Разрешаване на по-евтини електромобили чрез разработване на електрически двигатели

Пазарът на електрически превозни средства (EV) продължава да расте; въпреки това неговият растеж се забави значително в Европа и САЩ през първата половина на 2024 г. Ключов път към подновяване на растежа ще бъде пускането на модели в по-достъпен ценови диапазон. За тази цел има много начини за намаляване на цената на EV. Докато батерията с право заема фокуса, други компоненти в цялото превозно средство, като електрическия мотор, също могат да допринесат за намаляване на разходите, пише изследователският директор на IDTechEx д-р Джеймс Едмъндсън.

Последният доклад на IDTechEx, “Електрически двигатели за електрически превозни средства 2025-2035: Технологии, материали, пазари и прогнози”, анализира текущия пейзаж на технологиите и материалите за електрически двигатели в EV и прогнозира бъдещите тенденции и изисквания за следващите 10 години. IDTechEx прогнозира, че над 160 милиона електрически мотора ще са необходими за пазара на EV през 2035 г., като приблизително 30% от автомобилния пазар ще използва технологии без редкоземни елементи през същата година.

Подобряване на производителността за намаляване на изискванията за батерия

Първият начин, по който един двигател може да намали цената на превозното средство, е чрез ефективност на шофиране. Превозните средства обикновено са проектирани да увеличат максимално пробега при тестови цикли (като WLTP или CLTC) и/или в реални сценарии на шофиране. Колкото по-ефективен е един двигател, толкова по-голям обхват може да се получи от същия капацитет на батерията. Например, ако даден двигател има ефективност от 96%, а не от 93%, тогава това може да намали енергията, необходима за превозно средство от 75kWh с около 2.9%, за да се постигне същият обхват. На свой ред, това намалява цената на батерията със същата сума, за 75kWh превозно средство с цена на батерията около US$100/kWh, може да видите намаление на цената на батерията на превозно средство с около US$200.

Материали срещу производствени разходи в двигателя

Цената на магнитите и медта в електродвигателите е податлива на значителна нестабилност, но дизайните без магнити са по-стабилни. Източник: IDTechEx

Двигателите с постоянни магнити (PM) доминират на пазара на EV с 85% пазарен дял в електрическите и плъгин хибридни автомобили през 2023 г. според IDTechEx. Постоянните магнити, използвани в тези двигатели, съдържат редкоземни елементи и могат да бъдат много скъпи; всъщност, въпреки че са сравнително малка част от двигателя, те често заемат около една трета от спецификацията на двигателя. Историческата цена на тези редкоземни елементи също е била много нестабилна; от 2010 г. максималната цена на неодима е близо 5 пъти по-висока от минималната.

Други двигатели без магнит, като синхронни двигатели с навит ротор (WRSM, понякога наричани синхронни двигатели с външно възбуждане, EESM), имат по-ниски разходи за материали поради замяната на постоянните магнити с медни намотки. Те обаче са по-скъпи за производство, с необходима намотка на ротора, механизъм за осигуряване на ток към ротора и свързаната управляваща електроника. Тяхната ефективност обикновено е по-ниска при цикъла WLTP, въпреки че често е по-добра за високоскоростен круиз. За да се компенсират производствените разходи и загубата на ефективност, цената на PM материалите трябва да бъде на висока точка, за да направи WRSM мотор конкурентноспособен директно на системните разходи.

Магнитите без редкоземни елементи са друго бъдещо решение, тези магнитни материали са много по-евтини, но жертват производителността. Магнитите без редкоземни елементи, като ферити или AlNiCo, могат да бъдат конкурентни на Nd магнитите в определени магнитни свойства, но не във всички ключови свойства. Резултатът от това изисква повече магнитен материал и жертване на плътността на мощността, следователно изисква по-голям двигател за същата производителност. С цел производството на превозно средство с ниска цена, това може да бъде възприет подход; може да се монтира двигател с много по-ниска производителност и пак да е достатъчен за малка градска кола. Въпреки това, поради големия дефицит на производителност, който имат тези магнити, производствените разходи на ротора могат да бъдат увеличени, за да се опаковат в достатъчно магнитен материал.

Изводът е, че алтернативите на двигателите с постоянни магнити с редкоземни елементи ще бъдат конкурентни по отношение на разходите само в сценария, при който цените на магнитите с редкоземни елементи са високи. Има обаче и други причини да се откажете от редкоземните елементи, включително екологичност и сигурност на веригата за доставки.

Изглед на IDTechEx

Въпреки предизвикателствата, в своя доклад относно „Електрически двигатели за електрически превозни средства 2025-2035: Технологии, материали, пазари и прогнози”, IDTechEx прогнозира, че безмагнитните двигателни технологии ще заемат 30% от пазара на автомобилни двигатели през 2035 г. (включително акумулаторни електрически и хибридни автомобили), спрямо едва 9% през 2023 г. Сигурността на веригата за доставки става все по-голям фокус, историческият нестабилността на цените на редкоземните метали е повод за безпокойство и технологията за магнити без редкоземни елементи се подобрява. Въпреки че цената на двигателя може да не е най-голямата грижа в общата цена на едно EV, тя със сигурност може да играе значителна роля и иновациите в технологията на двигателя продължават да напредват.

Може ли аксиалният поток да играе роля?

В бъдеще двигателите с аксиален поток могат да играят по-голяма роля за намаляване на разходите. Като се има предвид тяхната много висока мощност и плътност на въртящия момент, използването на материал за kW мощност може да бъде значително намалено. Като се има предвид, че по-голямата част от цената на двигателя е в спецификацията на материалите, това може да позволи друг път за намаляване на разходите. Въпреки това двигателите с аксиален поток все още не са произведени в мащаба, необходим за автомобилния пазар. Да не кажа, че не биха могли да бъдат, тяхното производство е по-просто от много исторически автомобилни компоненти, но те трябва да преодолеят добре вкоренената двигателна индустрия с радиален поток и да намерят правилните производствени партньори, за да стигнат до там. IDTechEx прогнозира растеж на пазара на двигатели с аксиален поток, но ще е необходимо време, за да започне да се достига до обемите, които обикновено се свързват с технологиите за автомобилни двигатели.

За да научите повече за доклада на IDTechEx „Електрически двигатели за електрически превозни средства 2025-2035: Технологии, материали, пазари и прогнози“, моля, www.IDTechEx.com/Motors. За този отчет са налични примерни страници за изтегляне.

За пълното портфолио от пазарни проучвания на електрически превозни средства, налични от IDTechEx, моля, вижте www.IDTechEx.com/Research/EV. 

Относно IDTechEx 
 
IDTechEx предоставя доверени независими изследвания на нововъзникващи технологии и техните пазари. От 1999 г. ние помагаме на нашите клиенти да разберат новите технологии, техните вериги за доставки, изискванията на пазара, възможностите и прогнозите. За повече информация, свържете се с [имейл защитен] или посетете www.IDTechEx.com. 

Споделете тази статия: