Cómo mantener el crecimiento de los vehículos eléctricos en una era de escasez, informa IDTechEx en Vehículos eléctricos: tierra, mar y aire 2022-2042
2022 sigue presentando grandes desafíos para los fabricantes de vehículos eléctricos. Los cierres de fábricas en China , impulsados por la pandemia en curso, interrumpieron la producción ( Shanghái , que vende más vehículos eléctricos que Noruega , no registró ventas de automóviles en abril); surgió una escasez de arneses de cables, impulsada por la guerra en Ucrania ; aumentaron los precios de las materias primas de las baterías; persiste la escasez de chips; y los OEM han aumentado drásticamente los precios de los vehículos eléctricos.
Para obtener una visión holística de la industria de vehículos eléctricos, el informe maestro de vehículos eléctricos de IDTechEx " Vehículos eléctricos: tierra, mar y aire 2022-2042 " cubre ocho mercados de transporte (automóviles, furgonetas, autobuses, camiones, taxis aéreos, marinos, construcción y dos -wheelers) desglosado en más de 90 líneas de pronóstico, incluidas las ventas de unidades de vehículos híbridos, de pila de combustible y eléctricos de batería, la demanda de baterías (GWh) y los ingresos del mercado (miles de millones de dólares estadounidenses).
A pesar de los desafíos, los mercados de vehículos eléctricos han seguido creciendo en 2022. Por ejemplo, IDTechEx espera que los mercados de automóviles eléctricos superen las ventas de 2021 de ~ 6,4 millones, con ventas para la primera mitad del año que ya alcanzan los 3,5 millones (batería eléctrica y enchufe). -en híbrido).
Sin embargo, en una era de escasez, la disrupción es inevitable. IDTechEx cree que las mejoras en la eficiencia del ciclo de conducción y el diseño del vehículo, minimizando la capacidad de la batería y otros requisitos de materiales por vehículo, deben pasar a primer plano.
Hoy en día, la mayoría de los vehículos eléctricos funcionan con un voltaje de plataforma de ~400 V. Este es el resultado del legado: los primeros modelos de vehículos eléctricos e híbridos usaban este voltaje, y la industria se ajustó a este estándar con el tiempo. Hoy en día, ir más allá de los 400 V generalmente requiere diseños personalizados, lo que agrega un costo inicial.
Sin embargo, existe una tendencia emergente para las plataformas de 800 V (y superiores), con GM, Hyundai y VW en transición, siguiendo los pasos de nuevas empresas como Lucid Motors.
El beneficio clave de 800 V es que mejora la eficiencia al reducir las pérdidas de julios y permite reducir el tamaño del cableado de alto voltaje (ahorro de peso). La desventaja es que requiere cambios profundos en el sistema, como la optimización del diseño de los motores eléctricos para el nuevo voltaje y una transición hacia inversores MOSFET de carburo de silicio más costosos.
En general, hay una propuesta de valor convincente para 800V. Un automóvil WLTP de 200 millas con una batería de 50 kWh que logra una mejora en la eficiencia del ciclo de manejo del 10 % (lo que refleja una transición a una plataforma de 800 V, inversores de carburo de silicio y reduce la corriente en el sistema), mejora el rendimiento a ~4.4 millas por kWh. El resultado es una reducción potencial de la capacidad de la batería de 4 a 5 kWh mientras se logra el rango original de 200 millas. A los precios promedio de hoy, esto ahorraría alrededor de $ 500 - $ 600 en el paquete de baterías (aproximadamente el costo total del inversor de carburo de silicio de Tesla, según las empresas de desmontaje).
Si este escenario se escala a 50 millones de autos eléctricos, se eliminarían ~225 GWh de presión de la cadena de suministro de baterías. Esto es más que la demanda total de baterías que IDTechEx espera de los sectores de vehículos eléctricos todoterreno para 2043 (taxis de construcción, marinos y aéreos). Para obtener más información, consulte el informe de IDTechEx " Vehículos eléctricos: tierra, mar y aire 2022-2042 ".
Uno de los métodos más sencillos para reducir el peso de un vehículo eléctrico (y mejorar la autonomía) es optimizar el cableado de alta tensión. Tanto el BMW i3 como el primer Tesla Model S utilizaron ~20 m de cableado de alto voltaje, en comparación con < 10 m en el Tesla Model 3 más moderno (estimaciones de IDTechEx), lo que refleja el potencial para la optimización del diseño sin grandes avances tecnológicos.
Otro enfoque es cambiar el núcleo conductor de cobre a un material más liviano. El aluminio es una de esas opciones; su densidad y conductividad es un tercio y 60% del cobre, respectivamente. Si bien el área nominal del núcleo de Al aumentaría para transportar la misma corriente eléctrica (p. ej., aproximadamente 70 mm2 de alambre de Al por 50 mm2 de alambre de cobre), todavía hay una reducción de peso neto de ~45 %, así como una reducción de costos (Al es más barato y ligero para la misma ampacidad).
El ejemplo principal es de Tesla, que supuestamente ordenó 3000 km de cable de aluminio a Gebauer & Griller en 2017. Informes de desmontaje más recientes de China sugieren que Tesla usa cable de aluminio en la sección entre el OBC y el enchufe externo en el Model 3, usando ~3 m de cable.
Sin embargo, hay desafíos. Por ejemplo, las conexiones de aluminio se rompen más fácilmente con el tiempo debido a una mayor sensibilidad de expansión a la temperatura, y se forma fácilmente una capa aislante de óxido de aluminio. Los desarrollos recientes han buscado mitigar estos problemas utilizando procesos modernos de fabricación y conexión. Si bien el cableado de aluminio ofrece potencial, no es una bala de plata, y su adopción como práctica estándar durante los próximos veinte años sigue sin estar clara.
La incorporación de energía fotovoltaica ("solar") en el cuerpo de un vehículo eléctrico, recolectando energía a lo largo del día, es otra tendencia emergente que puede reducir la dependencia de las baterías. Uno de los líderes del mercado es Sono Motors, una empresa que tardó cuatro años en construir lo que llama el primer 'Vehículo eléctrico solar', llamado Sion.
La carrocería solar integrada con polímeros flexibles de Sion, que consta de 248 paneles, puede producir hasta 21,7 millas adicionales por día en base a un día promedio en Alemania . Esto permitiría una reducción de la capacidad de la batería de ~4-5kWh, similar a una transición de 800V.
Al igual que con los otros ejemplos dados, existen desafíos y compensaciones. Un país nublado, por ejemplo, o los posibles costos de reparación incluso en un accidente menor. Pero el hecho de que Sono haya indicado que puede producir Sion a un precio de aproximadamente 31 000 USD es prometedor.
Así,que Cómo mantener el crecimiento de los vehículos eléctricos en una era de escasez, informa IDTechEx en Vehículos eléctricos: tierra, mar y aire 2022-2042
2022 sigue presentando grandes desafíos para los fabricantes de vehículos eléctricos. Los cierres de fábricas en China , impulsados por la pandemia en curso, interrumpieron la producción ( Shanghái , que vende más vehículos eléctricos que Noruega , no registró ventas de automóviles en abril); surgió una escasez de arneses de cables, impulsada por la guerra en Ucrania ; aumentaron los precios de las materias primas de las baterías; persiste la escasez de chips; y los OEM han aumentado drásticamente los precios de los vehículos eléctricos.
Para obtener una visión holística de la industria de vehículos eléctricos, el informe maestro de vehículos eléctricos de IDTechEx " Vehículos eléctricos: tierra, mar y aire 2022-2042 " cubre ocho mercados de transporte (automóviles, furgonetas, autobuses, camiones, taxis aéreos, marinos, construcción y dos -wheelers) desglosado en más de 90 líneas de pronóstico, incluidas las ventas de unidades de vehículos híbridos, de pila de combustible y eléctricos de batería, la demanda de baterías (GWh) y los ingresos del mercado (miles de millones de dólares estadounidenses).
A pesar de los desafíos, los mercados de vehículos eléctricos han seguido creciendo en 2022. Por ejemplo, IDTechEx espera que los mercados de automóviles eléctricos superen las ventas de 2021 de ~ 6,4 millones, con ventas para la primera mitad del año que ya alcanzan los 3,5 millones (batería eléctrica y enchufe). -en híbrido).
Sin embargo, en una era de escasez, la disrupción es inevitable. IDTechEx cree que las mejoras en la eficiencia del ciclo de conducción y el diseño del vehículo, minimizando la capacidad de la batería y otros requisitos de materiales por vehículo, deben pasar a primer plano.
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Una transición a plataformas > 800V
Hoy en día, la mayoría de los vehículos eléctricos funcionan con un voltaje de plataforma de ~400 V. Este es el resultado del legado: los primeros modelos de vehículos eléctricos e híbridos usaban este voltaje, y la industria se ajustó a este estándar con el tiempo. Hoy en día, ir más allá de los 400 V generalmente requiere diseños personalizados, lo que agrega un costo inicial.
Sin embargo, existe una tendencia emergente para las plataformas de 800 V (y superiores), con GM, Hyundai y VW en transición, siguiendo los pasos de nuevas empresas como Lucid Motors.
El beneficio clave de 800 V es que mejora la eficiencia al reducir las pérdidas de julios y permite reducir el tamaño del cableado de alto voltaje (ahorro de peso). La desventaja es que requiere cambios profundos en el sistema, como la optimización del diseño de los motores eléctricos para el nuevo voltaje y una transición hacia inversores MOSFET de carburo de silicio más costosos.
En general, hay una propuesta de valor convincente para 800V. Un automóvil WLTP de 200 millas con una batería de 50 kWh que logra una mejora en la eficiencia del ciclo de manejo del 10 % (lo que refleja una transición a una plataforma de 800 V, inversores de carburo de silicio y reduce la corriente en el sistema), mejora el rendimiento a ~4.4 millas por kWh. El resultado es una reducción potencial de la capacidad de la batería de 4 a 5 kWh mientras se logra el rango original de 200 millas. A los precios promedio de hoy, esto ahorraría alrededor de $ 500 - $ 600 en el paquete de baterías (aproximadamente el costo total del inversor de carburo de silicio de Tesla, según las empresas de desmontaje).
Si este escenario se escala a 50 millones de autos eléctricos, se eliminarían ~225 GWh de presión de la cadena de suministro de baterías. Esto es más que la demanda total de baterías que IDTechEx espera de los sectores de vehículos eléctricos todoterreno para 2043 (taxis de construcción, marinos y aéreos). Para obtener más información, consulte el informe de IDTechEx " Vehículos eléctricos: tierra, mar y aire 2022-2042 ".
Optimización del cableado de alto voltaje
Uno de los métodos más sencillos para reducir el peso de un vehículo eléctrico (y mejorar la autonomía) es optimizar el cableado de alta tensión. Tanto el BMW i3 como el primer Tesla Model S utilizaron ~20 m de cableado de alto voltaje, en comparación con < 10 m en el Tesla Model 3 más moderno (estimaciones de IDTechEx), lo que refleja el potencial para la optimización del diseño sin grandes avances tecnológicos.
Otro enfoque es cambiar el núcleo conductor de cobre a un material más liviano. El aluminio es una de esas opciones; su densidad y conductividad es un tercio y 60% del cobre, respectivamente. Si bien el área nominal del núcleo de Al aumentaría para transportar la misma corriente eléctrica (p. ej., aproximadamente 70 mm2 de alambre de Al por 50 mm2 de alambre de cobre), todavía hay una reducción de peso neto de ~45 %, así como una reducción de costos (Al es más barato y ligero para la misma ampacidad).
El ejemplo principal es de Tesla, que supuestamente ordenó 3000 km de cable de aluminio a Gebauer & Griller en 2017. Informes de desmontaje más recientes de China sugieren que Tesla usa cable de aluminio en la sección entre el OBC y el enchufe externo en el Model 3, usando ~3 m de cable.
Sin embargo, hay desafíos. Por ejemplo, las conexiones de aluminio se rompen más fácilmente con el tiempo debido a una mayor sensibilidad de expansión a la temperatura, y se forma fácilmente una capa aislante de óxido de aluminio. Los desarrollos recientes han buscado mitigar estos problemas utilizando procesos modernos de fabricación y conexión. Si bien el cableado de aluminio ofrece potencial, no es una bala de plata, y su adopción como práctica estándar durante los próximos veinte años sigue sin estar clara.
Carrocería Solar Integrada
La incorporación de energía fotovoltaica ("solar") en el cuerpo de un vehículo eléctrico, recolectando energía a lo largo del día, es otra tendencia emergente que puede reducir la dependencia de las baterías. Uno de los líderes del mercado es Sono Motors, una empresa que tardó cuatro años en construir lo que llama el primer 'Vehículo eléctrico solar', llamado Sion.
La carrocería solar integrada con polímeros flexibles de Sion, que consta de 248 paneles, puede producir hasta 21,7 millas adicionales por día en base a un día promedio en Alemania . Esto permitiría una reducción de la capacidad de la batería de ~4-5kWh, similar a una transición de 800V.
Al igual que con los otros ejemplos dados, existen desafíos y compensaciones. Un país nublado, por ejemplo, o los posibles costos de reparación incluso en un accidente menor. Pero el hecho de que Sono haya indicado que puede producir Sion a un precio de aproximadamente 31 000 USD es prometedor.
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