A propulsão elétrica é um elemento-chave na construção de um sistema de transporte mais sustentável. No entanto, os preços elevados continuam a ser um obstáculo significativo à adoção generalizada desta tecnologia em toda a Europa. Neste artigo, analisamos as maneiras mais interessantes de otimizar o custo de fabricação de baterias para carros elétricos.
A importância da produção eficiente de baterias na indústria automotiva
Estima-se que a bateria sozinha represente entre 30% e 50% do custo total de fabricação de um veículo elétrico. Isso acontece porque matérias-primas raras e caras, como lítio, cobalto e níquel, são usadas na produção de baterias para carros elétricos. A extração e o processamento desses elementos são bastante caros e complicados. Além disso, as baterias de íons de lítio mais comumente usadas em veículos requerem tecnologia de fabricação avançada. Como parte desse processo, é necessário controlar com precisão a composição química e a estrutura da bateria, o que se traduz diretamente em entradas.
A escala de produção também é um problema. Embora os carros elétricos continuem a aumentar em número, as baterias ainda não estão sendo produzidas em quantidades que permitam reduções significativas de custos. São também necessários grandes investimentos em modernos parques de máquinas, laboratórios e formação de pessoal. Vale ressaltar que as baterias automotivas ainda exigem investimentos contínuos em pesquisa e desenvolvimento para melhorar o desempenho, a segurança e a durabilidade dessas soluções. Os custos são necessariamente repassados aos consumidores. A oportunidade de melhorar esta situação reside no desenvolvimento dinâmico do mercado. As vendas de carros elétricos atingiram quase 14 milhões em 2023, representando 18% de todos os carros vendidos. Espera-se que os EVs aumentem sua participação nas vendas globais de carros para 35% até 2030.
Otimização dos processos de produção
Vários métodos de otimização de custos são usados nos processos de produção de baterias para carros elétricos. Isso inclui as conquistas da Indústria 5.0, que são baseadas nas tecnologias mais recentes. Por exemplo, a automação de linhas de produção e o uso de inteligência artificial (IA) permitem que as tarefas sejam executadas com mais rapidez e precisão, além de eliminar interrupções, reduzindo custos operacionais. Além disso, a IA pode ajudar a otimizar o consumo de matéria-prima e energia. As fábricas que usam suporte de IA podem se adaptar mais rapidamente às mudanças nas condições do mercado e às necessidades dos clientes, gerenciando recursos dinamicamente e ajustando os cronogramas de produção. O monitoramento em tempo real dos processos de produção se traduz na detecção e eliminação de defeitos em um estágio inicial, levando não apenas à melhoria da qualidade dos produtos finais e menos reclamações, mas também à redução de desperdícios. A manutenção preditiva também é impactante, pois minimiza o tempo de inatividade e aumenta a produtividade e a confiabilidade das linhas de produção.
No entanto, essas tecnologias são caras de implementar, portanto, muitas vezes são apenas as maiores empresas que podem comprá-las. Uma solução interessante e mais acessível pode ser usar melhorias na construção e instalação das baterias. Por exemplo, uma bateria da Knauf Industries feita de espuma de polipropileno (EPP) moderna simplifica e acelera significativamente a montagem de células e módulos de bateria inteiros. As tecnologias de fabricação de última geração que usamos garantem custos otimizados de produção de uma bateria para um carro elétrico e perdas de material minimizadas graças a processos precisos de espuma e altos padrões de controle de qualidade.
Seleção e otimização de materiais
Como alternativa ao uso de processos tecnológicos caros, soluções alternativas de design e materiais podem ser implementadas. Por exemplo, o cobalto, um dos elementos mais caros usados em baterias de íons de lítio, pode ser substituído por metais mais baratos, como o ferro usado em baterias de lítio-ferro-fosfato ou novos materiais orgânicos. Outro exemplo pode ser os cátodos orgânicos desenvolvidos por pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, que podem oferecer desempenho e capacidade de armazenamento semelhantes às baterias tradicionais, mas são mais baratos de produzir.
A pesquisa sobre baterias de estado sólido (DC) também merece atenção. Eles oferecem maior densidade de energia em comparação com as baterias tradicionais de íons de lítio. Isso significa que eles podem armazenar mais energia em menos volume, o que se traduz em um maior alcance para veículos elétricos. Além disso, eles têm uma vida útil mais longa e melhor estabilidade dos ciclos de carga, o que significa que precisam ser substituídos com menos frequência. A produção piloto desse tipo de bateria já foi iniciada pela Toyota, Nissan e Samsung SDI. Embora atualmente sejam caros de produzir, esses custos cairão em até 30% nos próximos cinco anos devido aos avanços da tecnologia e da escala de produção.
Outra opção interessante é substituir os componentes de metal pesado da carcaça e ancoragem da bateria por soluções ultraleves feitas de espuma de polipropileno (EPP). O material, que contém até 95% de ar em sua estrutura, combina baixo peso, alto isolamento térmico e resiliência com excelente característica de resistência ao impacto e é muito mais barato de processar do que o metal.
Aumentando a eficiência energética das baterias
Um desafio importante não é apenas reduzir o custo de produção de uma bateria para um carro elétrico, mas também aproveitar ao máximo a energia disponível na bateria. A eficiência operacional da bateria é aprimorada por sistemas de gerenciamento de bateria (BMS) que monitoram seu status em tempo real e otimizam os processos de carga e descarga. O BMS monitora a tensão, corrente, temperatura e estado de carga de cada célula da bateria, entre outras coisas. Isso permite detectar e responder a quaisquer anomalias, aumentando a segurança e o desempenho do carro. Por exemplo, o sistema pode regular a corrente de carga para evitar o superaquecimento da bateria e prolongar sua vida útil. Ele também controla os sistemas de refrigeração e aquecimento da bateria e trabalha com o trem de força ou sistemas de segurança para otimizar o consumo de energia em todo o veículo.
Outros sistemas que podem influenciar a eficiência energética incluem sistemas autônomos avançados e, é claro, novos materiais e designs. O uso de materiais leves e duráveis, como fibra de carbono ou espuma de plástico EPP em vez de chapa metálica, plástico rígido ou componentes betuminosos, reduz o peso dos veículos, resultando em melhor desempenho e maior alcance. A caixa e os elementos isolantes de espuma plástica protegem perfeitamente os componentes eletrônicos sensíveis contra choques, uniformizam a distribuição de calor nas células individuais da bateria e protegem a bateria de condições térmicas extremas.
Reduzindo o custo de fabricação de uma bateria para um carro elétrico por meio de localização e dimensionamento
A construção de gigafábricas pode ter um impacto fundamental na redução do custo unitário de fabricação de baterias para carros elétricos. Graças às economias de escala, os custos fixos, como investimento em infraestrutura e tecnologia, são distribuídos por um número maior de baterias produzidas. As gigafábricas também têm a oportunidade de negociar melhores condições para a compra de matérias-primas graças a pedidos maiores. Além disso, a produção concentrada em um único local de produção giga permite uma melhor gestão logística e uma redução nos custos de transporte, o que também contribui para reduzir os custos unitários. Graças a maiores recursos financeiros, grandes instalações de produção podem investir mais em pesquisa e desenvolvimento, levando à inovação tecnológica. Eles podem implementar soluções avançadas e inteligentes e linhas de produção totalmente automatizadas, o que aumenta a produtividade e reduz os custos de mão de obra.
Outra estratégia que vale a pena para reduzir o custo de produção de uma bateria para um carro elétrico é localizar instalações de produção mais próximas de fornecedores de matérias-primas e fabricantes de automóveis. A redução das distâncias de transporte reduz os custos associados ao transporte de materiais e produtos acabados. As entregas são feitas em um prazo menor, o que aumenta a eficiência da cadeia de suprimentos e permite uma melhor gestão do estoque. Desta forma, é possível responder de forma mais flexível às mudanças nas necessidades do mercado e adaptar melhor a produção aos requisitos atuais. Cadeias de suprimentos mais curtas também significam menos risco de interrupções, como atrasos no transporte ou problemas com a disponibilidade de matéria-prima. Os fabricantes que aplicaram com sucesso essa estratégia incluem a Gigafactory da Tesla em Nevada, as instalações de produção da BMW em Spartanburg, Carolina do Sul, e a fábrica da Toyota no Texas.
Todas essas estratégias foram e ainda estão sendo desenvolvidas em resposta às crescentes demandas por sustentabilidade ambiental na indústria automotiva. O rápido aumento da popularidade dos veículos elétricos graças aos preços reduzidos é fundamental para o desenvolvimento contínuo da indústria em linha com a proteção ambiental. A escolha de soluções e estratégias específicas depende do tipo e escala do negócio. Entre em contato conosco e teremos o maior prazer em preparar um estudo de viabilidade e aconselhá-lo sobre as melhores soluções de materiais e construção para o seu negócio na área de carcaças, elementos de encaixe e isolamento para baterias de carros elétricos feitas de polipropileno expandido (EPP) inovador.