Habilitación de vehículos eléctricos de menor costo mediante el desarrollo de motores eléctricos

El mercado de vehículos eléctricos (VE) sigue creciendo; sin embargo, su crecimiento se ha desacelerado significativamente en Europa y los EE. UU. en la primera mitad de 2024. Una vía clave para revitalizar el crecimiento será el lanzamiento de modelos en un rango de precios más asequible. Para ello, existen muchas vías para reducir el coste de un VE. Si bien la batería es el centro de atención, otros componentes del vehículo, como el motor eléctrico, también pueden contribuir a la reducción de costes. escribe el director de investigación de IDTechEx, Dr. James Edmondson.

El último informe de IDTechEx, “Motores eléctricos para vehículos eléctricos 2025-2035: tecnologías, materiales, mercados y previsiones”, analiza el panorama actual de la tecnología y los materiales para los motores eléctricos en vehículos eléctricos y pronostica las tendencias y demandas futuras para los próximos 10 años. IDTechEx pronostica que se necesitarán más de 160 millones de motores eléctricos para el mercado de vehículos eléctricos en 2035 y que aproximadamente el 30 % del mercado automotriz utilizará tecnologías libres de tierras raras en el mismo año.

Mejorar el rendimiento para reducir la demanda de batería

La primera forma en que un motor puede reducir el costo del vehículo es a través de la eficiencia de conducción. Los vehículos generalmente están diseñados para maximizar la autonomía en ciclos de prueba (como WLTP o CLTC) y/o en escenarios de conducción del mundo real. Cuanto más eficiente sea un motor, mayor autonomía se puede obtener con la misma capacidad de batería. Por ejemplo, si un motor tiene una eficiencia del 96% en lugar del 93%, esto podría reducir la energía necesaria para que un vehículo de 75 kWh logre la misma autonomía en un 2.9%. A su vez, esto reduce el costo de la batería en la misma cantidad; por ejemplo, un vehículo de 75 kWh con un costo de batería de alrededor de US$100/kWh podría ver una reducción en el precio de la batería por vehículo de alrededor de US$200.

Materiales vs costos de fabricación en el motor

El precio de los imanes y el cobre en los motores de los vehículos eléctricos ha sido susceptible a una volatilidad significativa, pero los diseños sin imanes son más estables. Fuente: IDTechEx

Los motores de imanes permanentes (PM) dominan el mercado de vehículos eléctricos con una participación de mercado del 85% en los automóviles eléctricos de batería e híbridos enchufables en 2023 según IDTechEx. Los imanes permanentes utilizados en estos motores contienen tierras raras y pueden ser muy costosos; de hecho, a pesar de que son una parte relativamente pequeña del motor, a menudo ocupan alrededor de un tercio de la lista de materiales del motor. El precio histórico de estas tierras raras también ha sido muy volátil; desde 2010, el precio máximo del neodimio fue casi 5 veces más alto que su mínimo.

Otros motores sin imanes, como los motores síncronos de rotor bobinado (WRSM, a veces llamados motores síncronos de excitación externa, EESM), tienen un costo de materiales más bajo debido a que reemplazan los imanes permanentes con bobinados de cobre. Sin embargo, estos son más caros de fabricar, ya que se requiere un bobinado en el rotor, un mecanismo para proporcionar una corriente al rotor y la electrónica de control asociada. Su eficiencia es típicamente menor en el ciclo WLTP, aunque a menudo mejor para cruceros de alta velocidad. Para compensar los costos de fabricación y la pérdida de eficiencia, el precio de los materiales de PM tendría que ser alto para que un motor WRSM sea competitivo en el costo del sistema directamente.

Los imanes sin tierras raras son otra solución futura. Estos materiales magnéticos son mucho menos costosos, pero sacrifican el rendimiento. Los imanes sin tierras raras, como las ferritas o el AlNiCo, pueden competir con los imanes de Nd en ciertas propiedades magnéticas, pero no en todas las propiedades clave. Esto implica la necesidad de más material magnético y la consiguiente pérdida de densidad de potencia, lo que implica un motor más grande para obtener el mismo rendimiento. Con el objetivo de producir un vehículo de bajo costo, este podría ser un enfoque viable: se podría instalar un motor de mucho menor rendimiento y, aun así, sería suficiente para un coche urbano pequeño. Sin embargo, debido al gran déficit de rendimiento de estos imanes, los costos de fabricación del rotor pueden incrementarse para incorporar suficiente material magnético.

La conclusión es que las alternativas a los motores de imanes permanentes de tierras raras solo serán competitivas en términos de costos en el escenario en que los precios de los imanes de tierras raras sean altos. Sin embargo, existen otras razones para dejar de usar tierras raras, como el respeto al medio ambiente y la seguridad de la cadena de suministro.

Perspectivas de IDTechEx

A pesar de los desafíos, en su informe sobre “Motores eléctricos para vehículos eléctricos 2025-2035: tecnologías, materiales, mercados y previsiones”, IDTechEx predice que las tecnologías de motores sin imanes ocuparán el 30% del mercado de motores automotrices en 2035 (incluidos los autos eléctricos e híbridos a batería), frente a solo el 9% en 2023. La seguridad de la cadena de suministro se está convirtiendo en un foco de atención más importante, la volatilidad histórica de los precios de las tierras raras es una preocupación y la tecnología de imanes sin tierras raras está mejorando. Si bien el precio del motor puede no ser la mayor preocupación en el precio general de un vehículo eléctrico, ciertamente puede desempeñar un papel importante, y las innovaciones en la tecnología de motores continúan progresando.

¿Podría el flujo axial jugar un papel?

En el futuro, los motores de flujo axial podrían desempeñar un papel más importante en la reducción de costos. Dada su altísima densidad de potencia y par, el uso de material por kW de potencia se puede reducir significativamente. Dado que la mayor parte del costo de un motor está en la lista de materiales, esto podría permitir otra vía para la reducción de costos. Sin embargo, los motores de flujo axial aún no se han fabricado a la escala requerida para el mercado automotriz. No quiere decir que no se puedan fabricar, su fabricación es más sencilla que la de muchos componentes automotrices históricos, pero necesitan superar una industria de motores de flujo radial bien arraigada y encontrar los socios de fabricación adecuados para llegar allí. IDTechEx predice un crecimiento en el mercado de motores de flujo axial, pero se necesitará tiempo para comenzar a llegar a los volúmenes que normalmente se asocian con las tecnologías de motores automotrices.

Para obtener más información sobre el informe de IDTechEx “Motores eléctricos para vehículos eléctricos 2025-2035: tecnologías, materiales, mercados y pronósticos”, por favor www.IDTechEx.com/MotoresHay páginas de muestra descargables para este informe.

Para ver la cartera completa de investigaciones de mercado de vehículos eléctricos disponibles en IDTechEx, consulte www.IDTechEx.com/Research/EV. 

Sobre IDTechEx 
 
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