Viktiga takeaways:
- Kostnaden för litiumbatterier påverkas av faktorer inklusive cellsammansättning, batterihanteringssystem, anpassad förpackningsdesign och testning/certifiering.
- Att förstå dessa element är avgörande för att effektivt hantera utgifter och optimera batteriets prestanda.
När privatpersoner eller företag köper batteripaket, utgifterna är en viktig fokuspunkt.
År 2023 är den genomsnittliga kostnaden för ett elbilsbatteri 2023 128 USD/kWh. Detta är betydligt lägre än priset 2008, som var $1 355/kWh. Det är dock värt att notera att litiumbatterier konsekvent har legat i den högre delen av batterikemikostnaderna.
Priset på litiumbatterier påverkas av en mängd olika faktorer. Dessa inkluderar själva cellen, den batterihanteringssystem (BMS), det övergripande batteripaketet, test- och fraktkostnader.
Battericeller
De enskilda battericellerna står för cirka 80 % av de totala produktionskostnaderna. En battericell består av flera delar: katoden, anoden, elektrolyten, separatorn och det yttre höljet.
Katodmaterial och deras produktionsprocesser tenderar att vara de mest kostsamma elementen, med kostnaderna för anoder och separatorer tätt efter.
Katoden består huvudsakligen av litium kombinerat med antingen kobolt, nickel eller mangan, medan grafit vanligtvis används för anoden. Marknadspriserna för dessa material kan variera beroende på utbud och efterfrågan, och den ökande efterfrågan på högpresterande elektronik och elfordon har resulterat i en brist på dessa metaller.
Det förväntas att tillgången på globala resurser kommer att minska till år 2050. Frågor som värmeböljor som påverkar litiumtillförseln i Kina och oro relaterade till koboltbrytningsmetoder i Demokratiska republiken Kongo har väckt både miljö- och människorättsfrågor.
På grund av politisk oro i vissa regioner har tillverkare i endast ett fåtal länder tillförlitlig tillgång till stora mängder av dessa material, vilket leder till potentiella störningar i leveranskedjan.
Som ett resultat av att dessa faktorer driver upp kostnaderna kommer tillverkare sannolikt att höja cellpriserna som svar.
BMS
Skydds- och laddningsmekanismerna för litiumbatterier påverkar avsevärt tillverkningskostnaden för batteripaket.
I enlighet med internationella bestämmelser måste alla litiumbaserade batterier vara utrustade med ett BMS. Detta system har till uppgift att övervaka batteriets laddningstillstånd (SoC) och dess hälsostatus (SoH), skydda batteriet från skador och förlänga dess livslängd genom att förhindra överladdning eller överdriven urladdning.
Kostnaden för BMS beror på de funktioner som kunderna behöver i sina enheter. Grundläggande BMS-enheter övervakar SoC, SoH och temperatur. Avancerade enheter kan inkludera batteribalansering, realtidsklockor, dataloggrar och mer. Fler funktioner ökar BMS-kostnaderna. En tydlig förståelse av strömkraven är avgörande för att kunderna ska kunna bestämma lämplig nivå av funktioner som ska inkluderas i BMS.
Under laddningsprocessen används integrerade kretsar (IC) i batteriladdaren. Det finns olika typer av IC:er tillgängliga, såsom linjärladdare och switchade laddare. Dessa IC laddar inte bara batteriet utan ger också skydd mot överspänning och överström.
Kostnaden för batteriladdare beror på om kunderna föredrar att ha laddare med i batteripaketet för omedelbar användning eller låter slutanvändarna välja sina egna laddare. Valet mellan anpassade och standardladdare påverkar också kostnaden, där anpassade laddare vanligtvis är dyrare.
Anpassat batteripaketsystem
Batteripaketsystemet består av ett batterihölje och en mängd olika komponenter, inklusive ledningsnät, reläer, kontakter, BMS-mjukvara och värmeledningssystem för uppvärmning och kylning. Dessa komponenter säkerställer en stabil strömförsörjning av litiumbatterier till olika enheter.
Medan kablage, kontakter och BMS är standardkomponenter, är andra element skräddarsydda för att möta de specifika behoven för olika applikationer.
I processen att designa ett anpassat batteripaketsystem kommer att lägga till extra komponenter proportionellt öka tillverkningskostnaderna.
Det är också viktigt att notera att att ersätta vissa komponenter med billigare material (som reläer) kan påverka den totala prestandan och batteriets livslängd. Kunder bör överväga balansen mellan design- och tillverkningskostnaderna för batteripaketsystemet och dess prestanda och kvalitet.
I vissa fall kan att välja ett batteripaketsystem av högre kvalitet, trots de högre förhandskostnaderna, resultera i långsiktiga besparingar på grund av batteriets förbättrade hållbarhet.
Testning och frakt
Tillverkare av litiumbatterier måste certifiera litiumbatteripaket för säkerhet före transport.
Vissa certifieringar, som CE, görs internt; andra kräver externa labb. Kostnaderna varierar från $500 till $30.000, beroende på certifieringstyp. Provpaket behövs för både destruktiva och oförstörande tester.
Omdesign kan behövas om testerna misslyckas, vilket ökar kostnaderna eftersom nya konstruktioner också måste certifieras. Byte av tillverkare, även med samma design, kan kräva omtestning och omcertifiering. Kunder bör alltid budgetera för litiumbatteritestning, certifiering och transportkrav.
Slutsats
För närvarande är design- och produktionskostnaderna för litiumbatterier högre än för andra typer av kemiska batterier.
Men med pågående tekniska framsteg arbetar tillverkare aktivt för att göra dessa kemiska sammansättningar mer kostnadseffektiva utan att kompromissa med kraften de ger till olika enheter.
För dem som vill skräddarsy batteripaket och laddare är det avgörande att förstå de exakta effektkraven för deras applikationer. Att förse tillverkarna med omfattande dokumentation under designfasen kan leda till mer kostnadseffektiva lösningar. Att engagera tillverkare från början av designprocessen kan också bidra till att mildra tillverkningsutmaningar och minska avfallet, vilket i slutändan leder till mer kostnadseffektiva resultat.
