Ključni zaključki:
- Na stroške litijevih baterij vplivajo dejavniki, vključno s sestavo celic, sistemi za upravljanje baterij, zasnovo paketa po meri in testiranje/certificiranje.
- Razumevanje teh elementov je ključnega pomena za učinkovito upravljanje stroškov in optimizacijo delovanja baterije.
Ko kupujejo posamezniki ali podjetja baterijski paketi, so stroški ključna točka pozornosti.
Leta 2023 je povprečni strošek paketa baterij za električno vozilo v letu 2023 128 $/kWh. To je bistveno nižje od cene iz leta 2008, ki je znašala 1355 $/kWh. Vendar je treba omeniti, da so bile litijeve baterije dosledno na višjem koncu stroškov kemije baterij.
Na ceno litijevih baterij vplivajo različni elementi. Ti vključujejo celico samo, sistem za upravljanje baterije (BMS), celotnega sistema baterijskega paketa, stroškov testiranja in pošiljanja.
Baterijske celice
Posamezne baterijske celice predstavljajo približno 80 % celotnih proizvodnih stroškov. Baterijska celica je sestavljena iz več delov: katode, anode, elektrolita, separatorja in zunanjega ohišja.
Katodni materiali in njihovi proizvodni procesi so ponavadi najdražji elementi, za njimi pa so stroški anod in separatorjev.
Katoda je v glavnem sestavljena iz litija v kombinaciji s kobaltom, nikljem ali manganom, medtem ko se za anodo običajno uporablja grafit. Tržne cene teh materialov se lahko razlikujejo glede na ponudbo in povpraševanje, vse večje povpraševanje po visoko zmogljivi elektroniki in električnih vozilih pa je povzročilo pomanjkanje teh kovin.
Pričakuje se, da se bo razpoložljivost globalnih virov zmanjšala do leta 2050. Težave, kot so vročinski valovi, ki vplivajo na oskrbo z litijem na Kitajskem, in zaskrbljenost, povezana s praksami rudarjenja kobalta v Demokratični republiki Kongo, so sprožila vprašanja okolja in človekovih pravic.
Zaradi političnih nemirov v nekaterih regijah imajo proizvajalci le v nekaj državah zanesljiv dostop do velikih količin teh materialov, kar vodi do morebitnih motenj v dobavni verigi.
Zaradi teh dejavnikov, ki povečujejo stroške, bodo proizvajalci verjetno v odgovor zvišali cene celic.
BMS
Zaščitni in polnilni mehanizmi litijevih baterij pomembno vplivajo na proizvodne stroške baterijskih paketov.
V skladu z mednarodnimi predpisi morajo biti vse litijeve baterije opremljene z BMS. Ta sistem je zadolžen za spremljanje stanja napolnjenosti baterije (SoC) in njenega zdravstvenega stanja (SoH), zaščito baterije pred poškodbami in podaljšanje njene življenjske dobe s preprečevanjem prekomernega polnjenja ali čezmernega praznjenja.
Stroški BMS so odvisni od funkcij, ki jih stranke potrebujejo v svojih napravah. Osnovne enote BMS spremljajo SoC, SoH in temperaturo. Napredne enote lahko vključujejo uravnoteženje baterije, ure v realnem času, zapisovalnike podatkov in drugo. Več funkcij poveča stroške BMS. Jasno razumevanje zahtev glede moči je bistveno za stranke, da določijo ustrezno raven funkcij, ki jih je treba vključiti v BMS.
Med postopkom polnjenja se uporabljajo integrirana vezja (IC) v polnilniku baterij. Na voljo so različne vrste IC, kot so linearni polnilniki in polnilniki s preklopnim načinom. Ti IC-ji ne le polnijo baterijo, temveč zagotavljajo tudi zaščito pred prenapetostjo in prevelikim tokom.
Stroški, povezani s polnilniki baterij, so odvisni od tega, ali kupci raje imajo polnilnike, ki so priloženi paketu baterij za takojšnjo uporabo, ali dovolijo končnim uporabnikom, da izberejo svoje polnilce. Izbira med polnilniki po meri in standardnimi polnilniki prav tako vpliva na stroške, pri čemer so polnilniki po meri običajno dražji.
Sistem baterijskega paketa po meri
Sistem baterijskega sklopa je sestavljen iz ohišja baterije in različnih komponent, vključno s kabelskimi snopi, releji, priključki, programsko opremo BMS in sistemi za upravljanje toplote za ogrevanje in hlajenje. Te komponente zagotavljajo stabilno napajanje litijevih baterij za različne naprave.
Medtem ko so kabelski snopi, konektorji in BMS standardne komponente, so drugi elementi prilagojeni posebnim potrebam različnih aplikacij.
V procesu oblikovanja sistema baterijskega paketa po meri bo dodajanje dodatnih komponent sorazmerno povečalo proizvodne stroške.
Pomembno je tudi upoštevati, da lahko zamenjava določenih komponent s cenejšimi materiali (kot so releji) vpliva na splošno delovanje in življenjsko dobo baterije. Stranke bi morale upoštevati ravnotežje med načrtovanjem in proizvodnimi stroški sistema baterijskega sklopa ter njegovo zmogljivostjo in kakovostjo.
V nekaterih primerih lahko izbira kakovostnejšega sistema baterijskega paketa kljub višjim začetnim stroškom povzroči dolgoročne prihranke zaradi povečane vzdržljivosti baterije.
Testiranje in pošiljanje
Proizvajalci paketov litijevih baterij mora pred prevozom certificirati pakete litijevih baterij za varnost.
Nekateri certifikati, kot je CE, se izvajajo interno; drugi zahtevajo zunanje laboratorije. Stroški se gibljejo od 500 $ do 30.000 $, odvisno od vrste certifikata. Paketi vzorcev so potrebni za destruktivne in nedestruktivne teste.
Če testi ne uspejo, bo morda potrebna prenova, kar poveča stroške, saj je treba certificirati tudi nove modele. Proizvajalci, ki zamenjajo, lahko zahtevajo ponovno testiranje in ponovno certificiranje, tudi pri enaki zasnovi. Stranke morajo vedno predvideti stroške testiranja, certificiranja in prevoza litijevih baterij.
Zaključek
Trenutno so stroški načrtovanja in proizvodnje litijevih baterij višji od stroškov drugih vrst kemičnih baterij.
Vendar pa si s stalnim tehnološkim napredkom proizvajalci dejavno prizadevajo narediti te kemične sestave stroškovno učinkovitejše, ne da bi pri tem ogrozili moč, ki jo zagotavljajo različnim napravam.
Za tiste, ki želijo prilagoditi baterije in polnilnike, je razumevanje natančnih potreb po energiji njihovih aplikacij ključnega pomena. Zagotavljanje izčrpne dokumentacije proizvajalcem v fazi načrtovanja lahko vodi do stroškovno učinkovitejših rešitev. Vključevanje proizvajalcev od samega začetka procesa načrtovanja lahko tudi pomaga zmanjšati proizvodne izzive in zmanjšati količino odpadkov, kar na koncu vodi do stroškovno učinkovitejših rezultatov.
