Cinco tendencias tecnológicas clave para el vehículo eléctrico del mañana

IDTechEx informa sobre cinco tendencias tecnológicas clave para el vehículo eléctrico del mañana

El sector automotriz es el sector de transporte más grande, con entre 80 y 90 millones de automóviles vendidos cada año en todo el mundo. De hecho, 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 natural para los responsables de la formulación de políticas verdes.

Si bien los proyectos de automóviles eléctricos se remontan a cien años, los mercados de automóviles eléctricos tal como los conocemos hoy en día han estado creciendo desde alrededor de 2011. En 20 años, IDTechEx predice que los automóviles eléctricos generarán el 76 % de todos los ingresos del transporte electrónico. Debido a su escala, los mercados de automóviles crean las mayores oportunidades para los actores en la cadena de suministro de vehículos eléctricos, desde materiales avanzados hasta paquetes de baterías, 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.

Para obtener más información, el nuevo informe de IDTechEx, ' Coches eléctricos 2023-2043 ', proporciona una inmersión profunda en los futuros mercados automotrices con pronósticos granulares a largo plazo. La cobertura regional incluye los EE. UU., China , Noruega , el Reino Unido, Francia , Alemania , los Países Bajos , Dinamarca y el resto del mundo. 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) y más. En el siguiente artículo, IDTechEx describe las tendencias clave de los capítulos de tecnología cubiertos en este informe.

1.-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 alternativas a las baterías de iones de litio se vuelven cada vez más importantes.

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 ion-litio mantenga su posición dominante. Sin embargo, las mejoras graduales en cátodos, ánodos, diseño de celdas y densidad de energía son clave. El informe IDTechEx encuentra que las celdas de batería de hasta 400 Wh por kg tendrán presencia en los mercados principales para 2030.

La innovación también está ocurriendo a nivel del paquete. Se requieren varios materiales diferentes para ensamblar un paquete de baterías, incluidos materiales de interfaz térmica, adhesivos, juntas, impregnación, encapsulado, rellenos y más. Está en marcha una tendencia general hacia factores de forma de celda más grandes y diseños de batería de celda a paquete no modulares, lo que reducirá la cantidad de conexiones, barras colectoras y cables entre celdas y módulos.

2.-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. De hecho, Renault, BYD, GM, Hyundai y otros 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 encuentra que las plataformas de 800 V y los inversores de SiC alcanzarán al menos el 10 % del mercado para 2030. A medida que la densidad de potencia de los chips semiconductores aumenta exponencialmente, los nuevos diseños de enfriamiento de doble cara, las uniones de cables de cobre y los marcos de plomo permitirán la tendencia.

Los mercados de motores eléctricos todavía están evolucionando hoy en día con nuevos diseños que mejoran la potencia y la densidad de par y más consideraciones sobre los materiales utilizados. Estas no son solo mejoras incrementales, 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 preciosa energía almacenada en la batería al acelerar el vehículo, lo que lleva a una autonomía mejorada 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 que, si bien los motores seguirán dominados por imanes permanentes, habrá oportunidades para variantes sin imanes a medida que el costo y la sostenibilidad pasen a primer plano en los próximos años.

4.-Celdas de combustible

Las oportunidades para las pilas de combustible en los mercados de automóviles son limitadas, aunque los mercados siguen creciendo, respaldados por el apoyo del gobierno. 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 2022 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' de bajo costo, 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 llevado a los robotaxis a la cúspide de la preparación para el mercado. De hecho, en ciertos escenarios, la autonomía de nivel 4 ahora se comercializa (discutiblemente) en 2022, con Cruise y Baidu presentando servicios iniciales en los EE. UU. y China , respectivamente. Los pronósticos de IDTechEx revelan cómo estos servicios llegarán a dominar dentro de 20 años. 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.

Para obtener más información sobre el informe de IDTechEx ' Coches eléctricos 2023-2043 ', incluidas las páginas de muestra descargables, visite www.IDTechEx.com/cars .

Compartiendo este artículo usted puede ayudar a difundir valor a otros que están buscando este tipo de información. Si valora el trabajo que hacemos en Valenciacars para usted y le resulta útil, le queremos pedir un gran favor: por favor comparta el artículo en WhatsApp, en Facebook , en Twitter y sus demás redes