Vägen till elfordon med lägre klistermärkepriser än gasbilar - batterikostnader förklarade

Vägen till elfordon med lägre klistermärkepriser än gasbilar - batterikostnader förklaradeAtt byta ut koldioxidutsläppande bensinbilar med elbilar kräver att EV: s prispremie kommer bort och det kommer till en sak: batterikostnad. Westend61 via Getty Images

Försäljning av elfordon har vuxit exponentiellt under de senaste åren, åtföljt av fallande priser. Imidlertid förblir antagandet av EV: er begränsad av deras högre klistermärke pris i förhållande till jämförbara gasfordon, även om den totala ägandekostnaden för EV: er är lägre.

EV: er och fordon med förbränningsmotorer kommer sannolikt att nå klistermärkets prisparitet någon gång under det kommande decenniet. Tidpunkten beror på en avgörande faktor: batterikostnad. Ett EV: s batteripaket står för ungefär en fjärdedel av den totala fordonskostnaden, vilket gör den till den viktigaste faktorn i försäljningspriset.

Priserna på batteripaket har fallit snabbt. Ett typiskt EV-batteripaket lagrar 10-100 kilowattimmar (kWh) el. Till exempel har Mitsubishi i-MIEV en batterikapacitet på 16 kWh och en räckvidd på 62 mil, och Tesla-modellen S har en batterikapacitet på 100 kWh och en räckvidd på 400 mil. 2010 var priset på ett EV-batteripaket över 1,000 XNUMX dollar per kWh. Det föll till 150 dollar per kWh 2019. Utmaningen för bilindustrin är att ta reda på hur man kan sänka kostnaderna ytterligare.

Vårt Institutionen för energimål för branschen är att sänka priset på batteripaket till mindre än $ 100 / kWh och slutligen till cirka $ 80 / kWh. Vid dessa batteriprispunkter är klistermärkets pris för en EV troligtvis lägre än för ett jämförbart förbränningsmotorfordon.

Prognoser när det prisövergången kommer att ske kräver modeller som redovisar kostnadsvariablerna: design, material, arbetskraft, tillverkningskapacitet och efterfrågan. Dessa modeller visar också var forskare och tillverkare fokuserar sina ansträngningar för att minska batterikostnaderna. Vår grupp vid Carnegie Mellon University har utvecklat en modell för batterikostnader som står för alla aspekter av EV-batteritillverkning.

Från botten upp

Modeller som används för att analysera batterikostnader klassificeras antingen som "top down" eller "bottom up". Top-down-modeller förutspår kostnader baserade främst på efterfrågan och tid. En populär top-down modell som kan prognos batterikostnad är Wrights lag, som förutspår att kostnaderna sjunker när fler enheter produceras. Stordriftsfördelar och den erfarenhet som en bransch förvärvar över tid minskar kostnaderna.

Wrights lag är generisk. Det fungerar över alla tekniker, vilket gör det möjligt att förutsäga batterikostnadsminskningar baserade på solpanelens kostnadsminskningar. Wrights lag - som andra top-down-modeller - tillåter dock inte analys av källorna till kostnadsminskningar. För det krävs en bottom-up-modell.


Få det senaste från InnerSelf


Batteripaketet, det stora grå blocket som fyller chassit i detta diagram över en elbil, bidrar mest av alla komponenter till priset på en EVBatteripaketet, det stora grå blocket som fyller chassit i detta diagram över en elbil, bidrar mest av alla komponenter till priset på en EV. Sven Loeffler / iStock via Getty Images

För att bygga en nedifrån och upp kostnadsmodell är det viktigt att förstå vad som går att skapa ett batteri. Litiumjonbatterier består av en positiv elektrod, katoden, en negativ elektrod, anoden och en elektrolyt, samt hjälpkomponenter såsom terminaler och hölje.

Varje komponent har en kostnad förknippad med sina material, tillverkning, montering, utgifter för fabriksunderhåll och omkostnader. För EV: er måste batterier också integreras i små grupper av celler eller moduler, som sedan kombineras i paket.

Vår öppen källkod, nedifrån och upp batterikostnadsmodell följer samma struktur som själva batterietillverkningsprocessen. Modellen använder ingångar till batterietillverkningsprocessen som ingångar till modellen, inklusive batteridesignspecifikationer, råvaru- och arbetskraftspriser, kapitalinvesteringskrav som tillverkningsanläggningar och utrustning, omkostnader och tillverkningsvolym för att ta hänsyn till skalfördelar. Den använder dessa insatser för att beräkna tillverkningskostnader, materialkostnader och omkostnader, och dessa kostnader summeras för att komma fram till den slutliga kostnaden.

Kostnadsbesparande möjligheter

Genom att använda vår bottom-up-kostnadsmodell kan vi dela upp bidragen från varje del av batteriet till den totala batterikostnaden och använda dessa insikter för att analysera inverkan av batteriinnovationer på EV-kostnaden. Material utgör den största delen av den totala batterikostnaden, cirka 50%. Katoden står för cirka 43% av materialkostnaden och andra cellmaterial står för cirka 36%.

Förbättringar av katodmaterial är de viktigaste innovationerna, eftersom katoden är den största komponenten i batterikostnaderna. Detta driver starkt intresse för råvarupriser.

De vanligaste katodmaterialen för elektriska fordon är nickelkoboltaluminiumoxid används i Tesla fordon, nickelmangan koboltoxid som används i de flesta andra elektriska fordonoch litiumjärnfosfat används i de flesta elektriska bussar.

Nickelkoboltaluminiumoxid har den lägsta kostnaden per energiinnehåll och den högsta energinivån per enhet, eller specifik energi, av dessa tre material. En låg kostnad per energienhet är resultatet av en hög specifik energi eftersom färre celler behövs för att bygga ett batteripaket. Detta resulterar i en lägre kostnad för andra cellmaterial. Kobolt är det dyraste materialet i katoden, så formuleringar av dessa material med mindre kobolt leder vanligtvis till billigare batterier.

Inaktiva cellmaterial, såsom flikar och behållare, står för ungefär 36% av den totala cellmaterialkostnaden. Dessa andra cellmaterial lägger inte till energiinnehåll i batteriet. Därför minskar batteriernas vikt och storlek utan att minska energiinnehållet. Detta driver intresset för att förbättra celldesign med innovationer som tablösa batterier som de som retas av Tesla.

Batteripaketets kostnad minskar också betydligt med en ökning av antalet celler som tillverkarna producerar årligen. Som fler EV-batterifabriker kom online, skalfördelar och ytterligare förbättringar i batteriproduktion och design bör leda till ytterligare kostnadsminskningar.

Vägen till prisparitet

Att förutsäga en tidslinje för prisparitet med ICE-fordon kräver prognos för en framtida bana av batterikostnader. Vi uppskattar att minskning av råvarukostnader, förbättringar i prestanda och lärande genom tillverkning tillsammans sannolikt kommer att leda till batterier med paketkostnader under $ 80 / kWh fram till 2025.

Antagande att batterierna representerar en fjärdedel av EV-kostnaden, ett 100 kWh batteripaket till $ 75 per kilowattimme ger en kostnad på cirka $ 30,000 XNUMX. Detta bör resultera i EV-klistermärkepriser som är lägre än klistermärkepriserna för jämförbara modeller av gasdrivna bilar.

Om Författarna

Venkat Viswanathan, docent i maskinteknik, Carnegie Mellon University; Alexander Bills, Ph.D. Kandidat i maskinteknik, Carnegie Mellon Universityoch Shashank Sripad, Ph.D. Kandidat i maskinteknik, Carnegie Mellon University

Abhinav Misalkar bidrog till denna artikel medan han var doktorand vid Carnegie Mellon University.Avlyssningen

Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

följ InnerSelf på

facebook-icontwitter-iconrss-icon

Få det senaste via e-post

{Emailcloak = off}

FRÅN REDAKTORERNA

InnerSelf Nyhetsbrev: September 6, 2020
by InnerSelf Staff
Vi ser livet genom linserna i vår uppfattning. Stephen R. Covey skrev: "Vi ser världen, inte som den är, utan som vi är - eller, som vi är villkorade att se den." Så den här veckan tittar vi på några ...
InnerSelf-nyhetsbrev: augusti 30, 2020
by InnerSelf Staff
Vägarna vi reser idag är lika gamla som tiden men ändå nya för oss. De erfarenheter vi har är lika gamla som tiden, men de är också nya för oss. Detsamma gäller för ...
När sanningen är så hemskt gör det ont, vidta åtgärder
by Marie T. Russell, InnerSelf.com
Mitt i alla fasor som äger rum i dessa dagar, är jag inspirerad av hoppstrålarna som lyser igenom. Vanliga människor står upp för det som är rätt (och mot det som är fel). Basebollspelare, ...
När ryggen är mot väggen
by Marie T. Russell, InnerSelf
Jag älskar internet. Nu vet jag att många har mycket dåliga saker att säga om det, men jag älskar det. Precis som jag älskar människorna i mitt liv - de är inte perfekta, men jag älskar dem ändå.
InnerSelf-nyhetsbrev: augusti 23, 2020
by InnerSelf Staff
Alla kan förmodligen komma överens om att vi lever i konstiga tider ... nya upplevelser, nya attityder, nya utmaningar. Men vi kan uppmuntras att komma ihåg att allt alltid är i rörelse, ...