Κινεζικοί vs Ευρωπαϊκοί ηλεκτροκινητήρες

Η κινεζική αυτοκινητοβιομηχανία έχει καταφέρει μέσα σε λίγα χρόνια να εξελιχθεί σε έναν από τους ισχυρότερους παίκτες της παγκόσμιας αγοράς ηλεκτρικών αυτοκινήτων. Η ταχύτητα με την οποία οι κατασκευαστές της χώρας παρουσιάζουν νέα μοντέλα, εξελιγμένες μπαταρίες και τεχνολογίες φόρτισης, έχει δημιουργήσει την εντύπωση ότι έχουν αποκτήσει σαφές τεχνολογικό προβάδισμα έναντι των Ευρωπαίων και των Αμερικανών ανταγωνιστών τους. Ωστόσο, όταν η σύγκριση περιορίζεται σε ένα από τα σημαντικότερα εξαρτήματα των ηλεκτρικών αυτοκινήτων, τους ηλεκτροκινητήρες, η εικόνα αποδεικνύεται αρκετά διαφορετική.

Μια εκτεταμένη επιστημονική έρευνα από το Πανεπιστήμιο RWTH Aachen της Γερμανίας επιχείρησε να εξετάσει κατά πόσο οι κινεζικές εταιρείες, έχουν πράγματι αναπτύξει τεχνολογίες που ξεπερνούν εκείνες των παραδοσιακών κατασκευαστών. Για τον σκοπό αυτό, οι ερευνητές ανέλυσαν συνολικά 115 ηλεκτροκινητήρες που προέρχονται από 80 διαφορετικά αυτοκίνητα, τα οποία κυκλοφόρησαν στην αγορά από το 2019 έως το 2025.

Η μελέτη, η οποία δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Energies, επικεντρώθηκε στην κατασκευαστική αρχιτεκτονική των κινητήρων, στα υλικά που χρησιμοποιούνται, στη γεωμετρία των επιμέρους εξαρτημάτων και στις τεχνικές παραγωγής. Τα αποτελέσματα δεν επιβεβαιώνουν την άποψη ότι η Κίνα έχει δημιουργήσει μια εντελώς διαφορετική γενιά ηλεκτροκινητήρων, με τεχνολογίες που αφήνουν πίσω τους τη Δύση.

Αντίθετα, η βασική διαπίστωση είναι ότι οι κινητήρες που χρησιμοποιούν οι Κινέζοι, οι Ευρωπαίοι και οι Αμερικανοί κατασκευαστές, παρουσιάζουν πολύ μεγαλύτερες ομοιότητες από όσες θα περίμενε κανείς. Οι βασικές τεχνικές αρχές παραμένουν κοινές, ενώ δεν εντοπίστηκαν θεμελιώδεις αποκλίσεις στη γενική κατασκευή, στη διάταξη του ρότορα και του στάτη ή στις λύσεις ψύξης που εφαρμόζονται στα σύγχρονα μοντέλα.

Αυτό δεν σημαίνει ότι όλοι οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν ακριβώς τις ίδιες λύσεις. Οι διαφοροποιήσεις εντοπίζονται κυρίως στις λεπτομέρειες της κατασκευής και στην επιλογή των υλικών, όπου κάθε εταιρεία ακολουθεί τη δική της στρατηγική, προκειμένου να περιορίσει το βάρος, να βελτιώσει την απόδοση και να μειώσει το κόστος.

Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα αφορά τη χρήση κραμάτων μαγνησίου. Οι Κινέζοι κατασκευαστές αξιοποιούν όλο και περισσότερο το συγκεκριμένο υλικό σε ορισμένα δομικά στοιχεία των ηλεκτροκινητήρων, επιδιώκοντας να περιορίσουν τη συνολική μάζα τους. Αντίθετα, οι ευρωπαϊκές εταιρείες, εξακολουθούν να προτιμούν σε αρκετές εφαρμογές το αλουμίνιο, το οποίο έχει ήδη καθιερωθεί στην αυτοκινητοβιομηχανία χάρη στις ιδιότητές του και στην εμπειρία που υπάρχει από την επεξεργασία του.

Ενδιαφέρον παρουσιάζει επίσης η απουσία ηλεκτρικά διεγερμένων σύγχρονων κινητήρων από το δείγμα της έρευνας. Πρόκειται για μια τεχνολογία που χρησιμοποιείται από κατασκευαστές όπως η Renault και η BMW, καθώς επιτρέπει τη λειτουργία χωρίς μόνιμους μαγνήτες. Η συγκεκριμένη λύση, αποτελεί μια εναλλακτική προσέγγιση στην κατασκευή ηλεκτροκινητήρων, καθώς περιορίζει την εξάρτηση από υλικά που χρησιμοποιούνται στους μαγνήτες μόνιμης διέγερσης.

Η απουσία της από τους κινητήρες που εξετάστηκαν δεν αποδεικνύει ότι δεν χρησιμοποιείται στην κινεζική αγορά. Ωστόσο, αποτελεί ένα από τα ενδιαφέροντα σημεία της έρευνας, καθώς δείχνει ότι οι τεχνολογικές επιλογές των κατασκευαστών, δεν ακολουθούν απαραίτητα την ίδια κατεύθυνση.

Η μεγάλη αλλαγή βρίσκεται στην ισχύ και στις στροφές

Εκεί όπου η έρευνα καταγράφει πραγματικά εντυπωσιακή εξέλιξη, είναι στην πυκνότητα ισχύος των ηλεκτροκινητήρων. Μέσα σε μόλις έξι χρόνια, οι κατασκευαστές κατάφεραν να αυξήσουν σημαντικά την ισχύ που μπορεί να αποδώσει ένας κινητήρας σε σχέση με το βάρος του, επιτρέποντας την κατασκευή πιο συμπαγών και αποδοτικών συστημάτων κίνησης.

Σύμφωνα με τα στοιχεία της μελέτης, η μέση μέγιστη πυκνότητα ισχύος των σύγχρονων κινητήρων μόνιμου μαγνήτη αυξήθηκε από 1,68 kW/kg το 2019 σε 2,43 kW/kg το 2025. Πρόκειται για βελτίωση της τάξης του 45%, η οποία αποτυπώνει την ταχύτητα με την οποία εξελίσσεται η συγκεκριμένη τεχνολογία.

Ένας από τους βασικούς παράγοντες πίσω από αυτή την πρόοδο, είναι η αύξηση των μέγιστων στροφών λειτουργίας. Οι ηλεκτροκινητήρες που χρησιμοποιούνταν συνήθως σε αυτοκίνητα της περιόδου 2020-2022, λειτουργούσαν σε ένα εύρος περίπου 8.000 έως 17.000 σ.α.λ. Στα νεότερα μοντέλα, ωστόσο, οι 20.000 σ.α.λ. έχουν πλέον ξεπεραστεί σε αρκετές περιπτώσεις, ενώ ορισμένες κατασκευές φτάνουν ακόμη και τις 30.500 σ.α.λ.

Η δυνατότητα λειτουργίας σε τόσο υψηλές στροφές, επιτρέπει στους μηχανικούς να πετυχαίνουν μεγαλύτερη ισχύ χωρίς να χρειάζεται να αυξάνουν ανάλογα τις διαστάσεις του κινητήρα. Έτσι, μπορούν να δημιουργούν ελαφρύτερα και μικρότερα συστήματα κίνησης, περιορίζοντας παράλληλα την ποσότητα των υλικών που απαιτούνται για την κατασκευή τους.

Η συγκεκριμένη εξέλιξη, όμως, δεν έρχεται χωρίς συμβιβασμούς. Όσο αυξάνονται οι στροφές, τόσο μεγαλύτερες γίνονται οι απαιτήσεις από τα συστήματα ψύξης, ενώ ενισχύονται και οι μηχανικές καταπονήσεις, που δέχονται τα περιστρεφόμενα εξαρτήματα. Η διατήρηση της αξιοπιστίας και της θερμικής σταθερότητας σε αυτές τις συνθήκες, αποτελεί πλέον μία από τις σημαντικότερες προκλήσεις για τους κατασκευαστές.

Δεν υπάρχει ξεκάθαρος νικητής στην τεχνολογία των ηλεκτροκινητήρων

Το βασικό συμπέρασμα της γερμανικής έρευνας είναι ότι η τεχνολογική απόσταση ανάμεσα στην Κίνα και τη Δύση δεν είναι τόσο μεγάλη όσο συχνά παρουσιάζεται. Οι κατασκευαστές των τριών περιοχών, ακολουθούν σε μεγάλο βαθμό τις ίδιες τεχνικές κατευθύνσεις, επιδιώκοντας υψηλότερη απόδοση, μικρότερο βάρος, περιορισμένες διαστάσεις και χαμηλότερο κόστος παραγωγής. Οι διαφορές βρίσκονται περισσότερο στον τρόπο με τον οποίο επιλέγουν να πετύχουν αυτούς τους στόχους, παρά σε κάποια επαναστατική τεχνολογία που διαθέτει αποκλειστικά η μία πλευρά.

Αξίζει, πάντως, να σημειωθεί ότι η συγκεκριμένη μελέτη δεν αναδεικνύει κάποιον απόλυτο νικητή σε επίπεδο απόδοσης, αξιοπιστίας ή πραγματικού κόστους κατασκευής. Η σύγκριση επικεντρώνεται κυρίως στην τεχνική αρχιτεκτονική και στην εξέλιξη των ηλεκτροκινητήρων, επομένως δεν αρκεί από μόνη της για να αποδείξει ποιος κατασκευαστής διαθέτει το καλύτερο συνολικό σύστημα κίνησης.

Το σίγουρο είναι ότι η Κίνα έχει εξελιχθεί σε έναν εξαιρετικά ισχυρό ανταγωνιστή, αλλά η πρόοδός της δεν σημαίνει απαραίτητα ότι έχει ανακαλύψει μια εντελώς διαφορετική συνταγή για τον ηλεκτροκινητήρα. Η πραγματική μάχη εξελίσσεται πλέον στην ταχύτητα ανάπτυξης, στην επιλογή υλικών, στην κατασκευαστική ακρίβεια και στην ικανότητα κάθε εταιρείας να συνδυάζει υψηλές επιδόσεις με χαμηλό κόστος.