Desde que la administración Biden llegó al poder, EE. UU. ha visto un apoyo mucho mayor a la electrificación. En 2021, se introdujo un objetivo de vehículos eléctricos del 50 % para 2030 (ventas nuevas); volumétricamente, el objetivo es el más grande del mundo (para un país individual) y representaría 7-8 millones de ventas anuales utilizando las cifras actuales. Además, se introducirán nuevos estándares de emisiones a partir de 2023: las emisiones de carbono promedio de automóviles y camionetas disminuirán de ~224 g CO2 por km a ~161 g CO2 por km en 2026. Los nuevos estándares acercan a EE. UU. más a Europa y , por primera vez, será nacional, no determinada por estados individuales.
Además, en agosto de 2022 , se aprobaron por poco los planes para modernizar el crédito fiscal federal EV, introducido por primera vez en 2009. La actualización está incluida en la 'ley de reducción de la inflación' más amplia y fue habilitada por un cambio de sentido de un senador. Hará una devolución de impuestos de hasta US $ 7500 por EV disponible para líderes del mercado como Tesla y GM por primera vez en años. Los pronósticos de IDTechEx para el mercado estadounidense han aumentado considerablemente desde 2019 (el pronóstico actual es ~80 % mayor para 2035), lo que refleja algunos de estos cambios de política. La dificultad clave ahora no son los objetivos y los compromisos, sino garantizar el suministro de baterías.
En Europa , los estándares de emisiones de 95 g de CO2 por km (WLTP), que se aplican plenamente desde 2021 con un año de transición en 2020, sustentan las ventas actuales de vehículos eléctricos. De hecho, desde 2019, las ventas anuales se han más que cuadruplicado a 2,2 millones en 2021, e IDTechEx predice 3 millones de ventas para 2022.
En junio de 2022 , la UE aumentó aún más los objetivos para reducir las emisiones de carbono de furgonetas y automóviles al 55 % para 2035 (frente al 50 % anterior) y confirmó la prohibición de motores de combustión para automóviles nuevos para 2035, aunque técnicamente, la quema de combustibles electrónicos podría ser permitió. Esto se basa en prohibiciones anteriores de países individuales, por ejemplo, Francia y los Países Bajos (100 % para 2040 y 100 % para 2030, respectivamente) y en Europa , pero no en la UE, el Reino Unido (100 % para 2035, incluidos los híbridos), Noruega ( 100% para 2025) e Islandia (100% para 2030). El objetivo de la UE representa alrededor de 9-10 millones de automóviles de pasajeros al año utilizando las cifras actuales, lo que está aproximadamente en línea con el pronóstico de IDTechEx. para 2035.
La política actual en China dicta que el 20% del mercado debe ser 'vehículos de nueva energía' para 2025 (~4 millones de vehículos). China está actualmente por delante de esto, vendiendo más de 3,3 millones en 2021.
A medida que el subsidio de compra de vehículos eléctricos de China se ha reducido gradualmente, su sistema de doble crédito, donde los créditos de eficiencia de combustible (CAFC) y los créditos de vehículos eléctricos (NEV) se acumulan para evitar multas y se pueden negociar, ha pasado a primer plano.
Con el tiempo, los créditos son más difíciles de obtener y se requieren más. Los precios comerciales de los créditos también están determinados por el mercado y han aumentado desde 2018, a menudo con volatilidad. En general, los aumentos en los precios de los créditos son positivos para los mercados de vehículos eléctricos, pero existen problemas: un precio comercial demasiado alto y los fabricantes de automóviles tienen incentivos para fabricar vehículos de clase A00 (microautomóviles) en una estrategia para obtener ganancias de los créditos, no de los vehículos. En general, sin embargo, la política es un fuerte impulsor y ha impulsado significativamente el mercado. China sigue siendo el mayor mercado regional de automóviles eléctricos en los pronósticos de IDTechEx durante los próximos 20 años.
Coches eléctricos: mercados globales
El sector de la automoción es el mayor sector del transporte, con unos 80-90 millones de coches vendidos en todo el mundo cada año. Una flota mundial de aproximadamente 1.100 millones de automóviles en uso hace las mayores contribuciones a las emisiones de las carreteras, lo que lleva al sector a convertirse en un punto focal temprano natural para los legisladores ecológicos.
Si bien los autos eléctricos datan de hace cien años, los mercados de autos eléctricos tal como los conocemos hoy en día han estado creciendo desde alrededor de 2011. Debido a su escala, los mercados de autos crean las mayores oportunidades para los jugadores en la cadena de suministro de vehículos eléctricos, desde materiales avanzados hasta baterías. packs, electrónica de potencia y motores eléctricos. Además, impulsan el rápido ritmo de innovación que permite la electrificación en otros sectores del transporte, ya sea en tecnología, regulación o modelos comerciales. El objetivo de este informe es proporcionar una inmersión regional profunda en la última tecnología y las tendencias del mercado de automóviles eléctricos.
Otros sectores de transporte electrónico seguidos por IDTechEx incluyen furgonetas, camiones, autobuses, vehículos de dos ruedas, construcción, marítimo y aeronáutico. Fuente: IDTechEx
Las ventas mundiales de automóviles eléctricos aumentaron en 2021 a más de 6,4 millones e IDTechEx predice que las ventas superarán los 9 millones en 2022. Sin embargo, persisten desafíos clave, como la escasez de chips y la interrupción de la fabricación por la pandemia. En el horizonte, se avecina una escasez fundamental de materias primas críticas, en particular de carbonato de litio. Si bien estos desafíos pueden afectar las escalas de tiempo y el ritmo de la transición, los principales mercados automotrices se dirigen en una dirección: la descarbonización a través de vehículos eléctricos.
El informe proporciona pronósticos granulares regionales (EE. UU., China, Noruega, Reino Unido, Francia, Alemania, Países Bajos, Dinamarca, Resto del Mundo) y tecnológicos. La cobertura de tecnología incluye automóviles con batería eléctrica (BEV), híbridos (PHEV y HEV) y de celda de combustible (FCEV); vehículos autónomos (L2, L3, L4); Baterías de iones de litio (NMC, NCA, LFP, silicio, estado sólido); motores eléctricos (PM, WRSM, ACIM, Axial-flux, In-wheel); electrónica de potencia (SiC, Si IGBT); cableado de alta tensión e infraestructura de carga.
A medida que la autonomía se convierte en un campo de batalla clave para diferenciar los vehículos eléctricos en medio de la escasez de baterías, los nuevos avances en el sistema de propulsión pasan a primer plano. El informe detalla el auge de las plataformas de 800 V, los inversores de carburo de silicio (SiC), los sistemas de motores más eficientes y la capacidad de carga rápida de CC.
Celdas de combustible
El informe revela el progreso y las oportunidades de las celdas de combustible en los mercados de automóviles, proporcionando pronósticos globales de 20 años. El despliegue de pilas de combustible dentro de los vehículos no es un concepto nuevo. Los principales fabricantes de equipos originales, incluidos Toyota, Ford, Honda, GM, Hyundai, Volkswagen, Daimler y BMW, han invertido grandes sumas durante los últimos 30 años en el avance de la tecnología. Para los automóviles de pasajeros, se ha invertido una gran cantidad de esfuerzo y gasto en desarrollar celdas de combustible, pero en 2021 solo dos OEM importantes, Toyota y Hyundai, tienen automóviles FCEV en producción y se vendieron menos de 20,000 FCEV en 2021.
Las implementaciones de vehículos con celdas de combustible enfrentan desafíos considerables, incluida la reducción del costo de los componentes del sistema de celdas de combustible y el despliegue de suficiente infraestructura de reabastecimiento de hidrógeno. También será esencial la disponibilidad de hidrógeno 'verde' barato, producido por la electrólisis del agua utilizando electricidad renovable, cuyo análisis en el nuevo informe IDTechEx destaca que será vital para que los FCEV brinden las credenciales ambientales con las que se venden.
'Vehículo autónomo' (AV) es un término general para los seis niveles definidos por la SAE. Hoy en día, la mayoría de los automóviles nuevos llegan con la opción de funcionalidad de nivel 2, y la industria está técnicamente lista para el nivel 3 una vez que se eliminen los obstáculos normativos.
En los últimos años, las grandes mejoras en las tecnologías de vehículos autónomos, como el radar, el lidar, las cámaras HD y el software, han impulsado a los robotaxis a la cúspide de la preparación para el mercado. Las pruebas autónomas de Waymo, Cruise y otros ahora están evolucionando hacia servicios autónomos, con la eliminación de barreras legislativas. Los pronósticos de IDTechEx revelan cómo estos servicios llegarán a dominar dentro de 20 años.
Algunas regiones incluso están impulsando la tecnología de nivel 4, pero la mayor parte de la actividad aquí todavía se encuentra en nuevas empresas de movilidad autónoma y en etapas de prueba. En general, el informe encuentra que los vehículos autónomos se convertirán en una tecnología enormemente disruptiva que crecerá rápidamente a una tasa de hasta un 47% para transformar el mercado automotriz en las próximas dos décadas.
Paquetes y celdas de batería de iones de litio avanzadas
Las baterías de iones de litio basadas en ánodos de grafito y cátodos de óxido en capas (NMC, NCA) han llegado a dominar gran parte de los mercados de vehículos eléctricos. Sin embargo, a medida que comienzan a alcanzar sus límites de rendimiento y se destacan los riesgos ambientales y de suministro, las mejoras y las alternativas a las baterías de iones de litio se vuelven cada vez más importantes. Este informe resume las tendencias y desarrollos en tecnologías de baterías avanzadas, incluidos los diseños de celdas de iones de litio, ánodos de silicio y baterías de estado sólido.
Li-ion avanzado se refiere a ánodos de silicio y metal de litio, electrolitos sólidos, cátodos con alto contenido de Ni, así como varios factores de diseño de celdas. Dada la importancia del mercado de los vehículos eléctricos, en concreto de los coches eléctricos con batería, a la hora de determinar la demanda de baterías, se prevé que el Li-ion mantenga su posición dominante. Las opciones de cátodo y ánodo, las mejoras en el diseño de la celda y la tasa de mejora de la densidad de energía son preguntas clave que se abordan en este informe.
También se discuten las tendencias a nivel de paquete. Se requieren varios materiales diferentes para ensamblar un paquete de baterías, incluidos TIM, adhesivos, juntas, impregnación, encapsulado, rellenos y más. Se analiza una tendencia general hacia factores de forma de celda más grandes y diseños de batería de celda a paquete no modulares, una tendencia que se espera que reduzca la cantidad de conexiones, barras colectoras y cables entre celdas y módulos.
Electrónica de potencia
En la electrónica de potencia automotriz (inversores, cargadores a bordo, convertidores CC-CC), se están realizando avances clave para mejorar la eficiencia del tren motriz, lo que permite reducir la capacidad del paquete de baterías o mejorar el alcance. Una de las vías clave para lograr mayores eficiencias es la transición a MOSFET de carburo de silicio y plataformas de vehículos de alto voltaje a 800 V o más. Una tendencia que ha ido en aumento a medida que Renault, BYD, GM y Hyundai han anunciado plataformas de vehículos de 800 V que adoptarán MOSFET de carburo de silicio en su electrónica de potencia hasta 2025.
La transición presenta nuevos desafíos para los materiales del paquete del módulo de potencia, ya que se exigen frecuencias de conmutación más altas, mayores densidades de potencia y mayores temperaturas operativas, todo mientras se mantiene una vida útil de 15 años. El informe muestra perspectivas tecnológicas para voltajes de plataforma de 800 V y la adopción de inversores SiC. Además, analiza cómo, a medida que la densidad de potencia de los chips semiconductores ha aumentado exponencialmente durante la última década, los nuevos diseños de enfriamiento de doble cara, las uniones de cables de cobre y los marcos de cables han surgido como habilitadores.
Motor eléctrico
Los mercados de motores eléctricos todavía están evolucionando hoy en día con nuevos diseños, mejorando la potencia y la densidad de par, y más consideraciones sobre los materiales utilizados. Estas no son solo mejoras incrementales, ya sea con desarrollos como motores de flujo axial y varios OEM que eliminan las tierras raras por completo.
Hay varias métricas de rendimiento clave para los motores eléctricos. La densidad de potencia y par permite mejorar la dinámica de conducción en un paquete más pequeño y ligero, con un peso y un espacio primordiales en los vehículos eléctricos. Otra área crítica es la eficiencia del ciclo de conducción. Mejorar la eficiencia significa que se desperdicia menos de la valiosa energía almacenada en la batería al acelerar el vehículo, lo que lleva a una mayor autonomía con la misma capacidad de la batería. Debido a las muchas consideraciones diferentes en el diseño del motor, el mercado de vehículos eléctricos ha adoptado varias soluciones diferentes, incluidos los motores de imán permanente, de inducción y de rotor bobinado.
El informe revela las tendencias en torno a la tecnología y la topología de los motores, la densidad de potencia y par y la utilización de materiales. Este informe aborda estas tendencias dentro de los mercados de automóviles eléctricos a batería con casos de uso de OEM y una perspectiva tecnológica por tipo de motor: imán permanente (PM), inducción, rotor bobinado, PM en rueda, PM de flujo axial.
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Para obtener más información sobre este nuevo informe de IDTechEx, incluidas las páginas de muestra descargables, visite www.IDTechEx.com/Cars . Para conocer la cartera completa de investigación de vehículos eléctricos de IDTechEx, visite www.IDTechEx.com/Research/EV .
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