Punti chiave:
- Il costo delle batterie al litio è influenzato da fattori quali la composizione delle celle, i sistemi di gestione delle batterie, la progettazione della confezione personalizzata e i test/certificazioni.
- Comprendere questi elementi è fondamentale per gestire efficacemente le spese e ottimizzare le prestazioni della batteria.
Quando privati o aziende acquistano pacchi batteria, le spese sono un punto chiave su cui concentrarsi.
Nel 2023, il costo medio di un pacco batterie per veicolo elettrico è $ 128/kWh. Questo è significativamente inferiore al prezzo del 2008, che era di 1.355 dollari/kWh. Tuttavia, vale la pena notare che le batterie al litio sono state costantemente nella fascia più alta dei costi chimici delle batterie.
The price of lithium batteries is influenced by a variety of elements. These include the cell itself, the sistema di gestione della batteria (BMS), the overall battery pack system, testing and shipping costs.
Celle della batteria
Le singole celle della batteria rappresentano circa l’80% delle spese totali di produzione. Una cella della batteria è composta da diverse parti: catodo, anodo, elettrolita, separatore e involucro esterno.
I materiali catodici e i relativi processi di produzione tendono ad essere gli elementi più costosi, seguiti da vicino dai costi degli anodi e dei separatori.
Il catodo è costituito principalmente da litio combinato con cobalto, nichel o manganese, mentre per l'anodo viene generalmente utilizzata la grafite. I prezzi di mercato di questi materiali possono variare in base alla domanda e all’offerta e la crescente domanda di dispositivi elettronici e veicoli elettrici ad alte prestazioni ha comportato una scarsità di questi metalli.
Si prevede che la disponibilità di risorse globali diminuirà entro il 2050. Problemi come le ondate di caldo che incidono sulle forniture di litio in Cina e le preoccupazioni relative alle pratiche di estrazione del cobalto nella Repubblica Democratica del Congo hanno sollevato questioni sia ambientali che relative ai diritti umani.
A causa dei disordini politici in alcune regioni, i produttori solo in pochi paesi hanno un accesso affidabile a grandi quantità di questi materiali, con conseguenti potenziali interruzioni della catena di approvvigionamento.
Come risultato di questi fattori che fanno aumentare i costi, è probabile che i produttori aumentino i prezzi delle celle in risposta.
BMS
I meccanismi di protezione e ricarica delle batterie al litio incidono in modo significativo sul costo di produzione dei pacchi batteria.
In linea con le normative internazionali, tutte le batterie al litio devono essere dotate di un BMS. Questo sistema ha il compito di monitorare lo stato di carica (SoC) della batteria e il suo stato di salute (SoH), salvaguardando la batteria da danni e prolungandone la durata evitando il sovraccarico o lo scaricamento eccessivo.
Il costo del BMS dipende dalle funzionalità richieste dai clienti nei propri dispositivi. Le unità BMS di base monitorano SoC, SoH e temperatura. Le unità avanzate possono includere bilanciamento della batteria, orologi in tempo reale, registratori di dati e altro ancora. Ulteriori funzionalità aumentano i costi del BMS. Una chiara comprensione dei requisiti di alimentazione è essenziale affinché i clienti possano determinare il livello appropriato di funzionalità da includere nel BMS.
Durante il processo di ricarica vengono utilizzati i circuiti integrati (IC) all'interno del caricabatterie. Sono disponibili diversi tipi di circuiti integrati, come caricatori lineari e caricatori a commutazione. Questi circuiti integrati non solo caricano la batteria ma forniscono anche protezione contro sovratensione e sovracorrente.
La spesa associata ai caricabatterie dipende dal fatto che i clienti preferiscano avere caricabatterie inclusi con il pacco batteria per un utilizzo immediato o consentire agli utenti finali di selezionare i propri caricabatterie. Anche la scelta tra caricabatterie personalizzati e standard influisce sul costo, poiché i caricabatterie personalizzati sono generalmente più costosi.
Sistema di batterie personalizzate
Il sistema del pacco batteria è composto da un involucro della batteria e da una varietà di componenti, tra cui cablaggi, relè, connettori, software BMS e sistemi di gestione termica per il riscaldamento e il raffreddamento. Questi componenti garantiscono l'alimentazione stabile delle batterie al litio a vari dispositivi.
Mentre cablaggi, connettori e BMS sono componenti standard, altri elementi sono personalizzati per soddisfare le esigenze specifiche di diverse applicazioni.
Nel processo di progettazione di un sistema di batterie personalizzato, l'aggiunta di componenti aggiuntivi aumenterà proporzionalmente i costi di produzione.
È inoltre importante notare che la sostituzione di alcuni componenti con materiali a basso costo (come i relè) può influire sulle prestazioni complessive e sulla durata della batteria. I clienti dovrebbero considerare l’equilibrio tra i costi di progettazione e produzione del sistema di batterie e le sue prestazioni e qualità.
In alcuni casi, la scelta di un sistema di batterie di qualità superiore, nonostante i costi iniziali più elevati, può comportare risparmi a lungo termine grazie alla maggiore durata della batteria.
Collaudo e spedizione
Produttori di batterie al litio deve certificare la sicurezza dei pacchi batteria al litio prima del trasporto.
Alcune certificazioni, come CE, vengono eseguite internamente; altri richiedono laboratori esterni. I costi vanno da $ 500 a $ 30.000, a seconda del tipo di certificazione. I pacchetti campione sono necessari sia per i test distruttivi che per quelli non distruttivi.
Se i test falliscono, potrebbe essere necessaria una riprogettazione, con un conseguente aumento dei costi poiché anche i nuovi progetti devono essere certificati. Il cambio di produttore, anche con lo stesso design, potrebbe richiedere nuovi test e ricertificazione. I clienti devono sempre prevedere un budget per i test, la certificazione e i requisiti di trasporto delle batterie al litio.
Conclusione
Attualmente i costi di progettazione e produzione delle batterie al litio sono più elevati rispetto a quelli di altri tipi di batterie chimiche.
Tuttavia, con i continui progressi tecnologici, i produttori stanno lavorando attivamente per rendere queste composizioni chimiche più convenienti senza compromettere la potenza che forniscono ai vari dispositivi.
Per coloro che desiderano personalizzare pacchi batteria e caricabatterie, è fondamentale comprendere le precise richieste di energia delle loro applicazioni. Fornire ai produttori una documentazione completa durante la fase di progettazione può portare a soluzioni più convenienti. Coinvolgere i produttori fin dall’inizio del processo di progettazione può anche aiutare ad attenuare le sfide della produzione e a ridurre gli sprechi, portando in definitiva a risultati più convenienti.
