algoritma evolusioner. 

Sistem AI secara otomatis mengoptimalkan seluruh powertrain sesuai dengan persyaratan teknis produsen yang mencakup biaya produksi, efisiensi, dan kebutuhan ruang paket dalam kendaraan. 

OPED sebenarnya telah dikembangkan selama satu dekade. Pada 2018, konsep optimisasi desain sistem penggerak poros listrik memulai perjalanan resmi OPED, yang juga memperkenalkan model gearbox pertama.

Selama bertahun‑tahun, perjalanan ini maju dengan pengenalan model biaya tergantung kuantitas, proses pengembangan keseluruhan, pendekatan dasar untuk mengoptimalkan keluarga produk dengannya, gambaran metodologi umum di balik model, pendekatan pemodelan untuk mengoptimalkan integrasi kunci parkir, dan model inverter untuk OPED.

Tahun lalu, tim merilis makalah tentang memperluas solusi untuk memungkinkan optimisasi keluarga produk dan meminimalkan jejak karbon penggerak poros listrik di antara tujuan desain lainnya.

Setelah lebih dari sepuluh tahun penelitian, tim berhasil menciptakan model ini, yang, menurut situs resmi OPED, bertujuan menyederhanakan tugas menantang merancang penggerak listrik yang dibutuhkan untuk EV. Tugas tersebut memerlukan banyak keputusan kritis tentang desain, masing‑masing memengaruhi tujuan pelanggan yang berbeda dan saling bertentangan, sehingga sulit menemukan solusi terbaik. Menurut Hofstetter:

“Penggerak listrik terdiri dari sejumlah besar komponen yang dapat dirancang sangat berbeda untuk memenuhi persyaratan yang diinginkan. Jika saya membuat perubahan kecil pada mesin listrik, itu akan memengaruhi transmisi dan elektronik daya. Jadi sangat kompleks untuk membuat keputusan optimal.”

Tidak hanya banyak keputusan desain tentang subkomponen mesin listrik yang harus dibuat agar sesuai secara optimal dengan kebutuhan pelanggan, tetapi persaingan yang meningkat juga menuntut desain produk yang canggih dan waktu ke pasar yang singkat untuk keberhasilan komersial. 

Di sini, OPED mempersembahkan dirinya sebagai solusi untuk masalah desain yang kompleks, yang memanfaatkan AI dan secara otomatis mencari desain sistem optimal. Algoritma mencakup gearbox EV, mesin listrik, dan elektronik daya serta mengoptimalkan integrasi terbaik mereka dalam ruang kendaraan yang tersedia secara multi‑objektif.

Perangkat lunak sebenarnya menggabungkan sekitar 50 parameter desain secara bersamaan dan kemudian membandingkannya dengan prioritas produsen. Ia menghapus varian buruk dan mengoptimalkan yang lebih baik. Setelah ratusan ribu siklus simulasi, ia menemukan solusi terbaik untuk produsen, yang dapat memilih varian yang ingin mereka kembangkan dan terapkan.

“Apa yang biasanya membutuhkan berbulan‑bulan bagi insinyur tanpa dukungan AI dapat diselesaikan dalam sekitar satu hari dengan OPED. Ini memungkinkan tim pengembangan fokus pada keputusan tingkat atas alih‑alih menghabiskan waktu terbatas mereka pada perhitungan manual dan pekerjaan simulasi.”

– Hofstetter

Melalui beragam desain optimal, model ini membimbing insinyur dan pengambil keputusan dalam seluruh proses pengembangan sejak awal, yang secara signifikan mengurangi waktu pengembangan dan meningkatkan kualitas serta daya saing.

Peneliti juga menambahkan emisi CO2 yang dihasilkan selama produksi powertrain di seluruh rantai pasokan sebagai kriteria optimisasi yang memungkinkan produsen mempertimbangkan keberlanjutan sejak fase pengembangan awal.

“Pendekatan OPED dapat digunakan untuk berbagai macam pengembangan produk,” kata Hofstetter, menambahkan bahwa mereka “senang bekerja dengan mitra industri baru untuk menyesuaikannya dengan tantangan dan tujuan mereka.”

Solusi ini telah diperluas untuk optimisasi powertrain listrik seluruh platform kendaraan oleh Dominik Lechleitner sebagai bagian dari disertasi doktoralnya. OPED membantu menemukan komponen optimal yang dapat digunakan sebagai bagian yang dipertahankan dalam powertrain model yang berbeda, menghemat biaya pengembangan dan produksi.

Berdasarkan keahlian powertrain‑nya, tim kini bekerja memperluas metodenya ke produk dan industri lain melalui produk generik bernama OPx, yang memungkinkan skala yang mudah.

Pemain Utama Pasar

Beberapa pemain kunci dalam pasar powertrain listrik meliputi Mitsubishi, Nissan, Sigma Powertrain, Continental Ag, Denso, Valeo, BYD Auto, CATL, LG Corporation, Samsung, Panasonic, Cummins (CMI ), Hyundai, Volkswagen, Delta Electronics, Hitachi Astemo Americas, Dana Incorporated (DAN ), Magna International (MGA ), Marelli Holdings, dan Robert Bosch Gmbh.

Sekarang, mari kita selami lebih dalam beberapa nama terkemuka: 

1. BorgWarner Inc.

Secara aktif berinvestasi dalam teknologi EV dan solusi berbasis AI, lini produk BorgWarner (BWA ) mencakup turbocharger, e‑booster, e‑turbo, sistem emisi, sistem termal, modul kontrol, charger onboard, konverter DC/DC, charger cepat DC, dan sistem baterai lithium‑ion untuk aplikasi bus dan truk yang terelektrifikasi.

Pada saat penulisan, saham perusahaan dengan kapitalisasi pasar $6,85 miliar diperdagangkan pada $31,33, turun 1,45% YTD. Untuk Q4 2024, penjualan bersih US GAAP BorgWarner sebesar $3.522 miliar, dan laba bersih $0,64 per saham terdilusi, sementara arus kas bebas $679 juta. Selama periode ini, perusahaan menandatangani perjanjian dengan anak perusahaan BYD, FinDreams Battery, joint venture dengan Shaanxi Fast Auto untuk mengembangkan aplikasi inverter bertegangan tinggi bagi pasar China, dan mengakuisisi Electric Hybrid Systems milik Eldor Corporation.

“Kami menawarkan rangkaian lengkap produk untuk ruang kendaraan komersial, melayani powertrain pembakaran, hibrida, dan sepenuhnya terelektrifikasi. Portofolio kami tahan terhadap kecepatan perubahan industri.”

– Chief Strategy Officer BorgWarner, Dr. Paul Farrell, mengatakan baru‑baru ini dalam sebuah wawancara

2. XPeng Inc.

XPeng yang berbasis di China memproduksi kendaraan listrik pintar, yang telah menarik banyak perhatian. CEO He Xiaopeng baru‑baru ini mengatakan bahwa ia memperkirakan pengiriman tahunan mobil cerdas yang dianggarkan akan berlipat ganda tahun ini, yaitu 380.000 kendaraan.

Pada saat penulisan, saham perusahaan dengan kapitalisasi pasar $16,14 miliar diperdagangkan pada $16,65, naik 43,74% YTD. Pada Q3 2024, Xpeng mencatat total pendapatan $1,44 miliar, meningkat 18,4% dari Q3 2023 dan naik 24,5% dari Q2 2024. 

Pendapatan dari penjualan kendaraan sebesar $1,25 miliar dengan 46.533 kendaraan yang dikirim oleh perusahaan pada kuartal tersebut, naik dari 40.008 pada kuartal yang sama tahun sebelumnya. Jaringan stasiun pengisian yang dioperasikan sendiri mencapai 1.557 stasiun. Kas dan setara kas, kas terbatas, investasi jangka pendek, dan deposito berjangka pada akhir kuartal sebesar $5,09 miliar.

Xpeng sebenarnya muncul sebagai startup EV terlaris di China pada bulan pertama 2025, yang bersama Februari biasanya merupakan musim rendah bagi produsen mobil lokal di China karena Tahun Baru China. Pada bulan yang sama, perusahaan dirgantara Xpeng juga meluncurkan “mobil terbang modular” mereka di CES 2025.

Sementara itu, CEO He telah membicarakan realisasi mengemudi otonom skenario penuh L3 pada paruh kedua tahun ini.

“Saya percaya bahwa mengemudi otonom L3 akan membawa mobil AI ke era ‘iPhone 4’.”

– CEO He

Kesimpulan

Kendaraan listrik sedang mengalami momen besar karena kemajuan teknologi menurunkan harga mereka. Seiring meningkatnya mobilitas listrik, pasar powertrain juga mengalami pertumbuhan cepat. Integrasi powertrain listrik dengan teknologi mengemudi otonom dan kendaraan terhubung diperkirakan akan merevolusi industri otomotif.

Di tengah hal ini, solusi seperti OPED menandai kemajuan signifikan dalam pengembangan powertrain EV, yang dapat secara signifikan mengurangi waktu, meningkatkan efisiensi, dan meminimalkan biaya produksi. 

Dengan memungkinkan optimasi super cepat powertrain EV dan menyeimbangkan kinerja, biaya, serta tujuan keberlanjutan, OPED tidak hanya menetapkan tolok ukur efisiensi dan keberlanjutan dalam rekayasa tetapi juga dapat membantu mendukung pertumbuhan dan adopsi EV, mempercepat transisi ke masa depan yang lebih hijau.

Klik di sini untuk daftar saham EV teratas.