El ingeniero

Electrónica de potencia, inversores, motores, ejes eléctricos, nueva química de baterías, sistemas de baterías: hay una gran cantidad de oportunidades comerciales para la electrificación automotriz. ¿Cómo se están posicionando las empresas con sede en el Reino Unido para la electrificación de automóviles a gran escala? Will Stirling informa

La redada y el rescate de la empresa de baterías Britishvolt ocuparon los titulares de los medios este invierno. La historia destacó la fragilidad de la industria de vehículos eléctricos (EV) del Reino Unido, cuyo futuro es incierto si debe importar baterías costosas del extranjero, especialmente de fuera de la Unión Europea debido a las reglas de origen del Acuerdo de Comercio y Cooperación del Reino Unido.

Las baterías son solo una parte de un EV, aunque c. 40% del valor. Necesitan motores, electrónica de potencia, cargadores, inversores y más componentes que conviertan la química de la batería en movimiento. ¿De dónde vendrán estas piezas? Muchos proveedores con sede en el Reino Unido se encuentran en diferentes etapas de madurez. Algunos atienden a mercados automotrices laterales y más pequeños, como los fuera de carretera, y otros están desarrollando tecnologías potencialmente innovadoras.

Una cadena de suministro segura de materiales activos

La procedencia cuestionable de algunos materiales activos en las baterías de litio ha perseguido a la industria de las baterías. Por lo general, el material activo del ánodo es grafito o silicio y el cátodo normalmente está hecho de níquel o cobalto, que se pueden extraer en malas condiciones. Sigma Lithium está alterando la química de las baterías para garantizar una cadena de suministro de materiales segura y extender el alcance de la batería.

La compañía sin ingresos está desarrollando un material de ánodo poroso hecho de litio metálico tridimensional. Usar esto como material de ánodo, principalmente en baterías de estado sólido, puede aumentar el alcance de la batería de un automóvil en al menos un 50%, dijo el director ejecutivo Gleb Ivanov. "Hemos desarrollado litio metálico compuesto como un material activo de ánodo seguro en baterías de estado sólido, mientras que el cátodo se basará en manganeso, en lugar de níquel o cobalto, o en otros materiales de bajo costo, tal vez incluso azufre, que es súper- barato. Esto reducirá las presiones de alto costo de los materiales obtenidos fuera del Reino Unido, a veces de fuentes poco éticas". La seguridad del litio metálico estaba frenando su adopción para baterías recargables, pero el material "3DLi" de Sigma ha sido aprobado como seguro para su uso.

La fabricación de baterías EV, electrónica de potencia y motores eléctricos necesita inversión en innovación, así como asociaciones con la cadena de suministro global más amplia

El litio metálico podría obtenerse a nivel nacional de Cornish Lithium, pero hay un amplio suministro en el resto del mundo. La naturaleza de este litio 3D poroso le otorga dos ventajas físicas que los principales fabricantes de automóviles han reconocido. "Ser metálico significa que podemos ofrecer kilometraje, es decir, alcance, y ser poroso tridimensional significa que podemos ofrecer carga y descarga rápidas", dijo Ivanov. "Nuestro modelo de negocio es la concesión de licencias: queremos litio 3D dentro de cada batería de estado sólido". El otro material clave en la celda de la batería es una malla de carbono, suministrada en gran volumen por una empresa multinacional del Reino Unido.

¿La tecnología es compatible con el uso de los OEM de automóviles? "A los fabricantes de vehículos eléctricos les interesa minimizar el contenido de níquel y cobalto y cambiar a algo superior; debería haber formas para que nosotros y el OEM lo hagamos funcionar para cualquier vehículo", dijo Ivanov.

El volumen medio es un paso natural para las empresas que pueden diferenciarse

Podría decirse que el mayor desafío para la industria de vehículos eléctricos del Reino Unido es la ampliación para que estas empresas puedan suministrar a los grandes fabricantes de automóviles. McLaren Applied fabrica una familia de componentes electrónicos de potencia, los sistemas de control para accionamientos eléctricos: ECU, acelerómetros, sensores, inversores para carga rápida y más. Los volúmenes están en el rango medio, desde varios miles hasta 50.000 unidades al año. Aquí es donde McLaren Applied y el Reino Unido deberían diferenciarse, dice Steve Lambert, Jefe de Electrificación de McLaren Applied, ya que las empresas no pueden competir con gigantes globales como Bosch, Valeo y Continental en volumen, y también hay varias empresas en este rango medio. mercado, incluidos Bentley, Lotus, Morgan y potencialmente algunas plataformas Jaguar Land Rover e incluso el Nissan Z.

"Los automotrices de primer nivel que producen millones de unidades para los fabricantes de equipos originales de automóviles ha sido el orden establecido, pero con los vehículos eléctricos hay una gran disrupción en el mercado", dijo Lambert. "Están entrando muchos nuevos participantes, comenzando con volúmenes más bajos. Los OEM están probando nuevas tecnologías en plataformas de menor volumen con proveedores que no han usado antes, y algunos están abiertos a llevar estas nuevas tecnologías a las plataformas principales. Lo que solía ser llamado "Valle de la muerte" que pasa del suministro de nicho al suministro de volumen es un valle de oportunidades, porque hay muchas interrupciones".

Un producto clave fabricado en grandes volúmenes son los inversores. Estos convierten la corriente CC de la batería en CA y controlan el motor. A medida que aumenta la escala de fabricación, se evalúan nuevas ubicaciones globales, pero McLaren Applied quiere mantener su producción de inversores en el Reino Unido. "Preparándonos para volúmenes más altos, ahora tenemos un proyecto financiado por el gobierno que busca automatizar el ensamblaje del inversor, con la Universidad de Newcastle, llamado SCIENZD", dijo Lambert.

Ponga su motor en marcha, de manera eficiente

Los motores proporcionan el movimiento circular para girar los ejes de los vehículos eléctricos. La misión de Tideturn Technologies es hacer que los motores, utilizados en todas partes en edificios, calefacción y refrigeración, y transporte, sean mucho más eficientes. Tideturn Transport compró recientemente dos empresas con sede en el Reino Unido en Gateshead y se comprometió a realizar una inversión de 100 millones de libras durante varios años en la región. A corto y medio plazo, se centra en los vehículos comerciales y es un buen ejemplo de creación de capacidad de fabricación cerca del mercado para mitigar las limitaciones de suministro global.

"La demanda de soluciones de electrificación se extiende más allá de los automóviles de pasajeros, con una necesidad creciente en áreas de transporte comercial y fuera de carretera, como la construcción, la agricultura, el ferrocarril y otras industrias", dijo Mark Cox, Gerente General de Transporte de Turntide Technologies. "Este cambio significa que una gama mucho más amplia de empresas, además de los grandes OEM automotrices, necesitan acceso a soluciones de electrificación fabricadas localmente, particularmente debido a problemas relacionados con la geopolítica y la complejidad en el envío. Esta es una razón clave por la que fabricamos dos tercios de nuestros cartera de productos en el noreste de Inglaterra para satisfacer las necesidades de confiabilidad y calidad del suministro de nuestros clientes para soluciones de tren motriz eléctrico".

Gestión térmica

Las celdas de batería necesitan sistemas de batería completos que se adapten a la plataforma vEV. Cosworth compró Delta Motorsport hace dos años para desarrollar un negocio de electrificación, y desde entonces Delta Cosworth ha producido paquetes de baterías para muchos proyectos, más públicamente para el Ariel Hipercar de 1180bhp (sí) y el auto de carreras eléctrico de dos plazas de Envision.

Utiliza celdas de batería avanzadas listas para usar en el núcleo, que vienen en tres formatos principales: bolsa (como una bolsa de café envasada al vacío), prismática o cilíndrica. Estos pueden tener diferentes tipos de química según los requisitos, por ejemplo, alta potencia para una carga más rápida, alta energía para un mayor alcance o una combinación de ambos. La empresa participa en un proyecto de 17,2 millones de libras esterlinas con Norton Motorcycles y sus socios, financiado en parte por el Centro de Propulsión Avanzada, llamado Project Zero Emission Norton para desarrollar una motocicleta eléctrica con rendimiento de carrera y gama touring.

Una actividad clave y complementaria es la integración de vehículos: tomar un solo vehículo o un ciclo de producción corto equipado con un motor de combustión interna y convertirlo en propulsión eléctrica. Si se prueba, el volumen de la plataforma se puede ampliar y una vez que una empresa está en el camino de la electrificación, necesita sistemas de baterías. "Con nuestro módulo escalable cilíndrico (CSM), tenemos algunas formas novedosas de conectar las celdas de manera eficiente para ofrecer el mejor rendimiento para las aplicaciones de energía, utilizando un método innovador para administrar térmicamente las celdas", dijo George Paterson, director de desarrollo de productos de Delta Cosworth. . Otro ejemplo es el desarrollo de su módulo de bolsa utilizado en los turismos británicos que tiene un diseño novedoso de placa de enfriamiento que permite una mejor transferencia de energía térmica de las celdas al refrigerante al tiempo que minimiza la distancia entre las celdas, reduce el tamaño del módulo y reduce las restricciones de empaque.

Con los desarrollos recientes en motores de hidrógeno para equipos industriales, un sistema de batería puede proporcionar asistencia eléctrica. "Es probable que el motor de hidrógeno esté acoplado con una pequeña batería de alto rendimiento que puede aceptar cargas regenerativas y proporcionar al equipo la "potencia máxima" cuando necesita energía adicional para levantar, perforar o escalar en ráfagas cortas", dijo Paterson.

Garantizar el suministro de tierras raras

La multinacional con sede en Australia, Ionic Rare Earths, adquirió recientemente SerenTech, ahora renombrada como IonicTech, que ha desarrollado técnicas para reciclar imanes permanentes utilizando un proceso para la separación y recuperación de elementos de tierras raras de concentrados de minerales mineros e imanes de desecho. Este modelo se considera importante para asegurar el acceso a elementos de tierras raras, cuyo suministro está dominado por China. La compañía de Belfast ahora tiene 11 empleados a tiempo completo, con otros 25 puestos que se crearán en 2023 y se planea una mayor expansión.

Algunas grandes empresas están introduciendo en el mercado mucha tecnología inteligente. Pero el tiempo corre para la corriente principal automotriz en Gran Bretaña; la fecha de eliminación gradual de la venta de vehículos nuevos de gasolina y diésel es 2030. Se necesita mucha transformación de efectivo y sistemas en toda la cadena de suministro del Reino Unido para respaldar la electrificación de la industria automotriz. La mayoría aceptaría que está muy por detrás de donde debe estar para asegurar más contenido británico en el extremo de alto volumen, a pesar de que existen muchas oportunidades en los mercados industriales y de alto rendimiento.

"La fabricación de baterías EV, electrónica de potencia y motores eléctricos necesita inversión en innovación e I+D, así como asociaciones con la cadena de suministro global más amplia, principalmente la cadena de suministro upstream para asegurar minerales y materias primas críticas, para garantizar un cadena de suministro", dijo el Dr. Hadi Moztarzadeh, Jefe de Tendencias Tecnológicas, Centro de Propulsión Avanzada. "Esto hará que los fabricantes de automóviles del Reino Unido sean más competitivos y traerá más inversiones al Reino Unido.

Señala los documentos de la cadena de valor de APC, que muestran dónde el Reino Unido necesita más inversión para abordar esto. "Para acelerar la adopción de EV, se necesita un mejor acceso a una infraestructura de carga confiable, tanto pública como en el hogar", agregó. "Otra gran transformación sería desarrollar una fuerza laboral calificada que sea capaz de diseñar, fabricar y mantener vehículos eléctricos. Necesitamos un marco coherente y procesable entre el sector automotriz, la educación y la capacitación para traducir los requisitos en habilidades y programas de desarrollo de la fuerza laboral".