Abilitare veicoli elettrici a basso costo attraverso lo sviluppo di motori elettrici

Il mercato dei veicoli elettrici (EV) continua a crescere; tuttavia, la sua crescita ha subito un rallentamento significativo in Europa e negli Stati Uniti nella prima metà del 2024. Una strada fondamentale per rivitalizzare la crescita sarà il rilascio di modelli in una fascia di prezzo più accessibile. A tal fine, ci sono molte strade per ridurre il costo di un EV. Mentre la batteria giustamente prende piede, anche altri componenti del veicolo, come il motore elettrico, possono contribuire alla riduzione dei costi, scrive il direttore della ricerca IDTechEx, il dott. James Edmondson.

L'ultimo rapporto di IDTechEx, "Motori elettrici per veicoli elettrici 2025-2035: tecnologie, materiali, mercati e previsioni”, analizza l'attuale panorama tecnologico e dei materiali per i motori elettrici nei veicoli elettrici e prevede le tendenze e le richieste future per i prossimi 10 anni. IDTechEx prevede che saranno necessari oltre 160 milioni di motori elettrici per il mercato dei veicoli elettrici nel 2035 con circa il 30% del mercato automobilistico che utilizza tecnologie prive di terre rare nello stesso anno.

Migliorare le prestazioni per ridurre le richieste della batteria

Il primo modo in cui un motore può ridurre i costi del veicolo è attraverso l'efficienza di guida. I veicoli sono generalmente progettati per massimizzare l'autonomia nei cicli di prova (come WLTP o CLTC) e/o in scenari di guida reali. Più efficiente è un motore, maggiore è l'autonomia che si può ottenere dalla stessa capacità della batteria. Ad esempio, se un motore ha un'efficienza del 96% anziché del 93%, ciò potrebbe ridurre l'energia necessaria per un veicolo da 75 kWh di circa il 2.9% per ottenere la stessa autonomia. A sua volta, ciò riduce il costo della batteria della stessa quantità, per un veicolo da 75 kWh con un costo della batteria di circa 100 $/kWh, potrebbe vedere una riduzione del prezzo della batteria per veicolo di circa 200 $.

Materiali vs costi di produzione nel motore

Il prezzo dei magneti e del rame nei motori EV è stato soggetto a una significativa volatilità, ma i design senza magneti sono più stabili. Fonte: IDTechEx

I motori a magnete permanente (PM) dominano il mercato dei veicoli elettrici con una quota di mercato dell'85% nelle auto elettriche a batteria e ibride plug-in nel 2023 secondo IDTechEx. I magneti permanenti utilizzati in questi motori contengono terre rare e possono essere molto costosi; infatti, nonostante siano una parte relativamente piccola del motore, spesso occupano circa un terzo della distinta base del motore. Anche il prezzo storico di queste terre rare è stato molto volatile; dal 2010, il prezzo massimo del neodimio è stato quasi 5 volte superiore al suo minimo.

Altri motori senza magneti, come i motori sincroni a rotore avvolto (WRSM, a volte chiamati motori sincroni a eccitazione esterna, EESM), hanno un costo di distinta base inferiore a causa della sostituzione dei magneti permanenti con avvolgimenti in rame. Tuttavia, sono più costosi da produrre, con l'avvolgimento richiesto sul rotore, un meccanismo per fornire corrente al rotore e l'elettronica di controllo associata. La loro efficienza è in genere inferiore sul ciclo WLTP, sebbene spesso migliore per la crociera ad alta velocità. Per compensare i costi di produzione e la perdita di efficienza, il prezzo dei materiali PM dovrebbe essere a un punto elevato per rendere un motore WRSM competitivo direttamente sul costo del sistema.

I magneti senza terre rare sono un'altra soluzione futura, questi materiali magnetici sono molto meno costosi, ma sacrificano le prestazioni. I magneti senza terre rare come ferrite o AlNiCo possono essere competitivi con i magneti Nd in alcune proprietà magnetiche, ma non in tutte le proprietà chiave. Il risultato è che richiedono più materiale magnetico e sacrificano la densità di potenza, quindi richiedono un motore più grande per le stesse prestazioni. Con l'obiettivo di produrre un veicolo a basso costo, questo potrebbe essere un approccio adottato; un motore con prestazioni molto inferiori potrebbe essere installato ed essere comunque sufficiente per una piccola city car. Tuttavia, a causa del grande deficit di prestazioni di questi magneti, i costi di produzione del rotore possono essere aumentati per imballare abbastanza materiale magnetico.

La conclusione è che le alternative ai motori a magnete permanente in terre rare saranno competitive in termini di costi solo nello scenario in cui i prezzi dei magneti in terre rare sono elevati. Ci sono però altri motivi per abbandonare le terre rare, tra cui la compatibilità ambientale e la sicurezza della catena di fornitura.

Prospettive IDTechEx

Nonostante le sfide, nel suo rapporto su “Motori elettrici per veicoli elettrici 2025-2035: tecnologie, materiali, mercati e previsioni", IDTechEx prevede che le tecnologie dei motori senza magneti occuperanno il 30% del mercato dei motori per autoveicoli nel 2035 (incluse le auto elettriche a batteria e ibride), rispetto al solo 9% del 2023. La sicurezza della catena di fornitura sta diventando un obiettivo sempre più importante, la volatilità storica dei prezzi delle terre rare è una preoccupazione e la tecnologia dei magneti senza terre rare sta migliorando. Sebbene il prezzo del motore possa non essere la preoccupazione più grande nel prezzo complessivo di un veicolo elettrico, può certamente svolgere un ruolo significativo e le innovazioni nella tecnologia dei motori continuano a progredire.

Il flusso assiale potrebbe svolgere un ruolo?

In futuro, i motori a flusso assiale potrebbero svolgere un ruolo più importante nella riduzione dei costi. Data la loro altissima potenza e densità di coppia, l'utilizzo del materiale per kW di potenza può essere notevolmente ridotto. Dato che la maggior parte del costo di un motore è nella distinta base, questo potrebbe consentire un'altra via per la riduzione dei costi. Tuttavia, i motori a flusso assiale non sono ancora stati prodotti nella scala richiesta per il mercato automobilistico. Non per dire che non potrebbero esserlo, la loro produzione è più semplice di molti componenti automobilistici storici, ma devono superare un'industria dei motori a flusso radiale ben radicata e trovare i partner di produzione giusti per arrivarci. IDTechEx prevede una crescita nel mercato dei motori a flusso assiale, ma ci vorrà del tempo per iniziare a raggiungere i volumi che sono normalmente associati alle tecnologie dei motori automobilistici.

Per saperne di più sul report IDTechEx “Motori elettrici per veicoli elettrici 2025-2035: tecnologie, materiali, mercati e previsioni”, visita www.IDTechEx.com/MotoriPer questo rapporto sono disponibili pagine di esempio scaricabili.

Per il portafoglio completo di ricerche di mercato sui veicoli elettrici disponibili da IDTechEx, vedere www.IDTechEx.com/Research/EV. 

Informazioni su IDTechEx 
 
IDTechEx fornisce ricerche indipendenti e affidabili sulle tecnologie emergenti e sui loro mercati. Dal 1999, aiutiamo i nostri clienti a comprendere le nuove tecnologie, le loro catene di fornitura, i requisiti di mercato, le opportunità e le previsioni. Per maggiori informazioni, contatta [email protected] o visitare il sito www.IDTechEx.com. 

Condividi questo articolo: