Principales tendances en matière de véhicules électriques et de mobilité en 2021 - et ce qu'il faut savoir pour 2022

Principales tendances en matière de véhicules électriques et de mobilité en 2021 - et ce qu'il faut savoir pour 2022

Blue background with the outline of a car and an electric charger with the text Major Electric Vehicle & Mobility Trends of 2021 and what to look out for in 2022
Dans cet article, les analystes d'IDTechEx reviennent sur les principaux événements et tendances du monde de la mobilité future au cours de l'année écoulée - et sur ce qu'il faudra surveiller en 2022.

Les grands écarts du marché : Tesla, le géant de la technologie, d'énormes introductions en bourse et des SPACs.

S'il y a une chose que vous avez entendue à propos des véhicules électriques cette année, c'est probablement que Tesla a atteint le statut de géant technologique. En novembre 2021, Tesla a dépassé une capitalisation boursière de 1 000 000 000 $, grâce à une commande légèrement confuse de Hertz portant sur 100 000 voitures électriques Tesla à prix plein (les contrats n'étaient apparemment pas signés lorsque les livraisons ont commencé).
 
Plus généralement, l'action de Tesla est élevée parce que les investisseurs parient sur le potentiel de l'entreprise. Malgré ses énormes réalisations, Tesla n'est encore qu'au début de sa courbe en S.
 
Aujourd'hui, Tesla atteint ses objectifs de vente (près d'un million de voitures vendues en 2021) et démontre qu'elle peut réaliser des bénéfices réguliers. Demain, ses nouvelles giga-usines l'aideront à atteindre son objectif de vendre 20 millions de voitures par an d'ici 2030 (plus d'un cinquième des ventes mondiales de voitures aujourd'hui).
 
En supposant une moyenne de 30 000 dollars par voiture Tesla, atteindre ne serait-ce qu'un quart de ce chiffre équivaut à des revenus de 150 milliards de dollars- un tiers du marché de 450 milliards de dollars des voitures électriques rechargeables prévu par IDTechEx en 2030 (www.IDTechEx.com/EV). Et ce, sans tenir compte de ses activités croissantes dans le domaine de l'énergie ou du potentiel des technologies futures, comme l'autonomie.
 
Bien que Tesla travaille également sur des camions électriques, IDTechEx prévoit que les voitures particulières resteront le marché de véhicules électriques le plus rentable aujourd'hui et à l'avenir, et le principal moteur de la croissance de Tesla.
 
Source: IDTechEx (www.IDTechEx.com/EV)
 
Les succès de Tesla ouvrent la voie à d'autres. Rivian, soutenu par Ford et Amazon, est entré en bourse début novembre 2021 pour un montant de 93 milliards de dollars. L'action centenaire de Ford s'est redressée cette année, mais sa capitalisation boursière reste inférieure à celle de Rivian, à 77,7 milliards de dollars.
 
L'introduction en bourse traditionnelle de Rivian est allée à l'encontre de la tendance SPAC choisie par de nombreuses autres entreprises (les SPAC peuvent être considérées comme plus faciles et présentant moins de risques de valorisation qu'une introduction en bourse traditionnelle). Les introductions en bourse de SPAC ont concerné tous les types d'entreprises, et le secteur des véhicules électriques ne fait pas exception à la règle : des entreprises d'infrastructures de recharge (Tritium) aux fabricants de véhicules (Lucid Motors, Nikola) en passant par les taxis aériens électriques (Lilium). Les résultats sont mitigés, tantôt désastreux (Nikola), tantôt fructueux.
 
Ce qui est clair, c'est qu'il y a et qu'il continuera d'y avoir beaucoup de drame autour des start-ups de véhicules électriques à l'horizon 2022, car elles continuent de susciter un intérêt massif et un battage médiatique, mal fondé ou non, et de faire et défaire des fortunes.

Les véhicules autonomes se mettent au diapason

L'autonomie et les voitures à conduite autonome ont connu de grands changements au cours des deux dernières années. En 2021, un plus grand nombre d'essais de robotaxi ont commencé à offrir des trajets sans conducteur au public, par exemple AutoX en Chine, et on peut s'attendre à ce que d'autres commencent en 2022. L'Allemagne autorise désormais les services sans conducteur de niveau 4 sur ses routes et, en 2022, nous nous attendons à voir davantage de projets de roboshuttle et d'essais de robotaxis.
 
Les véhicules autonomes privés ont également connu quelques avancées cette année. Tesla a supprimé les radars de sa panoplie de capteurs autonomes tout en continuant à faire des progrès avec une configuration uniquement composée de caméras.
 
Par ailleurs, Honda a lancé le premier véhicule de niveau 3 au Japon sous la forme de la Legend. Seules 100 Honda Legend ont été proposées à la location, mais des modèles d'autres constructeurs devraient arriver en 2022. IDTechEx s'attend également à l'émergence de véhicules privés de niveau 3 en Europe, l'Allemagne, la France et l'Angleterre ayant toutes exprimé leur intérêt à autoriser leur utilisation sur les routes publiques. Le marché du luxe sera probablement le premier à bénéficier de cette technologie, la Mercedes Classe S étant la favorite pour être la première à l'offrir au début de l'année prochaine.
 
Les progrès techniques réalisés par les équipementiers pour mettre sur le marché des voitures de niveau 3 sont soutenus par la sophistication croissante des technologies de détection. Les radars sont de plus en plus performants, Continental et ZF introduisant les premiers radars d'imagerie 4D dans les véhicules de série en 2022.
 
Les prix des LiDAR continuent également à baisser, Bosch ayant déclaré à IDTechEx que son LiDAR sera disponible pour 250 à 500 dollars. Ces progrès offrent aux OEM la robustesse et les performances requises pour des niveaux d'automatisation plus élevés à un prix adapté à la production en série.
 
Le rapport IDTechEx "Autonome Autos, Robotaxis & Sensoren 2022-2042" prévoit l'adoption des voitures autonomes par niveau, ainsi que l'évolution des besoins en capteurs par type de véhicule : caméra, radar, LiDAR, etc.

Des paris accrus sur les véhicules lourds à piles à combustible

Les piles à hydrogène ont peu de chances d'être utilisées dans les voitures en raison de leur coût élevé, de l'infrastructure coûteuse de ravitaillement en hydrogène qui ne s'est pas encore manifestée, du prix élevé de l'hydrogène et des réductions d'émissions douteuses si de l'hydrogène vert n'est pas utilisé. Cela s'est traduit au début de cette année par l'abandon par Honda du marché des voitures à pile à combustible.
 
Cependant, l'autonomie et l'avantage du ravitaillement en carburant des véhicules électriques à pile à combustible signifient que les applications lourdes, telles que le camionnage à longue distance ou l'exploitation d'autobus à kilométrage élevé, offrent depuis longtemps une utilisation potentielle de la technologie, et des progrès ont été réalisés en 2021.
 
Alors que le Tesla Semi est de plus en plus retardé pour donner la priorité aux batteries des voitures électriques plus rentables, Hyundai a annoncé en septembre 2021 qu'il développerait des variantes de piles à combustible pour tous ses véhicules commerciaux d'ici 2028.
 
Hyundai procède actuellement à des essais commerciaux en Suisse avec une flotte de 46 camions FCEV, et prévoit de porter ce nombre à 1 600 camions d'ici 2025. La société a également annoncé des projets de camions FCEV aux États-Unis et des commandes de 4 000 camions FCEV en Chine.
 
En outre, les véhicules à pile à combustible sont également bien accueillis sur le marché des bus, avec plus de 150 bus à pile à combustible en service en Europe, 65 aux États-Unis et plus de 3 000 en Chine. Le nombre croissant de commandes d'autobus à pile à combustible suggère que la demande augmente, au moins jusqu'à un niveau d'essai pilote.
 
Pour en savoir plus, le rapport IDTechEx "Véhicules électriques à pile à combustible 2022-2042" explore le déploiement et la croissance des véhicules à pile à combustible dans les secteurs des poids lourds sur une période de 20 ans.

Nouvelles technologies de véhicules électriques à surveiller en 2022 (sans batterie)

Il existe de nombreuses pistes pour améliorer l'autonomie des véhicules électriques. Au-delà de l'augmentation brutale de la capacité des batteries, les domaines clés sont l'électronique de puissance des véhicules (onduleurs, convertisseurs, chargeurs embarqués) et les moteurs de traction électriques.
 
Moteurs à flux axial
 
Une nouvelle technologie de moteur qui a pris de l'ampleur cette année est celle des moteurs à flux axial, ainsi nommés parce que le flux magnétique est parallèle à l'axe de rotation (alors qu'il est perpendiculaire dans les machines à flux radial).
 
Alors que la quasi-totalité du marché des véhicules électriques utilise une forme de moteur à flux radial, les moteurs à flux axial présentent plusieurs avantages. Ils présentent notamment une densité de puissance et de couple accrue et un facteur de forme en forme de crêpe idéal pour une intégration dans divers scénarios, des voitures aux avions.
 
La technologie a franchi des étapes importantes en 2021. Le leader du marché de l'après-vente YASA a conclu le premier grand contrat de moteur à flux axial pour fournir Ferrari fin 2019, il a été acquis par Daimler en juillet 2021 pour être utilisé dans la prochaine plateforme électrique AMG. En juillet 2021, Renault a également conclu un partenariat avec WHYLOT pour utiliser des moteurs à flux axial dans ses véhicules hybrides à partir de 2025. D'autres entreprises innovantes, telles que Magnax, n'ont pas encore conclu d'accords d'approvisionnement majeurs (voir notre profil d'abonné IDTechEx sur Magnax).
 
Le marché des flux axiaux dans les VE automobiles est très petit aujourd'hui, mais IDTechEx prévoit une énorme augmentation de la demande au cours des 10 prochaines années, avec des premières applications dans les véhicules à haute performance et certaines applications hybrides.
 
IDTechEx prévoit une forte augmentation de la demande de moteurs automobiles à flux axial dans "Moteurs électriques pour véhicules électriques 2022-2032".
 
Carbure de silicium pour l'électronique de puissance et les matériaux frittés pour le montage sous pression
 
Dans le domaine de l'électronique de puissance, la transition vers les MOSFET en carbure de silicium et les systèmes haute tension de plus de 800 V s'est accélérée en 2021.
 
Renault, BYD et Hyundai ont tous annoncés de nouvelles plates-formes de véhicules de 800 V qui adopteront des MOSFET en carbure de silicium dans leur électronique de puissance jusqu'en 2025.
 
De plus, avec la sortie de la Mach E fin 2021, Ford rejoint les Tesla, BYD et Toyota (la Mirai) en proposant sur le marché un modèle contenant de l'électronique de puissance au carbure de silicium.
 
Cette transition présente de nouveaux défis pour les matériaux des modules de puissance, car on s'attend à des fréquences de commutation plus élevées, à des densités de puissance accrues et à des températures de fonctionnement plus élevées, tout en maintenant une durée de vie de 15 ans.
 
La densité de puissance des onduleurs pour véhicules électriques ayant augmenté de façon exponentielle au cours de la dernière décennie, de nouveaux modèles de refroidissement double face, de fils de cuivre et de cadres de plomb sont apparus.
 
Plus important encore, les exigences en matière de température de jonction approchant les 175 à 200 degrés, les limites des soudures conventionnelles ont fait place à de nouveaux matériaux de fixation de la puce.
 
Les matériaux frittés à base de nano-argent et de cuivre ont un point de fusion élevé par rapport aux soudures traditionnelles sans plomb à base d'étain, et supportent des températures thermiques élevées, supérieures à 250 degrés, ce qui permet de maximiser la transition vers des MOSFET en carbure de silicium à forte densité de puissance.
 
Alors que des pâtes frittées à base de nano-argent sont sur le marché (par exemple, Argomax d'Alpha), des matériaux frittés en cuivre plus performants sont encore à l'étude, avec des entreprises telles que Hitachi, Showa Denko et Mitsui qui font la démonstration de la technologie et/ou sont en phase finale de qualification pour l'industrie automobile.
 
Vous trouverez de plus amples informations et des prévisions commentées dans le rapport IDTechEx"Électronique de puissance pour véhicules électriques 2022-2032".
 
Gestion thermique dans les conceptions Cell-to-pack
 
La gestion thermique des véhicules électriques a continué d'être un sujet brûlant en 2021. L'arc continu du rappel de la Bolt de Chevrolet semble avoir pris fin avec un coût approximatif de 1,9 milliard de dollars grâce à des défauts de fabrication des cellules fournies par LGChem. Bien que cette histoire puisse se terminer, les batteries Li-ion présentent toujours un risque non nul d'emballement thermique. Cela signifie qu'il est nécessaire de maintenir les cellules à leur température de fonctionnement optimale, mais aussi de prévoir des matériaux de protection contre le feu en cas d'emballement thermique.
 
Une tendance essentielle qui aura un impact sur les fournisseurs de matériaux dans cet espace est l'adoption de la technologie cell-to-pack. BYD a mis en circulation sa batterie Blade et de nombreux constructeurs automobiles, dont Tesla, VW et Stellantis, ont annoncé leur intention d'adopter la technologie cell-to-pack dans les années à venir. La technologie "cell-to-pack" supprime les modules et empile toutes les cellules en un seul grand pack. Cette technologie améliore la densité énergétique, la complexité de fabrication et les coûts. Cependant, elle crée des défis en matière de protection contre les incendies et transforme les exigences en matière de matériaux thermiques par rapport à un pack de batteries modulaires traditionnel.
 
Dans un pack de batteries modulaire typique, les cellules sont placées dans un module avec un matériau d'interface thermique (MIT), normalement sous la forme d'un matériau de remplissage d'espace dispensable. Un autre MIT est ensuite utilisé pour établir le contact entre le module et la plaque de refroidissement. Dans le cas du cell-to-pack, les cellules peuvent être directement connectées à la plaque froide. Cela réduit le nombre d'interfaces thermiques et permet d'utiliser un MIT à faible conductivité thermique. Cependant, il est maintenant nécessaire d'augmenter la force d'adhérence. La transition des batteries modulaires vers le système "cell-to-pack" est également une transition des remplissages d'espaces thermiques vers les adhésifs thermoconducteurs.
 
En matière de protection contre l'incendie, dans un système modulaire, les modules peuvent être isolés et protégés. Dans le cas d'un système de cellule à cellule, il devient plus difficile de limiter la propagation de l'emballement thermique dans la batterie. Cela présente plus d'opportunités pour les matériaux de prévention de la propagation entre les cellules et pour des niveaux de protection plus élevés pour l'enceinte du pack, à l'intérieur et à l'extérieur. En l'absence de réglementation spécifique à l'emballement thermique, il existe une variété de solutions appropriées telles que les revêtements en poudre, les revêtements intumescents, les matériaux céramiques et les aérogels.
 
Le rapport d'IDTechEx "Gestion thermique pour véhicules électriques 2021-2031" détaille les stratégies des équipementiers, les tendances et les alternatives émergentes autour de la gestion thermique des batteries Li-ion, des moteurs de traction électriques et de l'électronique de puissance avec des considérations pour une température de fonctionnement optimale et la protection contre les incendies.

Les hybrides contre-attaquent : Les récentes hausses des ventes

Les ventes d'hybrides rechargeables et non rechargeables ont explosé au cours des deux dernières années, et les ventes d'hybrides rechargeables ont triplé d'année en année pour atteindre plus de 600 000 véhicules en 2020 rien qu'en Europe.
 
Au pire, les hybrides sont une escroquerie environnementale. Les consommateurs ne s'y retrouvent pas : hybride léger 48V, hybride complet 48V, hybride complet (haute tension), hybride rechargeable, hybride non rechargeable. Les partisans de chacun d'entre eux ont tendance à affirmer que leur solution est satisfaisante pour réduire les émissions sur la route, et à vanter les mérites d'une longue autonomie et d'un temps de charge court.
 
Par le passé, le gouvernement norvégien a carrément interdit les publicités trompeuses pour les HEV "auto-chargeurs" et le Royaume-Uni a réduit puis supprimé les incitations pour les PHEV parce que les conducteurs ne les branchaient pas (comportement qui n'est pas propre au Royaume-Uni).
 
Dans le meilleur des cas, les hybrides sont une étape transitoire à court terme vers des groupes propulsion à zéro émission. Un vieux discours, mais qui bat son plein aujourd'hui. Les récentes poussées ont été soutenues par l'Europe, les constructeurs automobiles ayant évité les amendes imposées par l'objectif européen de 95 g de CO2 par km.
 
Mais l'Étoile de la Mort finit toujours par exploser. Et les poussées de vente des véhicules hybrides seront de courte durée. Les véhicules électriques à batterie sont le moyen le plus facile d'atteindre les objectifs en matière d'émissions et sont très demandés ; ils seront donc de plus en plus privilégiés. Au cours de l'été, le responsable du développement chez Daimler, Markus Schäfer, a déclaré : "Aucun nouveau développement de PHEV n'est prévu".
 
Les décideurs politiques sont également en train de prendre conscience des limites des hybrides, et cela se reflète dans les politiques à venir. En outre, les interdictions de combustibles fossiles prévues entre 2030 et 2040 ont tendance à inclure implicitement ou explicitement des interdictions de véhicules hybrides, bien qu'elles soient généralement lointaines et délibérément floues. Le Chili et la Grèce sont les derniers pays à avoir rejoint le club cette année.

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