Umożliwianie tańszych pojazdów elektrycznych poprzez rozwój silników elektrycznych

Rynek pojazdów elektrycznych (EV) nadal rośnie; jednak jego wzrost znacznie spowolnił w Europie i USA w pierwszej połowie 2024 r. Kluczową drogą do ożywienia wzrostu będzie wypuszczenie modeli w bardziej przystępnej cenie. W tym celu istnieje wiele sposobów na obniżenie kosztów pojazdu elektrycznego. Podczas gdy akumulator słusznie skupia się na sobie, inne elementy w całym pojeździe, takie jak silnik elektryczny, również mogą przyczynić się do obniżenia kosztów, pisze dyrektor ds. badań IDTechEx, dr James Edmondson.

Najnowszy raport IDTechEx: „Silniki elektryczne dla pojazdów elektrycznych 2025-2035: technologie, materiały, rynki i prognozy”, analizuje obecny krajobraz technologiczny i materiałowy dla silników elektrycznych w pojazdach elektrycznych i prognozuje przyszłe trendy i zapotrzebowanie na następne 10 lat. IDTechEx prognozuje, że w 160 r. na rynku pojazdów elektrycznych będzie wymaganych ponad 2035 milionów silników elektrycznych, a około 30% rynku motoryzacyjnego będzie korzystać z technologii wolnych od metali ziem rzadkich w tym samym roku.

Poprawa wydajności w celu zmniejszenia zapotrzebowania na baterię

Pierwszym sposobem, w jaki silnik może obniżyć koszt pojazdu, jest wydajność jazdy. Pojazdy są zazwyczaj projektowane tak, aby maksymalizować zasięg w cyklach testowych (takich jak WLTP lub CLTC) i/lub w rzeczywistych scenariuszach jazdy. Im bardziej wydajny jest silnik, tym większy zasięg można uzyskać przy tej samej pojemności akumulatora. Na przykład, jeśli silnik ma wydajność 96%, a nie 93%, może to zmniejszyć energię potrzebną dla pojazdu 75 kWh o około 2.9%, aby osiągnąć ten sam zasięg. Z kolei to zmniejsza koszt akumulatora o tę samą kwotę, w przypadku pojazdu 75 kWh z kosztem akumulatora około 100 USD/kWh, może to spowodować obniżenie ceny akumulatora na pojazd o około 200 USD.

Materiały a koszty produkcji w silniku

Cena magnesów i miedzi w silnikach EV była podatna na znaczną zmienność, ale konstrukcje bez magnesów są bardziej stabilne. Źródło: IDTechEx

Silniki z magnesami trwałymi (PM) dominują na rynku pojazdów elektrycznych, mając 85% udziału w rynku samochodów elektrycznych zasilanych akumulatorem i hybrydowych typu plug-in w 2023 r. według IDTechEx. Magnesy trwałe stosowane w tych silnikach zawierają pierwiastki ziem rzadkich i mogą być bardzo kosztowne; w rzeczywistości, pomimo że stanowią stosunkowo niewielką część silnika, często stanowią około jednej trzeciej listy materiałów silnika. Historyczna cena tych pierwiastków ziem rzadkich była również bardzo zmienna; od 2010 r. maksymalna cena neodymu była prawie 5 razy wyższa niż minimalna.

Inne silniki bez magnesów, takie jak silniki synchroniczne z wirnikiem uzwojonym (WRSM, czasami nazywane silnikami synchronicznymi wzbudzanymi zewnętrznie, EESM), mają niższy koszt zestawienia materiałów ze względu na zastąpienie magnesów trwałych uzwojeniami miedzianymi. Są one jednak droższe w produkcji, ponieważ wymagają uzwojenia na wirniku, mechanizmu dostarczającego prąd do wirnika i powiązanej elektroniki sterującej. Ich wydajność jest zazwyczaj niższa w cyklu WLTP, chociaż często lepsza w przypadku szybkiej jazdy. Aby zrównoważyć koszty produkcji i utratę wydajności, cena materiałów PM musiałaby być wysoka, aby silnik WRSM był konkurencyjny pod względem kosztów systemowych bezpośrednio.

Magnesy bez pierwiastków ziem rzadkich to kolejne przyszłościowe rozwiązanie, te materiały magnetyczne są znacznie mniej kosztowne, ale kosztem wydajności. Magnesy bez pierwiastków ziem rzadkich, takie jak ferryty lub AlNiCo, mogą być konkurencyjne z magnesami Nd pod względem niektórych właściwości magnetycznych, ale nie pod względem wszystkich kluczowych właściwości. Rezultatem tego jest potrzeba większej ilości materiału magnetycznego i poświęcenie gęstości mocy, co wymaga większego silnika dla tej samej wydajności. Mając na celu produkcję niedrogiego pojazdu, można by podjąć takie podejście; można by zainstalować silnik o znacznie niższej wydajności, który nadal byłby wystarczający dla małego samochodu miejskiego. Jednak ze względu na duży deficyt wydajności tych magnesów, koszty produkcji wirnika można zwiększyć, aby zmieścić w nim wystarczającą ilość materiału magnetycznego.

Wnioskiem jest to, że alternatywy dla silników z magnesami trwałymi ziem rzadkich będą konkurencyjne cenowo tylko w scenariuszu, w którym ceny magnesów ziem rzadkich będą wysokie. Istnieją jednak inne powody, aby odejść od ziem rzadkich, w tym przyjazność dla środowiska i bezpieczeństwo łańcucha dostaw.

Perspektywy IDTechEx

Pomimo wyzwań w swoim raporcie pt. „Silniki elektryczne dla pojazdów elektrycznych 2025-2035: technologie, materiały, rynki i prognozy”, IDTechEx przewiduje, że technologie silników bez magnesów zajmą 30% rynku silników samochodowych w 2035 r. (wliczając samochody elektryczne z akumulatorem i hybrydowe), w porównaniu z zaledwie 9% w 2023 r. Bezpieczeństwo łańcucha dostaw staje się coraz ważniejszym celem, historyczna zmienność cen pierwiastków ziem rzadkich budzi obawy, a technologia magnesów bez pierwiastków ziem rzadkich ulega poprawie. Chociaż cena silnika może nie być największym problemem w ogólnej cenie pojazdu elektrycznego, z pewnością może odgrywać znaczącą rolę, a innowacje w technologii silników nadal postępują.

Czy strumień osiowy może odgrywać rolę?

W przyszłości silniki strumienia osiowego mogą odegrać większą rolę w redukcji kosztów. Biorąc pod uwagę ich bardzo wysoką moc i gęstość momentu obrotowego, wykorzystanie materiału na kW mocy może zostać znacznie zmniejszone. Biorąc pod uwagę, że większość kosztów silnika znajduje się w zestawieniu materiałów, może to umożliwić inną drogę do redukcji kosztów. Jednak silniki strumienia osiowego nie zostały jeszcze wyprodukowane na skalę wymaganą dla rynku motoryzacyjnego. Nie twierdzę, że nie mogłyby być, ich produkcja jest prostsza niż w przypadku wielu historycznych komponentów samochodowych, ale muszą pokonać dobrze zakorzeniony przemysł silników strumienia promieniowego i znaleźć odpowiednich partnerów produkcyjnych, aby tam dotrzeć. IDTechEx przewiduje wzrost na rynku silników strumienia osiowego, ale zajmie to trochę czasu, aby zacząć osiągać wolumeny, które są zwykle kojarzone z technologiami silników samochodowych.

Aby dowiedzieć się więcej na temat raportu IDTechEx „Silniki elektryczne do pojazdów elektrycznych 2025–2035: technologie, materiały, rynki i prognozy”, prosimy o kontakt. www.IDTechEx.com/MotorsDo tego raportu można pobrać przykładowe strony.

Aby zapoznać się z pełnym portfolio badań rynku pojazdów elektrycznych dostępnych w IDTechEx, zobacz www.IDTechEx.com/Badania/EV. 

O IDTechEx 
 
IDTechEx zapewnia zaufane niezależne badania nad nowymi technologiami i ich rynkami. Od 1999 roku pomagamy naszym klientom zrozumieć nowe technologie, ich łańcuchy dostaw, wymagania rynkowe, możliwości i prognozy. Aby uzyskać więcej informacji, skontaktuj się z [email chroniony] lub odwiedzić www.IDTechEx.com. 

Udostępnij ten artykuł: