Проекты электромобилей насчитывают сто лет, а рынки электромобилей, какими мы их знаем сегодня, растут примерно с 2011 года. По прогнозам, через 20 лет электромобили будут приносить 76% всех доходов от электрического транспорта. Из-за своего масштаба авторынки создают самые большие возможности для участников цепочки поставок. Начиная от передовых материалов до аккумуляторных батарей, силовой электроники и электродвигателей. Более того, это стимулирует быстрый темп развития инноваций, которые обеспечивают электрификацию других транспортных секторов.
IDTechEx представили отчет «Электромобили 2023-2043». Подробный анализ будущего автомобильных рынков с долгосрочными прогнозами. Региональное покрытие включает США, Китай, Норвегию, Великобританию, Францию, Германию, Нидерланды, Данию и РМ. Охват технологий включает: электромобили(BEV), гибридные авто(PHEV и HEV) и автомобили на топливных элементах (FCEV); автономные транспортные средства (L2, L3, L4); Литий-ионные аккумуляторы (NMC, NCA, LFP, кремниевые, твердотельные); электродвигатели (PM, WRSM, ACIM, Axial-flux, In-wheel); силовая электроника (SiC, Si IGBT) и многое другое. В этой статье описаны ключевые тенденции из глав о технологиях, рассматриваемых в этом отчете.
На изображении ниже «Электромобили» — электрические, на топливных элементах и гибридные варианты. Другие сектора электротранспорта, включают фургоны, грузовики, автобусы, двухколесные транспортные средства, строительство, морские и воздушные суда.
Литий-ионные аккумуляторные элементы и блоки
Литий-ионные аккумуляторы на основе графитовых анодов и многослойных оксидных катодов (NMC, NCA) стали доминировать на значительной части рынков электромобилей. Однако по мере того, как они начинают достигать своих пределов производительности и выявляются риски для окружающей среды и поставок, усовершенствования и альтернативы литий-ионным батареям становятся все более важными.
Advanced Li-ion относится к кремниевым и литий-металлическим анодам, твердым электролитам, катодам с высоким содержанием никеля, а также к различным факторам конструкции элемента. Учитывая важность рынка электромобилей в определении спроса на аккумуляторы, ожидается, что литий-ионные версии сохранят свое доминирующее положение. Однако ключевое значение имеют постепенные улучшения катодов, анодов, конструкции элементов и плотности энергии. В отчете говорится, что к 2030 году на основных рынках будут представлены аккумуляторные батареи емкостью до 400 Втч на кг.
Инновации также происходят на уровне упакOовки. Для сборки аккумуляторной батареи требуется несколько различных материалов, в том числе материалы для термоинтерфейса, клеи, прокладки, пропитка, герметизация, наполнители и многое другое. Наблюдается общая тенденция к использованию более крупных форм-факторов ячеек и немодульных конструкций аккумуляторных батарей, что позволит сократить количество соединений, сборных шин и кабелей между ячейками и модулями.
Силовая электроника
В автомобильной силовой электронике (инверторы, бортовые зарядные устройства, преобразователи постоянного тока) вносятся ключевые улучшения для повышения эффективности трансмиссии, что позволяет либо уменьшить емкость аккумуляторной батареи, либо увеличить запас хода. Одним из ключевых путей достижения большей эффективности является переход на карбидокремниевые МОП-транзисторы и высоковольтные автомобильные платформы с напряжением 800 В или выше. Действительно, Renault , BYD , GM, Hyundai и другие объявили о выпуске автомобильных платформ на 800 В, которые будут использовать полевые МОП-транзисторы из карбида кремния в своей силовой электронике до 2025 года.
Переход ставит новые задачи перед материалами корпусов силовых модулей, поскольку требуются более высокие частоты переключения, повышенная плотность мощности и повышенные рабочие температуры при сохранении 15-летнего срока службы. В отчете говорится , что платформы 800 В и инверторы SiC вырастут как минимум до 10% рынка к 2030 году. По мере экспоненциального роста удельной мощности полупроводниковых микросхем новые конструкции двустороннего охлаждения, медные проволочные соединения и выводные рамки будут также способствовать этой тенденции.
Электродвигатели
Рынки электродвигателей все еще развиваются сегодня с новыми конструкциями, улучшающими мощность и плотность крутящего момента, а также с другими соображениями, касающимися использования материалов. Различные OEM-производители, полностью исключают редкоземельные элементы.
Существует несколько ключевых показателей производительности электродвигателей. Плотность мощности и крутящего момента обеспечивает улучшенную динамику вождения в меньшем и легком корпусе, а вес и пространство имеют большое значение для электромобилей. Еще одной критической областью является эффективность ездового цикла. Повышение эффективности означает, что меньше энергии, хранящейся в аккумуляторе, тратится впустую при ускорении автомобиля, что приводит к увеличению запаса хода при той же емкости аккумулятора. Из-за множества различных соображений в конструкции двигателей рынок электромобилей принял несколько решений, среди них двигатели с постоянными магнитами, асинхронные двигатели и двигатели с фазным ротором.
В отчете отмечено, что, хотя в двигателях по-прежнему будут преобладать постоянные магниты, будут и возможности для вариантов без магнитов, поскольку в ближайшие годы на первый план выйдут стоимость и надёжность.
Топливные элементы
Возможности топливных элементов на автомобильных рынках ограничены, хотя рынки все еще растут благодаря государственной поддержке. Использование топливных элементов в транспортных средствах не является новой концепцией. Основные автопроизводители, в том числе Toyota, Ford, Honda, GM, Hyundai, Volkswagen, Daimler и BMW, за последние 30 лет вложили большие суммы в развитие технологии. Что касается легковых автомобилей, то на разработку топливных элементов было затрачено огромное количество усилий и средств, но в 2022 году только два крупных производителя, Toyota и Hyundai, производили автомобили FCEV, а в 2021 году было продано менее 20 000 FCEV по всему миру.
Развертывание транспортных средств на топливных элементах сталкивается со значительными проблемами, включая снижение стоимости компонентов системы топливных элементов и развертывание достаточной инфраструктуры для заправки водородом. Также важным будет наличие недорогого «зеленого» водорода, полученного путем электролиза воды с использованием возобновляемой электроэнергии. Как подчеркивается в новом отчете IDTechEx, это будет иметь жизненно важное значение для FCEV.
Автономия
«Автономное транспортное средство» (АВ) — это общий термин для шести уровней автономности, определенных SAE. Сегодня большинство новых автомобилей поступают с опцией автономии уровня 2, и отрасль технически готова к уровню 3 после устранения нормативных препятствий.
Значительные улучшения в технологиях автономных транспортных средств, таких как радар, лидар, HD-камеры и программное обеспечение, вывели роботакси на порог готовности выхода на рынок. На самом деле, в некоторых сценариях автономия 4-го уровня(спорно) будет коммерциализирована в 2022 году, когда Cruise и Baidu представят первоначальные услуги в США и Китае соответственно. Прогнозы IDTechEx показывают, как эти услуги будут доминировать в течение 20 лет. В целом, в отчете говорится , что автономные транспортные средства станут революционной технологией, которая будет быстро расти со скоростью до 47%, чтобы преобразовать автомобильный рынок в течение следующих двух десятилетий.
Источник. IDTechEx «Электромобили 2023-2043».