Pokud existovaly nějaké pochybnosti o tom, že se elektrická mobilita stává novým standardem, PwC nedávno oznámilo, že celosvětový prodej elektromobilů vzrostl ve 75. čtvrtletí 3 o 2022 % ve srovnání s předchozím rokem.
Zatímco mnoho řidičů zvažuje koupi elektromobilu, jeho vysoká cena je stále jednou z hlavních překážek pro přijetí elektromobilů. Zdaleka hlavní složkou této ceny je baterie EV. Navzdory nedávnému nárůstu nákladů na baterie je celkovým trendem posledního desetiletí výrazné snižování cen a očekává se, že tento trend bude v následujících letech pokračovat.
V tomto článku se hluboce ponoříme do faktorů, které určují cenu baterie EV, náklady na výměnu a co můžete udělat pro to, abyste baterii svého auta udrželi v dobrém stavu, abyste mohli co nejvíce prodloužit její životnost.
Proč je baterie elektromobilu tak drahá?
V dnešní době není velkým překvapením, že baterie jsou drahé. Ale proč přesně stojí tolik? Je zřejmé, že použité materiály přispívají k ceně, ale příběh je o něco složitější. Pojďme si rozebrat faktory, které tvoří cenu baterie EV.
Z čeho jsou vyrobeny EV baterie?
Stejně jako baterie vašeho telefonu nebo notebooku je baterie elektromobilu vyrobena převážně z lithia – pouze v mnohem větším měřítku, s tisíci dobíjecích propojených lithium-iontových článků.
Vzhledem k tomu, že jsou mnohem větší než baterie vašeho telefonu a jsou navrženy speciálně pro použití s vysokou intenzitou, jsou baterie EV odolnější a mají delší životnost než většina spotřební elektroniky.
Vytvoření baterie EV vyžaduje řadu materiálů a prvků, z nichž mnohé jsou vzácné nebo obtížně extrahovatelné. Baterie pro elektromobily kromě lithia běžně používají kovy, jako je nikl, kobalt, mangan a grafit, a také ocel nebo hliník k uzavření baterie.
Množství použitých materiálů a obtížnost jejich získávání může často výrazně zvýšit náklady na baterii EV.
Mezera mezi nabídkou a poptávkou
Výzva při hledání materiálů pro baterie EV je umocněna prudkým růstem poptávky po elektrických vozidlech, který vyvíjí tlak na dodavatelské řetězce, aby dodávaly stále více zdrojů.
Od začátku roku 2020 se automobilový sektor potýká s přetrvávajícím nedostatkem počítačových čipů, což nadále ovlivňuje náklady na výrobu elektromobilů. Kromě toho problémy při získávání dostatečného množství lithia zadržely mnoho společností EV a přinutily je dále zvyšovat ceny.
Všechny tyto důvody posunuly ceny lithia na historické maximum za posledních 12 let, což se promítá do nárůstu nákladů na baterie EV. A vzhledem k tomu, že globální výrobci investují více než 500 miliard dolarů do elektrifikace svých vozových parků, můžeme stále zaznamenat další růst cen, protože výrobci automobilů budou soutěžit o dostupnou nabídku.
Výroba baterií pro elektromobily
Výroba také přispívá k ceně baterie EV. Ve srovnání s jinými typy baterií mají baterie EV obzvláště vysokou hustotu energie – měřítko toho, kolik energie lze uložit při dané hmotnosti. To je nezbytné pro maximalizaci výkonu, který lze uložit, při současném omezení hmotnosti vozu a zajištění optimálního dojezdu.
Dosažení vysoké energetické hustoty vyžaduje odborné znalosti, které má jen málo zemí a společností. Čína v současnosti vyrábí asi 70 % baterií pro elektromobily, přičemž významný podíl na trhu mají také USA, Japonsko a Korea.
Toto soustředěné know-how přirozeně zvyšuje ceny baterií, a zatímco země jako USA a EU se snaží rozvíjet domácí výrobu, Čína pravděpodobně zůstane předním dodavatelem baterií pro elektromobily minimálně do roku 2030.
Výměna baterií elektromobilů
Vzhledem k tomu, kolik stojí baterie EV na prvním místě, nemělo by být překvapením, že výměna baterie v EV je významnou investicí.
To znamená, že nutnost výměny baterie EV je extrémně vzácná.
Jak často je potřeba vyměňovat baterie EV?
Cena výměny baterie EV
V nepravděpodobném případě, že budete muset vyměnit baterii svého auta, může to stát kdekoli, od zdarma až po 20,000 XNUMX $, v závislosti na tom, zda je v záruce nebo ne.
Kolik stojí výměna baterie závisí také na vozidle. Zatímco některé modely mají snadno dostupné a standardizované baterie, u jiných může být obtížné vyjmout nebo použít baterie vyrobené na zakázku, jejichž zdroj může být náročnější.
I když vaše baterie selže, většina výrobců elektromobilů nabízí na baterii alespoň 8–10 let záruku, což znamená, že vaše vozidlo bude pravděpodobně pokryto po většinu své životnosti a jeho oprava vás nebude nic stát.
Prodloužení životnosti baterie elektromobilů
Zatímco baterie EV vydrží dlouho a využívají prodloužené záruky, jak se říká, je lepší být v bezpečí, než litovat. Místo čekání na vybití baterie tedy existují jednoduché kroky, kterými prodloužíte její životnost a minimalizujete stárnutí.
Baterie jsou například při plném nabití nebo úplném vybití vybité namáhány, takže při každodenním používání se doporučuje udržovat nabití baterie vašeho elektromobilu mezi 20 a 80 procenty. Podobně příliš časté nabíjení EV může také vybíjet baterii, takže se doporučuje nabíjet pouze tolik, kolik potřebujete pro své použití.
Při rozhodování o tom, které baterie si koupit pro aplikace, jsou jedním z faktorů, na které zákazníci hledí, výrobní náklady. V průměru se ceny lithiových baterií v roce 132 pohybovaly od přibližně 2021 USD za kWh, zatímco baterie pro elektromobily v roce 2022 dosahovaly v průměru 153 USD za kWh. I když jsou tyto ceny nižší než v roce 2008 (1,355 XNUMX $ kWh), lithiové baterie jsou trvale nejdražší z chemie baterií.
Existuje mnoho faktorů, které přispívají k nákladům na lithiové baterie, včetně článku, systému správy baterií (BMS), integrovaných obvodů (IC), systému balení a dopravy.
Náklady na baterie
Konstrukce bateriových článků se podílí zhruba 80 % na výrobních nákladech. Článek se skládá z katody, anody, elektrolytu, separátorů a krytu. Ze všech těchto součástí tvoří většinu nákladů materiály a výroba katody, následuje anoda a separátor. Katody jsou vyrobeny z řady kovových materiálů, přičemž hlavním materiálem je lithium s kombinací kobaltu, niklu nebo manganu. Grafit je hlavním materiálem pro anody. Ceny těchto materiálů se liší podle dostupnosti a poptávky.
Příklad článků lithium-iontových baterií.
Poptávka zákazníků po lithiových bateriích pro napájení vysoce výkonné elektroniky a elektrických vozidel způsobila nedostatek těchto kovových materiálů. Očekává se, že globální zdroje do roku 2050 ubudou. Dodávky lithia byly ovlivněny vlnami veder v Číně, zatímco těžba kobaltu v Demokratické republice Kongo (DRC) způsobila domácí problémy a problémy s lidskými právy. Existuje jen několik zemí, kde výrobci získávají většinu těchto materiálů, protože politické nepokoje mohou způsobit problémy v dodavatelském řetězci.
Kvůli těmto faktorům výrobci nakonec naceňují bateriové články za vyšší cenu. Mnoho výrobců hledá způsoby, jak tyto náklady snížit používáním alternativních materiálů a zároveň poskytovat dostatek energie pro danou aplikaci. Výrobci elektrických vozidel testují materiály na bázi křemíku, aby nahradily grafit pro anody a přecházejí na mangan nebo nikl pro katodu. Změny materiálů mohou ovlivnit kvalitu baterie, její kapacitu a životnost, což nemusí být vhodné pro všechny aplikace.
Ochrana a nabíjení baterie
Ochrana a nabíjení lithiových článků jsou také klíčovými faktory, které hrají roli v ceně výroby bateriových sad. Na rozdíl od jiných chemikálií národní a mezinárodní předpisy vyžadují, aby všechny chemické přípravky na bázi lithia byly vybaveny systémem správy baterií (BMS). BMS monitoruje stav nabití (SoC) a zdravotní stav (SoH) baterie. Pokud dojde k přebití nebo nadměrnému vybití baterie, mohou tyto problémy vést k poškození článku. BMS je navržen tak, aby těmto problémům předcházel, aby se zabránilo poškození a prodloužila životnost baterie.
Ceny BMS budou záviset na tom, kolik funkcí chce zákazník do jednotky zahrnout. Jednoduchá BMS zařízení budou monitorovat SoC, SoH a teploty, zatímco jiná mohou zahrnovat také vyvažování buněk, hodiny v reálném čase, záznamníky dat a další funkce. Cena BMS se zvýší, když bude zahrnuto více funkcí. Pochopení energetických potřeb aplikace umožní zákazníkům rozhodnout se, kolik funkcí zahrnout do BMS.
Pokud jde o nabíjení baterie, používají se integrované obvody (IC), protože tyto obvody jsou umístěny v nabíječkách baterií. Výběr integrovaných obvodů se může lišit, například lineární nabíječky a spínací nabíječky. Kromě nabíjení baterie poskytují integrované obvody také ochranu proti přepětí a nadproudu. Mohou zabránit příliš rychlému nabíjení baterie, nabíjení nad uvedenou kapacitu a přehřátí během nabíjení.
Náklady na nabíječku baterií budou záviset na tom, zda zákazník chce při použití pro aplikaci zahrnout nabíječku s baterií, nebo zda si koncový uživatel chce vybrat nabíječku sám. Bude také záležet na tom, zda si zákazník vybere nabíječku na míru nebo standardní model. Přizpůsobené nabíječky zvýší výrobní náklady na baterii.
Vlastní systém baterií
Systém bateriové sady se skládá z krytu pro bateriové články spolu s širokou škálou komponent. Tyto součásti se skládají z kabelového svazku, relé, konektorů, softwaru BMS a systémů vytápění/chlazení. Systém pack zajišťuje, že lithiové články dodávají energii do připojeného zařízení. Některé součásti jsou standardní, například kabelový svazek, konektory a BMS. Další součásti jsou volitelné, protože zákazník může požádat o zahrnutí těchto součástí do systému balení, aby byla aplikace přínosná.
Při navrhování vlastního systému bateriových sad zvýší přidání dalších komponent výrobní náklady. Mějte však také na paměti, že nahrazení levnějších materiálových komponent, jako jsou relé, může snížit výkon a životnost baterie. Zákazník musí vzít v úvahu náklady na návrh a výrobu systému baterie v porovnání s výkonem a kvalitou baterie. V některých případech povede volba vyšší kvality systému baterie k baterii s delší životností, což zase poskytne lepší úspory nákladů.
Testování, certifikace a doprava
Výrobci lithiových baterií musí před odesláním baterií získat bezpečnostní certifikace pro baterie. Některé zkoušky se provádějí interně, jako je certifikace označení CE, zatímco jiné certifikace je nutné získat prostřednictvím zkušebních laboratoří. Náklady na testování a certifikaci budou záviset na typu certifikace, která bude získána, a mohou stát od 500 do 20,000 XNUMX USD. Také může být vyžadován určitý počet bateriových sad, protože budou podrobeny destruktivnímu a nedestruktivnímu testování.
Pokud se během testování vyskytne problém, může to vyžadovat přepracování baterie. Tento aspekt zvyšuje výrobní náklady, protože nový design bude muset také projít testováním a certifikací. K testování a opětovné certifikaci dojde také v případě, že změníte výrobce i při použití původního designu od předchozího výrobce. Zákazníci by měli do svých rozpočtů vždy zahrnout požadavky na testování, certifikaci a přepravu chemických baterií na bázi lithia.
Shrnutí
V současné době jsou náklady na návrh a výrobu lithiových baterií vyšší než u jiných typů baterií. Jak technologie postupují, výrobci budou i nadále experimentovat se změnou této chemie, aby se snížily náklady a přitom stále poskytovaly zařízením vysokou kapacitu.
Zákazníci, kteří chtějí získat vlastní baterie a nabíječky, by měli rozumět energetickým potřebám aplikace a poskytnout výrobci co nejvíce dokumentace během fáze návrhu. Výrobce může vyhodnotit všechny dokumenty a poskytnout rady ohledně možných alternativních materiálů a přepracování, které mohou snížit výrobní náklady. Navíc zapojení výrobce během počátečních fází návrhu může pomoci omezit výrobní problémy a zmetkovitost baterií, která vede k nákladnému plýtvání.
