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電気自動車 2023-2043年Electric Cars 2023-2043 電気自動車 グローバル市場 自動車部門は最大の輸送部門であり、毎年世界中で約8000万台から9000万台の自動車が販売されている。世界で約11億台の自動車が使用されており、道路からの排出ガス... もっと見る
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サマリー
電気自動車 グローバル市場
自動車部門は最大の輸送部門であり、毎年世界中で約8000万台から9000万台の自動車が販売されている。世界で約11億台の自動車が使用されており、道路からの排出ガスに最も貢献しているため、この部門が環境政策立案者の初期の焦点となるのは当然である。
電気自動車の歴史は100年前にさかのぼりますが、現在のような電気自動車市場は2011年頃から拡大してきました。電気自動車市場は、その規模から、先端材料からバッテリーパック、パワーエレクトロニクス、電気モーターに至るまで、電気自動車のサプライチェーンにおけるプレーヤーに最大のビジネスチャンスをもたらしている。さらに、自動車市場は、技術、規制、ビジネスモデルのいずれにおいても、他の輸送セクターの電動化を可能にする急速な技術革新の推進力となっています。本レポートの目的は、電気自動車の最新技術と市場動向を地域別に深く掘り下げることにある。
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IDTechExが追跡調査しているその他のe-transportセクターには、バン、トラック、バス、二輪車、建設、船舶、航空機が含まれます。出典 IDTechEx
世界の電気自動車の販売台数は2021年に640万台超に急増し、IDTechExは2022年に900万台超に達すると予測している。しかし、チップ不足やパンデミックによる製造の混乱など、主要な課題は依然として残っています。また、炭酸リチウムをはじめとする重要な原材料の根本的な不足も懸念されています。これらの課題は、タイムスケールや移行ペースに影響を与える可能性がありますが、主要な自動車市場は、電気自動車による脱炭素化という一つの方向に向かっています。
本レポートでは、地域別（米国、中国、ノルウェー、英国、フランス、ドイツ、オランダ、デンマーク、RoW）および技術別の予測を提供しています。技術的には、バッテリー電気自動車（BEV）、ハイブリッド車（PHEV、HEV）、燃料電池車（FCEV）、自律走行車（L2、L3、L4）、リチウムイオン電池（NMC、NCA、LFP、シリコン、固体）、電気モーター（PM、WRSM、ACIM、軸流、インホイール）、パワーエレクトロニクス（SiC、Si IGBT）、高圧ケーブル、充電インフラをカバーしています。
バッテリー不足の中、航続距離が電気自動車を差別化するための重要な戦場となるにつれ、新しいパワートレインの進歩が最前線に現れてきています。本レポートでは、800Vプラットフォーム、炭化ケイ素（SiC）インバータ、より効率的なモータシステム、DC急速充電機能の台頭について詳述しています。
燃料電池
本レポートでは、自動車市場における燃料電池の進展と機会を明らかにし、20年間の世界予測を示しています。自動車に燃料電池を搭載することは、新しいコンセプトではありません。トヨタ、フォード、ホンダ、GM、現代、フォルクスワーゲン、ダイムラー、BMWなどの主要OEMは、過去30年間に渡ってこの技術の進歩に巨額の投資を行ってきた。乗用車の場合、燃料電池の開発に膨大な努力と費用が費やされたが、2021年にFCEV車を生産しているのはトヨタとヒュンダイの2大OEMのみで、FCEVの販売台数は2万台未満にとどまっている。
燃料電池車の普及には、燃料電池システムコンポーネントのコスト低減や十分な水素充填インフラの整備など、大きな課題がある。また、再生可能な電力を使用して水の電気分解により製造される安価な「グリーン」水素の入手も不可欠であり、IDTechExの新しいレポートの分析では、FCEVが販売されている環境認証を実現するために不可欠であることが強調されている。
自律走行
自律走行車（AV）とは、SAEが定義した6つのレベルの総称である。現在、ほとんどの新車はレベル2の機能を備えており、規制上のハードルがクリアされれば、業界はレベル3の技術的な準備が整っている。
近年、レーダー、ライダー、HDカメラ、ソフトウェアなどの自律走行技術の大幅な向上により、ロボットタクシーは市場投入の目前まで来ています。Waymo、Cruiseなどの自律走行試験車は、現在、法的障壁が取り除かれ、自律走行サービスへと発展しています。IDTechExの予測では、これらのサービスが20年以内にどのように主流となるかを明らかにしています。
一部の地域ではレベル4の技術を推進する動きもありますが、ここでの活動はまだ自律型モビリティのスタートアップ企業や試験的な段階です。全体として、自律走行車は大規模な破壊的技術となり、今後20年間で最大47%の割合で急成長して自動車市場を一変させるだろうと、このレポートは見ている。
先進的なリチウムイオン電池セルとパック
黒鉛負極と層状酸化物正極（NMC、NCA）をベースとするリチウムイオン電池は、電気自動車市場の大部分を占めるようになった。しかし、性能の限界に達し、環境と供給のリスクが浮き彫りになるにつれ、リチウムイオン電池の改良と代替がますます重要になってきている。本レポートでは、リチウムイオンセル設計、シリコン負極、固体電池など、先進電池技術の動向と発展についてまとめている。
先進リチウムイオンとは、シリコンおよびリチウム金属負極、固体電解質、高Ni正極、および様々なセル設計要素を指します。電気自動車市場、特にバッテリー電気自動車が電池需要を決定する上で重要であることから、リチウムイオンは支配的な地位を維持すると予想されます。正極と負極の選択、セル設計の改善、エネルギー密度の向上率などが本レポートで扱う重要な問題です。
また、パックレベルのトレンドについても触れています。バッテリーパックの組み立てには、TIM、接着剤、ガスケット、含浸、ポッティング、フィラーなど、さまざまな材料が必要です。セルとモジュール間の接続、バスバー、ケーブルの数を減らすことが期待される、セルのフォームファクターの大型化とセルとパックの非モジュール型電池設計の一般的な傾向についても説明しています。
パワーエレクトロニクス
自動車のパワーエレクトロニクス（インバータ，車載充電器，DC-DC コンバータ）では，パワートレイン効率を向上させ，バッテリーパック容量の削減や航続距離の向上を実現するための重要な進歩が見られる．効率向上のための重要な手段の 1 つが、炭化ケイ素 MOSFET と 800V 以上の高電圧車両プラットフォームへの移行です。この傾向は、Renault、BYD、GM、Hyundai が 2025 年までにパワーエレクトロニクスに炭化ケイ素 MOSFET を採用する 800V 車両プラットフォームを発表するなど、加速度的に高まってきている。
この移行は、15年の耐用年数を維持しながら、より高いスイッチング周波数、電力密度の増加、動作温度の向上が要求されるため、パワーモジュールのパッケージ材料に新たな課題を突きつけています。このレポートでは、800Vプラットフォーム電圧とSiCインバータの採用に関する技術的な見通しを示しています。さらに、半導体チップの電力密度が過去10年間で飛躍的に向上したため、新しい両面冷却設計、銅ワイヤーボンド、リードフレームが実現手段として浮上したことについても触れています。
電気モーター
電気モータ市場は、新しい設計、パワーとトルク密度の向上、そして使用する材料への配慮により、今日 も進化を続けています。これらは、軸流モータや様々なOEMがレアアースを完全に排除するなどの開発により、単なる漸進的な改善ではありません。
電気モーターには、いくつかの重要な性能指標があります。パワーとトルクの密度により、小型軽量なパッケージでドライビング・ダイナミクスを向上させることができます。もうひとつ重要なのは、駆動サイクル効率です。効率の向上は、加速時にバッテリーに蓄えられた貴重なエネルギーの浪費を減らし、同じバッテリー容量で航続距離を伸ばすことにつながります。モーター設計には様々な考慮点があるため、EV市場では永久磁石モーター、誘導モーター、巻線ローターモーターなど、いくつかの異なるソリューションが採用されています。
本レポートでは、モーター技術とトポロジー、パワーとトルク密度、材料の活用に関するトレンドを明らかにしている。本レポートでは、バッテリー電気自動車市場におけるこれらのトレンドを取り上げ、OEMユースケースとモータータイプ（永久磁石（PM）、誘導、巻線ローター、インホイールPM、軸流PM）別の技術展望を紹介しています。
Summary
この調査レポートは、2023年から2043年の電気自動車の最新技術と市場動向を地域別に深く掘り下げています。
掲載内容（目次から抜粋）
Report Summary
Electric Cars: Global Markets
The automotive sector is the largest transport sector with some 80-90 million cars sold globally each year. A global fleet of approximately 1.1 billion cars in-use make the greatest contributions to road emissions, leading the sector to become a natural early focal point for green policymakers.
While electric cars date back one hundred years, electric car markets as we know them today have been growing since circa 2011. Due to their scale, car markets create the largest opportunities for players in the electric vehicle supply chain, from advanced materials through to battery packs, power electronics and electric motors. Moreover, they drive the rapid pace of innovation that enables electrification in other transport sectors, whether in technology, regulation, or business models. The aim of this report is to provide a regional deep dive into the latest technology and market trends for electric cars.
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Other e-transport sectors tracked by IDTechEx include vans, trucks, buses, two-wheelers, construction, marine and aircraft. Source: IDTechEx
Global electric car sales surged in 2021 to over 6.4 million and IDTechEx predicts sales will reach over 9 million in 2022. However, key challenges persist, such as the chip shortage and manufacturing disruption from the pandemic. On the horizon, fundamental shortages of critical raw materials loom, particularly lithium carbonate. While these challenges may impact timescales and the pace of the transition, major automotive markets are headed in one direction: decarbonisation through electric vehicles.
The report provides granular regional (US, China, Norway, UK, France, Germany, Netherlands, Denmark, RoW), and technology forecasts. Technology coverage includes battery-electric (BEV), hybrid (PHEV & HEV) and fuel cell (FCEV) cars; autonomous vehicles (L2, L3, L4); Li-ion batteries (NMC, NCA, LFP, silicon, solid-state); electric motors (PM, WRSM, ACIM, Axial-flux, In-wheel); power electronics (SiC, Si IGBT); high voltage cabling and charging infrastructure.
As range becomes a key battle ground to differentiate electric vehicles amid battery shortages, new powertrain advancements are coming to the forefront. The report details the rise of 800V platforms, silicon carbide (SiC) inverters, more efficient motor systems and DC fast charging capability.
Fuel Cells
The report reveals the progress and opportunities for fuel cells in car markets, providing 20-year global forecasts. The deployment of fuel cells within vehicles is not a new concept. Major OEMs including Toyota, Ford, Honda, GM, Hyundai, Volkswagen, Daimler, and BMW have invested large sums over the past 30 years in advancing the technology. For passenger cars, a huge amount of effort and expense has gone into developing fuel cells, but in 2021 only two major OEMs, Toyota and Hyundai, have FCEV cars in production and fewer than 20,000 FCEV were sold in 2021.
Fuel cell vehicle deployments face considerable challenges, including decreasing the cost of fuel cell system components and rolling out sufficient hydrogen refuelling infrastructure. Also essential will be the availability of cheap 'green' hydrogen, produced by the electrolysis of water using renewable electricity, which analysis in the new IDTechEx report highlights will be vital to FCEVs delivering the environmental credentials on which they are being sold.
Autonomy
'Autonomous vehicle' (AV) is an umbrella term for the six levels as defined by the SAE. Today, most new cars are arriving with the option of level 2 functionality, and the industry is technically ready for level 3 once regulatory hurdles clear.
In recent years, vast improvements to autonomous vehicle technologies such as radar, lidar, HD cameras and software have propelled robotaxis to the cusp of market-readiness. Autonomous trials from Waymo, Cruise, and others are now evolving into autonomous services, with legislative barriers clearing. IDTechEx forecasts reveal how these services will come to dominate within 20 years.
Some regions are even pushing for level 4 technology, but most activity here is still with autonomous mobility start-ups and in trial stages. Overall, the report finds autonomous vehicles will become a massively disruptive technology which will grow rapidly at a rate of up to 47% to transform the auto market over the next two decades.
Advanced Li-ion Battery Cells & Packs
Li-ion batteries based on graphite anodes and layered oxide cathodes (NMC, NCA) have come to dominate large parts of electric vehicle markets. However, as they start to reach their performance limits and as environmental and supply risks are highlighted, improvements and alternatives to Li-ion batteries become increasingly important. This report summarises trends and developments in advanced battery technologies, including to Li-ion cell designs, silicon anodes and solid-state batteries.
Advanced Li-ion refers to silicon and Li-metal anodes, solid-electrolytes, high-Ni cathodes as well as various cell design factors. Given the importance of the electric vehicle market, specifically battery electric cars, on determining battery demand, Li-ion is forecast to maintain its dominant position. Cathode and anode choices, cell design improvements and rate of energy density improvement are key questions addressed in this report.
Also discussed are pack level trends. Several different materials are required to assemble a battery pack, including TIMs, adhesives, gaskets, impregnation, potting, fillers and more. A general trend towards larger cell form factors and non-modular cell-to-pack battery designs is discussed, a trend expected to reduce the number of connections, busbars, and cables between cells and modules.
Power Electronics
In automotive power electronics (inverters, onboard chargers, DC-DC converters), key advancements are being made to improve powertrain efficiency, allowing for either battery pack capacity reduction or improved range. One of the key avenues to achieving greater efficiencies is the transition to silicon carbide MOSFETs and high voltage vehicle platforms at or above 800V. A trend which has been increasing in pace as Renault, BYD, GM and Hyundai have announced 800V vehicle platforms which will adopt silicon carbide MOSFETs in their power electronics through 2025.
The transition is presenting fresh challenges for power module package materials, as higher switching frequencies, increased power densities and increased operational temperatures are demanded all whilst maintaining a 15-year service life. The report shows technology outlooks for 800V platform voltages and adoption of SiC inverters. It further discusses how, as the power density of semiconductor chips has been increasing exponentially over the past decade, new double-sided cooling designs, copper wirebonds and lead frames have emerged as the enabler.
Electric Motors
Electric motor markets are still evolving today with new designs, improving power and torque density, and more considerations around the materials used. These aren't just incremental improvements either with developments such as axial flux motors and various OEMs eliminating rare-earths altogether.
There are several key performance metrics for electric motors. Power and torque density enables improved driving dynamics in a smaller and lighter package, with weight and space being at a premium in EVs. Another critical area is drive cycle efficiency. Improving efficiency means that less of the precious energy stored in the battery is wasted when accelerating the vehicle, leading to improved range from the same battery capacity. Due to the many different considerations in motor design, the EV market has adopted several different solutions including permanent magnet, induction, and wound-rotor motors.
The report reveals trends around motor technology and topology, power and torque density, and materials utilisation. This report addresses these trends within the markets for battery-electric cars with OEM use-cases and a technology outlook by motor type - permanent magnet (PM), induction, wound-rotor, in-wheel PM, axial-flux PM.
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