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El mercado de vehículos eléctricos (EV) ha llegado a un punto de inflexión, evolucionando de un sector de nicho de bajo volumen a un mercado masivo de alto volumen. Por ahora, la oferta es limitada y los fabricantes de automóviles pueden vender cualquier vehículo eléctrico que fabriquen, pero esta es solo una situación temporal.
En este artículo, analizamos algunas de las áreas clave en las que los semiconductores en los vehículos eléctricos pueden tener el mayor impacto, particularmente en relación con la batería del automóvil, y cómo los proveedores están permitiendo un desarrollo más rápido de los sistemas de vehículos eléctricos.
Tendencias del mercado de vehículos eléctricos
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El mercado de vehículos eléctricos está ganando impulso gradualmente, impulsado por una combinación de legislación, exenciones fiscales del gobierno y popularidad entre los consumidores. Un pronóstico reciente de Gartner estima que se enviarán 6 millones de autos eléctricos en 2022, frente a los 4,5 millones en 2021, y ese número alcanzará los 36 millones de autos para 2030.
La legislación está presionando a los fabricantes de automóviles para que electrifiquen toda su flota. Por ejemplo, los automóviles y furgonetas vendidos en la Unión Europea deben tener cero emisiones para 2035, con objetivos intermedios para reducir las emisiones de CO₂ (en comparación con 2021) en un 15 % en 2025 y en un 55 % para 2030, el mayor mercado de vehículos eléctricos, que requiere mandatos similares de que los autos eléctricos representarán el 40% de todas las ventas para 2030.
Los fabricantes de automóviles no tienen tiempo que perder. Deben prepararse para la producción en masa de vehículos eléctricos sin comprometer la calidad. También deben evitar el tipo de interrupción de la cadena de suministro que se vio recientemente en la industria automotriz y asegurarse de tener suficientes baterías y dispositivos electrónicos para cumplir con los objetivos de ventas.
Los fabricantes de automóviles también deben continuar mejorando sus vehículos eléctricos para atraer a nuevos compradores que se alejen de los vehículos convencionales y competir con los nuevos fabricantes de automóviles disruptivos que ingresan al mercado.
Las baterías se están volviendo inteligentes
Dos de los factores competitivos más importantes para un vehículo eléctrico son la autonomía que puede recorrer el coche entre cargas y el tiempo que tarda en cargarse. Poder cubrir más millas sin tener que detenerse es un diferenciador clave, y cuando esa parada de carga se puede hacer lo más rápido posible, los conductores están contentos.
Tanto la autonomía como el tiempo de carga son específicos de la batería del coche y del sistema de gestión de batería (BMS) que la rodea. De hecho, la batería es la parte más cara del vehículo eléctrico y el componente que ofrece mayor margen de diferenciación.
La autonomía de un automóvil se puede aumentar simplemente equipándolo con una batería más grande, pero esto aumenta significativamente el costo total del vehículo, aumenta el peso del vehículo y ocupa más espacio.
En cambio, uno podría hacer un mejor uso de la batería existente al comprender completamente sus limitaciones. Una batería inteligente conectada a la nube es un concepto prometedor. Se construye un modelo de gemelo digital de la batería en la nube, combinando algoritmos físicos, de aprendizaje automático y de inteligencia artificial, utilizando datos no solo de un solo automóvil sino de toda la flota.
El concepto de batería conectada y recopilación de datos no es nuevo. Sin embargo, el tipo de datos que recopila, cómo los recopila y qué hace con los datos ofrece mucho potencial para la innovación y la diferenciación.
Las ventajas de una batería inteligente de este tipo incluyen una mejor predicción del alcance y, por lo tanto, la eficiencia de la batería, así como una mayor duración de la batería. Puede permitir una carga más rápida, un diferenciador clave, y evaluar el valor residual de la batería y ayudar a reducir el costo total de propiedad.
Al modelar el comportamiento de la batería, los fabricantes de automóviles pueden predecir la salud y el estado de carga de una batería. Los datos de la batería inteligente también se pueden usar para optimizar la vida útil de la batería al recomendar estrategias de carga y manejo, mantenimiento predictivo e identificar posibles problemas antes de que ocurran, lo que aumenta la confiabilidad y la seguridad.
Para desarrollar la batería inteligente, los proveedores de semiconductores son los pioneros y proporcionan conjuntos de chips para la adquisición, comunicación y procesamiento de datos. La recopilación de datos en el automóvil debe basarse en capacidades de recopilación local precisas, seguras y confiables y una conexión flexible y segura a la nube.
Los datos recopilados deben ser precisos, relevantes y capturados para cumplir con los requisitos de tasa de actualización de datos del sistema de batería y el modelo de batería, así como también cumplir con los más altos estándares de seguridad funcional, incluso en condiciones ambientales y electromagnéticas muy duras.
Pero para utilizar todo el potencial de la batería inteligente, se requiere una estrecha cooperación de todos los actores de la cadena de valor: fabricantes de automóviles, integradores de sistemas y empresas de nivel 1, fabricantes de baterías, proveedores de software y servicios, así como proveedores de semiconductores.
Juntos, se puede construir un ecosistema eficiente para reducir el tiempo de comercialización y garantizar la interoperabilidad. Con asociaciones sólidas, podemos alentar a los proveedores de servicios a desarrollar nuevos casos de uso y aplicaciones.
cargando por delante
Pero, ¿qué pasa con la infraestructura de carga y la electrónica BMS en el vehículo que permite una carga rápida?
Hay varios factores a considerar al desarrollar sistemas de carga, p. B. la velocidad. Pero los OEM también deben considerar la seguridad, la confiabilidad y la medición precisa de la potencia de salida.
Todo tiene que estar coordinado para que al conductor se le presente un sistema sencillo que le dé confianza para utilizarlo. La interoperabilidad es otro objetivo en movimiento: ¿cómo podemos garantizar que los conductores puedan usar cargadores de múltiples proveedores y que se les facture de manera directa y transparente?
Los cargadores rápidos de CC actuales suelen tardar entre 30 y 45 minutos en cargar la batería al 80 %. Esto es aceptable, pero sigue siendo demasiado lento para los conductores que tienen prisa. El aumento de la velocidad de carga plantea desafíos de ingeniería difíciles, incluidas las altas corrientes necesarias para generar calor debido a la resistencia interna del cable de carga.
Un enfoque prometedor es aumentar el voltaje del sistema del vehículo eléctrico de los actuales 400 V a 800 V. Con el doble de voltaje de la batería, la carga teóricamente puede ser el doble de rápida, quizás tan solo 15 minutos, y los cables se pueden mantener en un tamaño y peso manejables. Para 2025, se espera que 800V sea la tecnología principal en el mercado de vehículos eléctricos; Con una carga más rápida, los consumidores pueden aceptar automóviles de menor alcance.
Sin embargo, cambiar a 800V trae sus propios problemas. El voltaje más alto trae consigo un mayor potencial de formación de arcos dañinos, por lo que los requisitos de aislamiento son más estrictos. Además, los componentes del convertidor de tracción del automóvil deben estar clasificados para 800 V.
En comparación con una arquitectura de 400 V, un BMS de 800 V tiene que monitorear el doble de celdas de batería para obtener el mismo rendimiento, pero con mayores desafíos de EMI. En general, todos estos cambios aumentan los costos del sistema: una carga más rápida tiene un precio.
aceleración del cambio
Con tantos cambios por venir en los próximos años, el ritmo de la innovación es clave para los fabricantes de automóviles. La industria automotriz tradicionalmente tiene largos ciclos de diseño y es más lenta para adoptar nuevas tecnologías en comparación con el sector de consumo. Ese es un lujo que los fabricantes de vehículos eléctricos ya no tienen: para seguir siendo competitivos, necesitan reducir el tiempo de comercialización y encontrar formas de acelerar el desarrollo de productos.
Algunas empresas ya han demostrado que pronto podrán llevar un nuevo diseño de la idea a la producción en tan solo 12 meses, y este tipo de ciclo de desarrollo condensado se está volviendo más común.
En respuesta a este desafío, estamos viendo cambios en la forma en que los fabricantes de automóviles abordan el diseño y la producción, y muchos fabricantes adoptan un enfoque modular como: B. La plataforma MEB (Modular Electric Drive Matrix) de VW, que ayuda a reducir costos y acelerar el desarrollo. VW adoptó el BMS de NXP en la plataforma MEB para aumentar la autonomía del vehículo, prolongar la duración de la batería y mejorar la seguridad.
![](https://www.eetimes.com/wp-content/uploads/Leone-piece_NXP_3.jpg?w=640&is-pending-load=1#038;resize=640%2C410)
Independientemente de la fuente de energía del tren motriz, cada vez hay más componentes electrónicos en los automóviles de hoy. Hay un cambio de un vehículo definido por su hardware a un vehículo donde el software define sus capacidades y rendimiento (consulte «Los vehículos definidos por software están impulsando el desarrollo de vehículos eléctricos conectados de próxima generación»).
Los proveedores de semiconductores deben pasar de solo proporcionar componentes a soluciones de sistema completas con hardware y software prevalidados. Estas soluciones deben manejar el software de bajo nivel y el middleware del automóvil conectado, lo que permite a los fabricantes de automóviles concentrarse en crear valor con software de nivel superior y facilitar la reutilización del software en múltiples modelos.
Al trabajar juntos, los proveedores de semiconductores y sus socios del ecosistema pueden crear las soluciones que buscan los fabricantes de automóviles y los Tier 1, lo que hace que la electrificación de vehículos sea un cambio positivo para los consumidores. Los proveedores de semiconductores no solo pueden ofrecer soluciones que mejoren el medio ambiente, sino también hacer que los automóviles sean más seguros, más eficientes y simplemente mejores para conducir.
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