Ηλεκτροκινητήρες: Ποιος κατασκευάζει καλύτερους, η Κίνα ή η Ευρώπη;

Νέα μελέτη από τη Γερμανία αξιολογεί 115 ηλεκτροκινητήρες σε 80 αυτοκίνητα, διερευνώντας αν οι Κινέζοι κατασκευαστές έχουν αποκτήσει τεχνολογικό προβάδισμα απέναντι στους Ευρωπαίους και τους Αμερικανούς.

Η Κίνα έχει αναδειχθεί σε παγκόσμια πρωταγωνίστρια στην ηλεκτροκίνηση, καθώς οι εταιρείες της λανσάρουν διαρκώς νέα μοντέλα και τεχνολογικές λύσεις. Το κατά πόσο οι ηλεκτροκινητήρες τους είναι πιο προηγμένοι από αυτούς των ευρωπαϊκών και αμερικανικών αυτοκινητοβιομηχανιών εξετάζει νέα έρευνα του γερμανικού πανεπιστημίου RWTH Aachen. Η ανάλυση δεν περιορίζεται στις θεωρητικές επιδόσεις, αλλά εστιάζει κυρίως στις μεθόδους κατασκευής των σύγχρονων ηλεκτρικών συστημάτων κίνησης.

Στο πλαίσιο της έρευνας, οι ειδικοί του τμήματος Production Engineering of E-Mobility Components (PEM) μελέτησαν 115 ηλεκτροκινητήρες που προέρχονται από 80 αυτοκίνητα παραγωγής 2019-2025. Το βάρος της ανάλυσης δόθηκε στα μοντέλα της κινεζικής αγοράς, ενώ τα ευρήματα αντιπαραβλήθηκαν με δεδομένα παλαιότερης μελέτης για συστήματα κίνησης από την Ευρώπη και τις ΗΠΑ.

Ένα από τα πρώτα ευρήματα δείχνει πως οι τρεις αγορές δεν απέχουν τόσο μεταξύ τους όσο θα μπορούσε να υποθέσει κανείς. Σε γενικές γραμμές, οι κατασκευαστικές βάσεις είναι κοινές: από τον στάτορα και τον ρότορα έως την ψύξη και την τοποθέτηση των μερών. Οι αποκλίσεις εμφανίζονται κυρίως στα υλικά που επιλέγονται και στις ειδικότερες τεχνικές λύσεις κάθε εταιρείας.

Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί η επιλογή υλικού για τα περιβλήματα: αρκετές κινεζικές εταιρείες χρησιμοποιούν πλέον κράματα μαγνησίου, ενώ οι ευρωπαϊκές εξακολουθούν κυρίως να προτιμούν το αλουμίνιο. Το μαγνήσιο μπορεί να συμβάλει σε χαμηλότερο βάρος, χωρίς αυτό να εγγυάται από μόνο του καλύτερη συνολική λειτουργία ή μεγαλύτερη αντοχή στον χρόνο.

Αποκλίσεις υπάρχουν και στον τρόπο μεταφοράς του ηλεκτρικού ρεύματος. Συχνότερη επιλογή στην Κίνα είναι οι μεταλλικοί αγωγοί με μονωτική επίστρωση πούδρας, ενώ στις ευρωπαϊκές λύσεις χρησιμοποιούνται περισσότερο χάλκινοι αγωγοί τοποθετημένοι μέσα σε πλαστικά εξαρτήματα. Οι επιλογές αυτές μπορεί να σχετίζονται με το κόστος, την ανθεκτικότητα και τις ανάγκες συναρμολόγησης, όμως η μελέτη δεν καταλήγει σε συνολική υπεροχή κάποιας από τις δύο.

Σημαντική μεταβολή καταγράφεται τα τελευταία χρόνια στην ισχύ που αντιστοιχεί σε κάθε κιλό βάρους. Για τους σύγχρονους κινητήρες μόνιμων μαγνητών της έρευνας, η μέση μέγιστη πυκνότητα ισχύος ανέβηκε από 1,68 kW ανά κιλό το 2019 σε 2,43 kW ανά κιλό το 2024 και το 2025. Η αύξηση, που προσεγγίζει το 45%, αποτυπώνει τον ταχύ ρυθμό ανάπτυξης της τεχνολογίας.

Η άνοδος των στροφών λειτουργίας αποτελεί έναν από τους βασικούς παράγοντες πίσω από αυτή την εξέλιξη. Ενώ μέχρι πριν από λίγα χρόνια οι περισσότεροι ηλεκτροκινητήρες λειτουργούσαν περίπου στις 8.000-17.000 σ.α.λ., σήμερα αρκετοί περνούν το όριο των 20.000 σ.α.λ. Η ανάλυση κατέγραψε σε ορισμένες περιπτώσεις ακόμη και 30.500 σ.α.λ.

Όταν ένας κινητήρας περιστρέφεται ταχύτερα, μπορεί να είναι μικρότερος και ελαφρύτερος, διατηρώντας την ίδια ισχύ. Για να φτάσει, ωστόσο, η απαιτούμενη ροπή στους τροχούς, χρειάζεται σύστημα μετάδοσης κατάλληλο για τις υψηλές στροφές. Στα συστήματα που εξετάστηκαν, η μέση σχέση μείωσης στροφών αυξήθηκε κατά περίπου 21,5%.

Η εξέλιξη δεν αφορά αποκλειστικά την κινεζική αγορά. Στο SU7 Ultra, η Xiaomi έχει ήδη τοποθετήσει τον HyperEngine V8s, με μέγιστη ταχύτητα 27.200 σ.α.λ., ενώ η γερμανική ZF παρουσίασε πρόσφατα το High Revolution Drive, το οποίο φτάνει τις 30.000 σ.α.λ. Στόχος της συγκεκριμένης μονάδας είναι ο περιορισμός των διαστάσεων, του βάρους και του κόστους κατασκευής. Οι δύο περιπτώσεις ακολουθούν διαφορετικά μονοπάτια προς την ίδια τεχνολογική κατεύθυνση.

Την ίδια στιγμή, οι εταιρείες αναβαθμίζουν την ψύξη των ηλεκτροκινητήρων και στρέφονται όλο και περισσότερο στην απευθείας διοχέτευση λαδιού στον στάτορα και στον ρότορα. Έτσι, η θερμότητα απομακρύνεται πιο αποτελεσματικά από τα εξαρτήματα που δέχονται τη μεγαλύτερη καταπόνηση, με αποτέλεσμα να διατηρείται υψηλή απόδοση ακόμη και όταν το φορτίο είναι αυξημένο.

Ανάμεσα στα γνωστά αυτοκίνητα που εξετάστηκαν βρίσκονται τα Tesla Model 3, Volkswagen ID.3, Audi Q4 e-tron, Polestar 2, Ford Mustang Mach-E, Xiaomi SU7 Max, BYD Tang L, NIO ET9 και Tesla Cybertruck. Για ορισμένα μοντέλα η ανάλυση έγινε χωριστά για τον ηλεκτροκινητήρα του εμπρός και του πίσω άξονα, καθώς οι δύο μονάδες δεν βασίζονται αναγκαστικά στην ίδια τεχνολογία.

Στο δείγμα της έρευνας δεν περιλαμβάνονται σύγχρονοι ηλεκτροκινητήρες εξωτερικής ηλεκτρικής διέγερσης, όπως εκείνοι που συναντάμε σε ορισμένα μοντέλα BMW και Renault. Η λύση αυτή λειτουργεί χωρίς μόνιμους μαγνήτες στον ρότορα, μειώνοντας την εξάρτηση από τις σπάνιες γαίες. Το γεγονός ότι δεν περιλαμβάνεται στη μελέτη δεν υποδηλώνει τεχνολογική καθυστέρηση· αναδεικνύει απλώς την ύπαρξη διαφορετικών τρόπων επίτευξης του ίδιου στόχου.

Η μελέτη δεν καταλήγει στην ανάδειξη ενός σαφούς νικητή. Οι Κινέζοι κατασκευαστές χρησιμοποιούν προηγμένες τεχνολογίες, ενώ σε ορισμένες περιπτώσεις διαφοροποιούνται ως προς τα υλικά και τις μεθόδους παραγωγής. Παρ’ όλα αυτά, οι βασικές σχεδιαστικές αρχές και οι τεχνολογικές εξελίξεις είναι κοινές με αυτές που ακολουθούνται στην Ευρώπη και τις ΗΠΑ.

Κυρίως, η έρευνα δεν συνιστά συγκριτική αξιολόγηση επιδόσεων ή αξιοπιστίας. Οι κινητήρες δεν δοκιμάστηκαν όλοι υπό τις ίδιες συνθήκες, ενώ δεν έγινε συστηματική αποτίμηση της ενεργειακής κατανάλωσης, του πραγματικού κόστους παραγωγής και της αντοχής τους σε βάθος χρόνου.

Συνεπώς, δεν προκύπτει ότι οι κινεζικοί ηλεκτροκινητήρες είναι συνολικά καλύτεροι από τους ευρωπαϊκούς. Εκείνο που διαπιστώνεται είναι ότι η τεχνολογική απόσταση ανάμεσα στους μεγάλους κατασκευαστές παραμένει μικρότερη από όσο συχνά υποδηλώνει η εμπορική επιτυχία των κινεζικών ηλεκτρικών αυτοκινήτων.