الطريق إلى السيارات الكهربائية بأسعار ملصق أقل من سيارات الغاز - تكلفة البطارية موضحة

الطريق إلى السيارات الكهربائية بأسعار ملصق أقل من سيارات الغاز - تكلفة البطارية موضحةيتطلب استبدال السيارات التي تعمل بانبعاث الكربون بالغازات الكهربائية EVs التخلص من علاوة سعر EVs ، وهذا يرجع إلى شيء واحد: تكلفة البطارية. Westend61 عبر Getty Images

مبيعات السيارات الكهربائية نمت بشكل كبير في السنوات الأخيرة ، مصحوبة بانخفاض الأسعار. ومع ذلك ، لا يزال اعتماد المركبات الكهربائية محدودة من قبلهم ارتفاع سعر الملصق بالنسبة لمركبات الغاز المماثلة ، على الرغم من ذلك التكلفة الإجمالية لملكية المركبات الكهربائية أقل.

من المرجح أن تصل المركبات الكهربائية ومركبات محرك الاحتراق الداخلي إلى سعر تعادل الملصقات في وقت ما في العقد المقبل. يتوقف التوقيت على عامل حاسم واحد: تكلفة البطارية. تمثل حزمة بطارية EV حوالي ربع التكلفة الإجمالية للمركبةمما يجعله العامل الأكثر أهمية في سعر البيع.

انخفضت أسعار البطاريات بسرعة. تقوم حزمة بطارية EV النموذجية بتخزين 10-100 كيلوواط / ساعة من الكهرباء. على سبيل المثال ، ميتسوبيشي i-MIEV لديها سعة بطارية 16 كيلوواط ساعة ومدى 62 ميلا ، ونموذج تيسلا S لديه سعة بطارية 100 كيلوواط ساعة ومدى 400 ميل. في عام 2010 ، كان سعر حزمة بطارية EV أكثر من 1,000 دولار لكل كيلوواط ساعة. التي سقطت 150 دولارًا لكل كيلوواط ساعة في عام 2019. التحدي الذي يواجه صناعة السيارات هو معرفة كيفية خفض التكلفة بشكل أكبر.

جميع هدف وزارة الطاقة بالنسبة للصناعة ، يتم تخفيض سعر حزم البطاريات إلى أقل من 100 دولار / كيلوواط ساعة وفي النهاية إلى حوالي 80 دولارًا / كيلووات ساعة. عند نقاط سعر البطارية هذه ، من المرجح أن يكون سعر الملصق EV أقل من سعر سيارة محرك الاحتراق المماثلة.

يتطلب التنبؤ بموعد تقاطع السعر هذا نماذج تأخذ في الاعتبار متغيرات التكلفة: التصميم والمواد والعمل والقدرة التصنيعية والطلب. توضح هذه النماذج أيضًا أين يركز الباحثون والمصنعون جهودهم لخفض تكاليف البطارية. مجموعتنا قامت جامعة كارنيجي ميلون بتطوير نموذج لتكاليف البطارية يراعي جميع جوانب تصنيع بطاريات EV.

من القاع فصاعدا

يتم تصنيف النماذج المستخدمة لتحليل تكاليف البطارية إما على أنها "من أعلى إلى أسفل" أو "من أسفل إلى أعلى". تتوقع النماذج من أعلى إلى أسفل التكلفة استنادًا بشكل أساسي إلى الطلب والوقت. نموذج شهير من أعلى إلى أسفل يمكنه ذلك توقعات تكلفة البطارية هو قانون رايت ، الذي يتوقع أن تنخفض التكاليف مع إنتاج المزيد من الوحدات. وفورات الحجم والخبرة التي تكتسبها الصناعة بمرور الوقت تخفض التكاليف.

قانون رايت عام. إنها تعمل عبر جميع التقنيات، مما يجعل من الممكن التنبؤ انخفاض تكلفة البطارية على أساس انخفاض تكلفة الألواح الشمسية. ومع ذلك ، فإن قانون رايت - مثل النماذج الأخرى من أعلى إلى أسفل - لا يسمح بتحليل مصادر انخفاض التكاليف. لذلك ، مطلوب نموذج من أسفل إلى أعلى.


الحصول على أحدث من InnerSelf


تساهم حزمة البطارية ، وهي الكتلة الرمادية الكبيرة التي تملأ الهيكل في هذا الرسم التخطيطي لسيارة كهربائية ، بأكبر قدر من أي عنصر في سعر EVتساهم حزمة البطارية ، وهي الكتلة الرمادية الكبيرة التي تملأ الهيكل في هذا الرسم التخطيطي لسيارة كهربائية ، بأكبر قدر من أي عنصر في سعر EV. سفين لوفلر / iStock عبر Getty Images

لبناء نموذج تكلفة من أسفل إلى أعلى ، من المهم فهم ما يدخل في صنع البطارية. تتكون بطاريات أيونات الليثيوم من قطب موجب ، القطب السالب ، قطب سالب ، أنود وكهرل ، بالإضافة إلى المكونات الإضافية مثل المحطات والغلاف.

كل مكون له تكلفة مرتبطة بمواده ، التصنيع ، التجميع ، النفقات المتعلقة بصيانة المصنع ، والتكاليف العامة. بالنسبة للمركبات الكهربائية ، يجب أيضًا دمج البطاريات في مجموعات صغيرة من الخلايا أو الوحدات ، والتي يتم دمجها بعد ذلك في حزم.

المصدر المفتوح ، نموذج تكلفة البطارية من الأسفل إلى الأعلى يتبع نفس هيكل عملية تصنيع البطارية نفسها. يستخدم النموذج مدخلات لعملية تصنيع البطاريات كمدخلات للنموذج ، بما في ذلك مواصفات تصميم البطاريات وأسعار السلع والعمالة ومتطلبات الاستثمار الرأسمالي مثل مصانع ومعدات التصنيع ومعدلات النفقات العامة وحجم التصنيع لمراعاة وفورات الحجم. تستخدم هذه المدخلات لحساب تكاليف التصنيع وتكاليف المواد والتكاليف العامة ، ويتم جمع هذه التكاليف للوصول إلى التكلفة النهائية.

فرص لخفض التكاليف

باستخدام نموذج التكلفة من أسفل إلى أعلى ، يمكننا تقسيم مساهمات كل جزء من البطارية إلى التكلفة الإجمالية للبطارية واستخدام هذه الأفكار لتحليل تأثير ابتكارات البطارية على تكلفة EV. تشكل المواد الجزء الأكبر من إجمالي تكلفة البطارية ، حوالي 50٪. يمثل الكاثود حوالي 43٪ من تكلفة المواد ، بينما تمثل المواد الخلوية الأخرى حوالي 36٪.

التحسينات في مواد الكاثود هي أهم الابتكارات ، لأن الكاثود هو أكبر مكون لتكلفة البطارية. هذا يدفع بقوة الفائدة في أسعار السلع.

أكثر مواد الكاثود شيوعًا للسيارات الكهربائية هي أكسيد الألومنيوم والنيكل والكوبالت المستخدمة في مركبات تسلا، أكسيد النيكل المنغنيز الكوبالت المستخدمة في معظم السيارات الكهربائية الأخرىوفوسفات الحديد الليثيوم تستخدم في معظم الحافلات الكهربائية.

يحتوي أكسيد الألمنيوم والنيكل والنيكل على أقل تكلفة من حيث التكلفة لكل طاقة وأعلى طاقة لكل وحدة من الكتلة ، أو طاقة محددة ، من هذه المواد الثلاثة. تنتج التكلفة المنخفضة لكل وحدة طاقة عن طاقة محددة عالية لأن هناك حاجة إلى عدد أقل من الخلايا لبناء حزمة بطارية. وينتج عن ذلك تكلفة أقل لمواد الخلايا الأخرى. الكوبالت هو أغلى مادة داخل الكاثود ، لذا فإن تركيبات هذه المواد ذات الكوبالت الأقل تؤدي عادةً إلى بطاريات أرخص.

تمثل مواد الخلايا غير النشطة مثل علامات التبويب والحاويات حوالي 36٪ من إجمالي تكلفة مواد الخلية. لا تضيف مواد الخلايا الأخرى هذه محتوى طاقة للبطارية. لذلك ، يقلل تقليل المواد غير النشطة من وزن وحجم خلايا البطارية دون تقليل محتوى الطاقة. هذا يدفع الاهتمام بتحسين تصميم الخلية مع ابتكارات مثل بطاريات تابلس مثل تلك التي أثارها تسلا.

كما تنخفض تكلفة حزمة البطارية بشكل كبير مع زيادة عدد الخلايا المنتجة من قبل الشركات المصنعة سنويًا. كما المزيد من مصانع البطاريات EV ادخل اونلاين، يجب أن تؤدي وفورات الحجم والمزيد من التحسين في تصنيع البطاريات والتصميم إلى مزيد من الانخفاضات في التكلفة.

الطريق إلى تكافؤ الأسعار

يتطلب توقع جدول زمني لتكافؤ الأسعار مع مركبات ICE توقع المسار المستقبلي لتكاليف البطارية. نحن نقدر أن انخفاض تكاليف المواد الخام ، والتحسينات في الأداء والتعلم عن طريق التصنيع معًا ، من المحتمل أن يؤدي إلى بطاريات ذات تكاليف تغليف أقل من 80 دولارًا / كيلووات ساعة بحلول عام 2025.

بافتراض تمثل البطاريات ربع تكلفة EV، حزمة بطارية 100 كيلووات ساعة بسعر 75 دولارًا للكيلوواط / ساعة تنتج تكلفة حوالي 30,000،XNUMX دولار. يجب أن يؤدي ذلك إلى أسعار الملصقات EV التي تكون أقل من أسعار الملصقات للنماذج المماثلة من السيارات التي تعمل بالغاز.

عن المؤلفين

فينكات فيسواناثان ، أستاذ مشارك في الهندسة الميكانيكية ، جامعة كارنيجي ميلون؛ ألكسندر بيلز ، دكتوراه مرشح في الهندسة الميكانيكية ، جامعة كارنيجي ميلون، وشاشانك صريباد ، دكتوراه. مرشح في الهندسة الميكانيكية ، جامعة كارنيجي ميلون

ساهم أبهيناف ميسالكار في هذا المقال عندما كان طالب دراسات عليا في جامعة كارنيجي ميلون.المحادثة

يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقال الأصلي.

enafarزكية-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

اتبع InnerSelf على

الفيسبوك أيقونةتويتر أيقونةآر إس إس أيقونة

احصل على آخر عبر البريد الإلكتروني

{Emailcloak = إيقاف}

الأكثر قراءة

من المحررين

النشرة الإخبارية InnerSelf: أيلول 6 و 2020
by InnerSelf الموظفين
نرى الحياة من خلال عدسات إدراكنا. كتب ستيفن آر كوفي: "نحن نرى العالم ، ليس كما هو ، ولكن كما نحن ، أو كما نحن مشروطون برؤيته". لذلك هذا الأسبوع ، نلقي نظرة على بعض ...
النشرة الإخبارية InnerSelf: أغسطس 30 ، 2020
by InnerSelf الموظفين
الطرق التي نسلكها هذه الأيام قديمة قدم الزمن ، لكنها جديدة بالنسبة لنا. التجارب التي نمر بها قديمة قدم الزمن ، لكنها أيضًا جديدة بالنسبة لنا. الشيء نفسه ينطبق على ...
عندما تكون الحقيقة فظيعة للغاية ومؤلمة ، اتخذ إجراءً
by ماري T. راسل، InnerSelf.com
وسط كل الأهوال التي تحدث هذه الأيام ، ألهمني شعاع الأمل الذي يسطع من خلاله. الناس العاديون يدافعون عن الصواب (وضد ما هو خطأ). لاعبي البيسبول،…
عندما يكون ظهرك مقابل الحائط
by ماري ت. راسل ، إنيرسيلف
احب الانترنت. الآن أعرف أن الكثير من الناس لديهم الكثير من الأشياء السيئة ليقولوها عن ذلك ، لكني أحب ذلك. مثلما أحب الناس في حياتي - فهم ليسوا مثاليين ، لكني أحبهم على أي حال.
النشرة الإخبارية InnerSelf: أغسطس 23 ، 2020
by InnerSelf الموظفين
ربما يتفق الجميع على أننا نعيش في أوقات غريبة ... تجارب جديدة ، مواقف جديدة ، تحديات جديدة. ولكن يمكن أن نشجع على تذكر أن كل شيء في حالة تغير مستمر ، ...