价格低于汽油车的电动车之路–解释了电池成本

价格低于汽油车的电动车之路–解释了电池成本用电动汽车取代以碳为燃料的汽油动力汽车需要降低电动汽车的价格溢价,这归结为一件事:电池成本。 Westend61通过Getty Images

电动汽车销售 近年来,价格呈指数级增长,伴随着价格下降。 但是,电动汽车的采用仍然受到其限制 更高的标价 相对于同类汽油车,即使 电动汽车的总体拥有成本较低.

电动汽车和内燃发动机汽车可能在未来十年的某个时候达到平价。 时间取决于一个关键因素:电池成本。 电动汽车的电池组约占 车辆总费用的四分之一,使其成为销售价格中最重要的因素。

电池组价格一直在快速下降。 典型的EV电池组可存储10-100千瓦时(kWh)的电量。 例如,三菱i-MIEV的电池容量为16 kWh,续航里程为62英里,特斯拉Model S的电池容量为100 kWh,续航里程为400英里。 2010年,电动汽车电池组的价格超过了每千瓦时1,000美元。 那落到 150年每千瓦时2019美元。 汽车行业面临的挑战是弄清楚如何进一步降低成本。

能源部目标 该行业的目标是将电池组的价格降低到$ 100 / kWh以下,并最终降低到$ 80 / kWh。 在这些电池价格点上,电动汽车的标价很可能低于同类内燃机汽车的标价。

预测何时会发生价格交叉需要模型来说明成本变量:设计,材料,人工,制造能力和需求。 这些模型还显示了研究人员和制造商正在致力于降低电池成本的地方。 我们的组 卡耐基梅隆大学(Carnegie Mellon University)的电池成本模型已经建立,该模型涵盖了EV电池制造的所有方面。

自下而上

用于分析电池成本的模型分为“自上而下”或“自下而上”。 自上而下的模型主要根据需求和时间来预测成本。 一种流行的自上而下的模型可以 预测电池成本 是赖特定律,它预测随着生产更多的单位,成本会下降。 随着时间的流逝,规模经济和行业经验可以降低成本。

赖特定律是通用的。 有用 所有技术,从而可以预测 基于太阳能电池板成本下降的电池成本下降。 但是,与其他自上而下的模型一样,赖特定律也不允许分析成本下降的原因。 为此,需要自下而上的模型。


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电池组是电动汽车底图中充满灰色底盘的灰色大块,它对电动汽车的价格贡献最大。电池组是电动汽车底图中充满灰色底盘的灰色大块,它对电动汽车的价格贡献最大。. Sven Loeffler / iStock通过Getty Images

要建立自下而上的成本模型,重要的是要了解制造电池的过程。 锂离子电池由正极,负极,负极,负极和电解质以及辅助组件(例如端子和外壳)组成。

每个组件都有与其材料,制造,组装,与工厂维护有关的费用以及间接费用相关的成本。 对于电动汽车,还需要将电池集成到小的电池组或模块中,然后将其组合成电池组。

我们的 开源,自下而上的电池成本模型 遵循与电池制造过程相同的结构。 该模型使用电池制造过程的输入作为模型的输入,包括电池设计规格,商品和劳动力价格,资本投资要求(例如制造厂和设备),间接费用率和制造量,以实现规模经济。 它使用这些输入来计算制造成本,材料成本和间接成本,然后将这些成本相加得出最终成本。

削减成本的机会

使用自下而上的成本模型,我们可以细分电池各部分对电池总成本的贡献,并利用这些见解来分析电池创新对电动汽车成本的影响。 材料占电池总成本的最大部分,约为50%。 阴极约占材料成本的43%,其他电池材料约占36%。

阴极材料的改进是最重要的创新,因为阴极是电池成本的最大组成部分。 这驱动强劲 对商品价格的兴趣.

电动汽车最常用的阴极材料是镍钴铝氧化物 用于特斯拉汽车,镍锰钴氧化物用于 大多数其他电动汽车和磷酸铁锂 在大多数电动巴士中使用.

在这三种材料中,镍钴铝氧化物的单位能量成本最低,单位质量能量或比能最高。 高单位比能量导致单位能量的低成本,因为构建电池组所需的电池更少。 这导致其他电池材料的成本降低。 钴是阴极内最昂贵的材料,因此这些材料中钴含量较低的配方通常会导致电池价格便宜。

不活动的电池材料(例如拉手和容器)约占电池材料总成本的36%。 这些其他电池材料不会增加电池的能量含量。 因此,减少非活性材料减少了电池单元的重量和尺寸,而没有减少能量含量。 这激发了人们对通过诸如 台式电池 就像特斯拉取笑的那些。

随着制造商每年生产的电池数量增加,电池组成本也显着降低。 随着更多的电动汽车电池工厂 联机,规模经济以及电池​​制造和设计的进一步改善将导致成本进一步下降。

价格均等之路

预测与ICE车辆的价格均等的时间表需要预测电池成本的未来轨迹。 我们估计,到80年,原材料成本的降低,性能的提高以及通过共同制造来学习将可能导致电池组的电池成本低于$ 2025 / kWh。

假设电池代表 电动汽车成本的四分之一,每千瓦时100美元的75 kWh电池组的成本约为30,000美元。 这将导致EV贴纸价格低于同类汽油驱动汽车的贴纸价格。

作者简介

机械工程副教授Venkat Viswanathan 卡内基 - 梅隆大学; 亚历山大·比尔(Alexander Bills)博士 机械工程候选人, 卡内基 - 梅隆大学和Shashank Sripad博士 机械工程候选人, 卡内基 - 梅隆大学

Abhinav Misalkar在卡内基·梅隆大学(Carnegie Mellon University)读研究生时就为这篇文章做出了贡献。谈话

本文重新发表 谈话 根据知识共享许可。 阅读 原创文章.

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