Le auto elettriche 2023-2043

Il nuovo rapporto IDTechEx, “Auto elettriche 2023-2043”, fornisce un’analisi approfondita dei futuri mercati automobilistici con previsioni a lungo termine.

La copertura comprende Stati Uniti, Cina, Norvegia, Regno Unito, Francia, Germania, Paesi Bassi, Danimarca. 

La tecnologica comprende le auto a batteria (BEV), ibride (PHEV e HEV) e a celle a combustibile (FCEV); le batterie agli ioni di Litio (NMC, NCA, LFP, al Silicio, allo stato solido); l’elettronica di potenza (SiC, Si IGBT) i motori elettrici (PM, WRSM, ACIM, a flusso assiale, In-wheel); i veicoli autonomi (L2, L3, L4); e altro ancora.

Per più facile comprensione … l’esatta chimica della batteria è nella sigla, quindi NMC è all’Ossido di Nichel Manganese e Cobalto.

I motori delle auto elettriche vengono suddistinti per tipologia di realizzazione. Per esempio WRSM (Wound-rotor synchronous motor) corrisponde al “motore sincrono a rotore avvolto”.

Idem per quanto riguarda le elettroniche di potenza. Ad esempio il Transistor bipolare a gate isolato ha la sigla IGBT, dall’inglese Insulated Gate Bipolar Transistor.

• Le batterie agli ioni di Litio sono basate su anodi di Grafite e catodi di ossido stratificato, ma stanno iniziando a raggiungere i loro limiti di prestazione, e si stanno evidenziando i rischi ambientali e di approvvigionamento.

Quindi miglioramenti e alternative alle batterie agli ioni di Litio diventano sempre più importanti.

Secondo il rapporto IDTechEx, entro il 2030 le celle per batterie da 400 Wh per kg saranno presenti nei mercati tradizionali.

L’innovazione avviene anche a livello di pacco. Per assemblare un pacco batterie per l’auto elettrica sono necessari diversi materiali, tra cui quelli per l’interfaccia termica, adesivi, guarnizioni, impregnazione, invasatura, riempitivi e altro ancora.

La tendenza

C’è una tendenza generalizzata verso fattori di forma delle celle più grandi e progetti di batterie non modulari da cella a pacco, che ridurranno il numero di connessioni, sbarre e cavi tra celle e moduli.

• Le opportunità per le celle a combustibile, cioè parliamo di Idrogeno, nei mer-cati automobilistici sono limitate, anche se i mercati sono ancora in crescita, grazie al sostegno dei governi.

L’impiego delle celle a combustibile nelle auto elettriche non è un concetto nuovo.

I principali produttori di automobili, tra cui Toyota, Ford, Honda, GM, Hyundai, Volk-swagen, Daimler e BMW, hanno investito ingenti somme negli ultimi 30 anni per far progredire questa tecnologia.

Per quanto riguarda le autovetture, lo sviluppo delle celle a combustibile ha comportato enormi sforzi e spese,. Nel 2022 solo due grandi case Toyota e Hyundai, hanno in produzione auto FCEV e nel 2021 sono stati venduti meno di 20.000 FCEV.

La diffusione dei veicoli a celle a combustibile deve affrontare sfide considerevoli. Tra cui la riduzione del costo dei componenti del sistema e la realizzazione di un’infrastruttura sufficiente per il rifornimento di idrogeno.

L’elettronica

Secondo lo studio sarà essenziale avere Idrogeno “verde” a basso costo. Questo vuol dire prodotto dall’elettrolisi dell’acqua con energia elettrica rinnovabile, che è fondamentale per far sì che i veicoli FCEV rispettino le credenziali ambientali su cui vengono venduti.

• Per l’elettronica di potenza, cioè inverter, caricabatterie di bordo, convertitori che consentono di modificare la tensione in corrente continua si stanno compiendo progressi fondamentali per migliorare l’efficienza del gruppo propulsore, consentendo di ridurre la capacità del pacco batterie o di migliorare l’autonomia.

Una delle vie principali per ottenere una maggiore efficienza è il passaggio ai MOSFET   – metal-oxide-semiconductor field-effect transistor -. Si tratta di un transistore a semiconduttore di ossido di metallo ad effetto di campo) al Carburo di Silicio ed alle piattaforme di veicoli ad alta tensione, a partire da 800V.

La transizione presenta nuove sfide per i materiali dei moduli di potenza. Sono richieste frequenze di commutazione più elevate, maggiori densità di potenza e temperature operative più elevate, il tutto mantenendo una vita utile di 15 anni.

Il rapporto rileva che le piattaforme da 800 V e gli inverter con MOSFET SiC (Carburo di Silicio) raggiungeranno almeno il 10% del mercato entro il 2030.

Con l’aumento esponenziale della densità di potenza dei chip a semiconduttore, i nuovi progetti di raffreddamento a doppia faccia, le interconnessioni molto flessibili in rame e le cornici in Piombo consentiranno questo sviluppo per l’auto elettrica.

I mercati dei motori elettrici sono ancora in evoluzione. Questo con nuovi progetti che migliorano la densità di potenza e coppia, con maggiore attenzione ai materiali utilizzati.

Miglioramenti

Non si tratta solo di miglioramenti incrementali, con sviluppi come i motori a flusso assiale e i vari OEM – Original Equipment Manufacturer, produttori di ricambi originali – che hanno eliminato del tutto l’utilizzo di terre rare.

I motori elettrici sono caratterizzati da diversi parametri di prestazione fondamentali.

La densità di potenza e di coppia consentono di migliorare la dinamica di guida in un pacchetto più piccolo e più leggero. Questo dato che il peso e lo spazio dei veicoli elettrici sono molto importanti.

Migliorare l’efficienza dell’auto elettrica significa sprecare meno energia immagazzinata nella batteria durante l’accelerazione del veicolo. Questo con conseguente miglioramento dell’autonomia a parità di capacità della batteria.

Conclusione

E qui siamo ai motori a magnete permanente, a induzione e a rotore avvolto.

• Veicolo autonomo (AV) è un termine che racchiude i sei livelli definiti dalla SAE.

Oggi, la maggior parte delle nuove auto è disponibile con l’opzione di funzionalità di livello 2 e l’industria è tecnicamente pronta per il livello 3, una volta superati gli ostacoli normativi. 

Negli ultimi anni, i grandi miglioramenti apportati alle tecnologie dei veicoli autonomi, come radar, lidar, telecamere HD e software, hanno spinto i robotaxi verso la soglia della disponibilità sul mercato.

In effetti, in alcuni scenari l’autonomia di livello 4 è già commercializzata nel 2022, con Cruise e Baidu che hanno introdotto i primi servizi rispettivamente negli Stati Uniti e in Cina.

Le previsioni di IDTechEx rivelano come questi servizi arriveranno a dominare entro 20 anni.

Nel complesso, il rapporto ritiene chele auto elettriche diventeranno una tecnologia dirompente che crescerà rapidamente a un tasso fino al 47% per trasformare il mercato dell’auto nei prossimi due decenni.

Fonte

• https://www.canaleenergia.com/rubriche/scenari/auto-elettrica-le-cinque-tendenze-fondamentali-del-futuro/