Ενεργοποίηση ηλεκτρικών οχημάτων χαμηλότερου κόστους μέσω της ανάπτυξης ηλεκτροκινητήρων

Η αγορά ηλεκτρικών οχημάτων (EV) συνεχίζει να αναπτύσσεται. Ωστόσο, η ανάπτυξή του έχει επιβραδυνθεί σημαντικά στην Ευρώπη και τις ΗΠΑ το πρώτο εξάμηνο του 2024. Βασική διαδρομή για την αναζωογόνηση της ανάπτυξης θα είναι η κυκλοφορία μοντέλων σε πιο προσιτό εύρος τιμών. Για το σκοπό αυτό, υπάρχουν πολλοί τρόποι μείωσης του κόστους ενός EV. Ενώ η μπαταρία σωστά εστιάζεται, άλλα εξαρτήματα σε όλο το όχημα, όπως ο ηλεκτροκινητήρας, μπορούν επίσης να συμβάλουν στη μείωση του κόστους, γράφει ο Διευθυντής Έρευνας IDTechEx Dr James Edmondson.

Η τελευταία έκθεση της IDTechEx, "Ηλεκτρικοί κινητήρες για ηλεκτρικά οχήματα 2025-2035: Τεχνολογίες, υλικά, αγορές και προβλέψεις», αναλύει το τρέχον τοπίο τεχνολογίας και υλικών για ηλεκτρικούς κινητήρες στα EV και προβλέπει τις μελλοντικές τάσεις και απαιτήσεις για τα επόμενα 10 χρόνια. Η IDTechEx προβλέπει ότι πάνω από 160 εκατομμύρια ηλεκτρικοί κινητήρες θα απαιτηθούν για την αγορά ηλεκτρικών οχημάτων το 2035 με περίπου το 30% της αγοράς αυτοκινήτων να χρησιμοποιεί τεχνολογίες χωρίς σπάνιες γαίες την ίδια χρονιά.

Βελτίωση της απόδοσης για μείωση των απαιτήσεων της μπαταρίας

Ο πρώτος τρόπος με τον οποίο ένας κινητήρας μπορεί να μειώσει το κόστος του οχήματος είναι μέσω της απόδοσης οδήγησης. Τα οχήματα είναι γενικά σχεδιασμένα για να μεγιστοποιούν την εμβέλεια σε κύκλους δοκιμών (όπως WLTP ή CLTC) ή/και σε σενάρια οδήγησης πραγματικού κόσμου. Όσο πιο αποδοτικός είναι ένας κινητήρας, τόσο μεγαλύτερη εμβέλεια μπορεί να αποκτηθεί από την ίδια χωρητικότητα μπαταρίας. Για παράδειγμα, εάν ένας κινητήρας έχει απόδοση 96% αντί 93%, τότε αυτό θα μπορούσε να μειώσει την ενέργεια που απαιτείται για ένα όχημα 75 kWh κατά περίπου 2.9% για να επιτύχει την ίδια εμβέλεια. Με τη σειρά του, αυτό μειώνει το κόστος της μπαταρίας κατά το ίδιο ποσό, για ένα όχημα 75 kWh με κόστος μπαταρίας περίπου 100 $/kWh, θα μπορούσε να παρατηρηθεί μείωση στην τιμή της μπαταρίας ανά όχημα κατά περίπου 200 $ ΗΠΑ.

Υλικά έναντι κόστους κατασκευής στον κινητήρα

Η τιμή των μαγνητών και του χαλκού στους κινητήρες EV ήταν επιρρεπής σε σημαντική μεταβλητότητα, αλλά τα σχέδια χωρίς μαγνήτες είναι πιο σταθερά. Πηγή: IDTechEx

Οι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη (PM) κυριαρχούν στην αγορά EV με μερίδιο αγοράς 85% σε ηλεκτρικά μπαταρίες και υβριδικά αυτοκίνητα με plug-in το 2023 σύμφωνα με την IDTechEx. Οι μόνιμοι μαγνήτες που χρησιμοποιούνται σε αυτούς τους κινητήρες περιέχουν σπάνιες γαίες και μπορεί να είναι πολύ δαπανηροί. Στην πραγματικότητα, παρόλο που αποτελούν ένα σχετικά μικρό μέρος του κινητήρα, συχνά καταλαμβάνουν περίπου το ένα τρίτο του λογαριασμού των υλικών του κινητήρα. Η ιστορική τιμή αυτών των σπάνιων γαιών ήταν επίσης πολύ ασταθής. από το 2010, η μέγιστη τιμή του νεοδυμίου ήταν σχεδόν 5 φορές υψηλότερη από την ελάχιστη τιμή της.

Άλλοι κινητήρες χωρίς μαγνήτη, όπως οι σύγχρονοι κινητήρες τυλιγμένου ρότορα (WRSM, μερικές φορές αποκαλούμενοι σύγχρονοι κινητήρες εξωτερικού διεγέρσεως, EESM), έχουν χαμηλότερο κόστος υλικών λόγω της αντικατάστασης των μόνιμων μαγνητών με περιελίξεις χαλκού. Ωστόσο, αυτά είναι πιο ακριβά στην κατασκευή τους, με περιέλιξη που απαιτείται στον ρότορα, έναν μηχανισμό παροχής ρεύματος στον ρότορα και τα σχετικά ηλεκτρονικά ελέγχου. Η απόδοσή τους είναι συνήθως χαμηλότερη στον κύκλο WLTP, αν και συχνά είναι καλύτερη για κρουαζιέρες υψηλής ταχύτητας. Για να αντισταθμιστεί το κόστος κατασκευής και η απώλεια απόδοσης, η τιμή των υλικών PM θα πρέπει να είναι σε υψηλό σημείο για να γίνει ένας κινητήρας WRSM ανταγωνιστικός στο κόστος του συστήματος άμεσα.

Οι μαγνήτες χωρίς σπάνιες γαίες είναι μια άλλη μελλοντική λύση, αυτά τα μαγνητικά υλικά είναι πολύ λιγότερο δαπανηρά, αλλά θυσιάζουν την απόδοση. Οι μαγνήτες χωρίς σπάνιες γαίες, όπως οι φερρίτες ή το AlNiCo, μπορούν να είναι ανταγωνιστικοί με τους μαγνήτες Nd σε ορισμένες μαγνητικές ιδιότητες, αλλά όχι σε όλες τις βασικές ιδιότητες. Το αποτέλεσμα αυτού είναι ότι απαιτεί περισσότερο μαγνητικό υλικό και θυσιάζει την πυκνότητα ισχύος, επομένως απαιτείται μεγαλύτερος κινητήρας για την ίδια απόδοση. Με στόχο την παραγωγή ενός οχήματος χαμηλού κόστους, αυτή θα μπορούσε να είναι μια προσέγγιση. θα μπορούσε να εγκατασταθεί ένας κινητήρας πολύ χαμηλότερης απόδοσης και να είναι ακόμα επαρκής για ένα μικρό αυτοκίνητο πόλης. Ωστόσο, λόγω του μεγάλου ελλείμματος απόδοσης που έχουν αυτοί οι μαγνήτες, το κόστος κατασκευής του ρότορα μπορεί να αυξηθεί για να συσκευαστεί σε αρκετό μαγνητικό υλικό.

Το βασικό είναι ότι οι εναλλακτικές λύσεις για τους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη σπάνιων γαιών θα είναι ανταγωνιστικές ως προς το κόστος μόνο στο σενάριο όπου οι τιμές των μαγνητών σπάνιων γαιών είναι υψηλές. Ωστόσο, υπάρχουν άλλοι λόγοι για να απομακρυνθείτε από τις σπάνιες γαίες, όπως η φιλικότητα προς το περιβάλλον και η ασφάλεια της εφοδιαστικής αλυσίδας.

Προοπτική IDTechEx

Παρά τις προκλήσεις, στην έκθεσή της για «Ηλεκτρικοί κινητήρες για ηλεκτρικά οχήματα 2025-2035: Τεχνολογίες, υλικά, αγορές και προβλέψεις”, η IDTechEx προβλέπει ότι οι τεχνολογίες κινητήρων χωρίς μαγνήτες θα καταλάβουν το 30% της αγοράς κινητήρων αυτοκινήτων το 2035 (συμπεριλαμβανομένων των ηλεκτρικών και υβριδικών αυτοκινήτων με μπαταρία), από μόλις 9% το 2023. Η ασφάλεια της εφοδιαστικής αλυσίδας γίνεται μεγαλύτερη εστίαση, το ιστορικό Η αστάθεια των τιμών των σπάνιων γαιών προκαλεί ανησυχία και η τεχνολογία μαγνητών χωρίς σπάνιες γαίες βελτιώνεται. Αν και η τιμή του κινητήρα μπορεί να μην είναι η μεγαλύτερη ανησυχία στη συνολική τιμή ενός EV, σίγουρα μπορεί να διαδραματίσει σημαντικό ρόλο και οι καινοτομίες στην τεχνολογία κινητήρα συνεχίζουν να προοδεύουν.

Θα μπορούσε η αξονική ροή να παίξει κάποιο ρόλο;

Στο μέλλον, οι κινητήρες αξονικής ροής θα μπορούσαν να παίξουν μεγαλύτερο ρόλο στη μείωση του κόστους. Δεδομένης της πολύ υψηλής ισχύος και πυκνότητας ροπής τους, η χρήση υλικού ανά kW ισχύος μπορεί να μειωθεί σημαντικά. Δεδομένου ότι το μεγαλύτερο μέρος του κόστους ενός κινητήρα είναι στον λογαριασμό των υλικών, αυτό θα μπορούσε να επιτρέψει μια άλλη διαδρομή για τη μείωση του κόστους. Ωστόσο, οι κινητήρες αξονικής ροής δεν έχουν ακόμη κατασκευαστεί στην κλίμακα που απαιτείται για την αγορά αυτοκινήτων. Για να μην πω ότι δεν θα μπορούσαν να είναι, η κατασκευή τους είναι απλούστερη από πολλά ιστορικά εξαρτήματα αυτοκινήτων, αλλά πρέπει να ξεπεράσουν μια καλά εδραιωμένη βιομηχανία κινητήρων ακτινικής ροής και να βρουν τους κατάλληλους κατασκευαστικούς συνεργάτες για να φτάσουν εκεί. Το IDTechEx προβλέπει ανάπτυξη στην αγορά κινητήρων αξονικής ροής, αλλά θα χρειαστεί χρόνος για να αρχίσετε να φτάσετε στους όγκους που συνήθως συνδέονται με τις τεχνολογίες κινητήρων αυτοκινήτων.

Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με την έκθεση IDTechEx «Ηλεκτρικοί κινητήρες για ηλεκτρικά οχήματα 2025-2035: Τεχνολογίες, Υλικά, Αγορές και Προβλέψεις», παρακαλούμε www.IDTechEx.com/Motors. Διατίθενται δείγματα σελίδων με δυνατότητα λήψης για αυτήν την αναφορά.

Για το πλήρες χαρτοφυλάκιο της έρευνας αγοράς ηλεκτρικών οχημάτων που διατίθεται από την IDTechEx, δείτε www.IDTechEx.com/Research/EV. 

Σχετικά με το IDTechEx 
 
Η IDTechEx παρέχει αξιόπιστη ανεξάρτητη έρευνα για τις αναδυόμενες τεχνολογίες και τις αγορές τους. Από το 1999, βοηθάμε τους πελάτες μας να κατανοήσουν τις νέες τεχνολογίες, τις αλυσίδες εφοδιασμού τους, τις απαιτήσεις της αγοράς, τις ευκαιρίες και τις προβλέψεις. Για περισσότερες πληροφορίες, επικοινωνήστε [προστασία μέσω email] ή επισκεφθείτε την ιστοσελίδα www.IDTechEx.com. 

Μοιραστείτε αυτό το άρθρο: