Temel Çıkarımlar:
- Lityum pillerin maliyeti; hücre bileşimi, pil yönetim sistemleri, özel paket tasarımı ve test/sertifikasyon gibi faktörlerden etkilenir.
- Bu unsurları anlamak, giderleri etkili bir şekilde yönetmek ve pil performansını optimize etmek için çok önemlidir.
Bireyler veya işletmeler satın aldıklarında pil paketlerigiderler önemli bir odak noktasıdır.
2023 yılında bir elektrikli araç akü paketinin ortalama maliyeti 2023 yılında 128$/kWh. Bu, 2008'deki 1.355$/kWh fiyatından önemli ölçüde daha düşük. Bununla birlikte, lityum pillerin sürekli olarak pil kimyası maliyetlerinin en üst noktasında yer aldığını belirtmekte fayda var.
Lityum pillerin fiyatı çeşitli unsurlardan etkilenir. Bunlar arasında hücrenin kendisi, pil yönetim sistemi (BMS), genel pil takımı sistemi, test ve nakliye masrafları.
Pil Hücreleri
The individual battery cells represent about 80% of the total production expenses. A battery cell is composed of several parts: the cathode, anode, electrolyte, separator, and the outer casing.
Katot malzemeleri ve bunların üretim süreçleri en maliyetli unsurlar olma eğilimindedir; anotların ve ayırıcıların maliyetleri de bunu yakından takip etmektedir.
Katot esas olarak kobalt, nikel veya manganez ile birleştirilmiş lityumdan oluşurken, anot için genellikle grafit kullanılır. Bu malzemelerin piyasa fiyatları arz ve talebe bağlı olarak değişebilmektedir ve yüksek performanslı elektronik ve elektrikli araçlara olan talebin artması bu metallerin kıtlığına neden olmuştur.
Küresel kaynakların kullanılabilirliğinin 2050 yılına kadar azalacağı öngörülüyor. Sıcak hava dalgalarının Çin'deki lityum kaynaklarını etkilemesi gibi sorunlar ve Demokratik Kongo Cumhuriyeti'ndeki kobalt madenciliği uygulamalarıyla ilgili endişeler hem çevre hem de insan hakları sorunlarını gündeme getirdi.
Belirli bölgelerdeki siyasi huzursuzluk nedeniyle, yalnızca birkaç ülkedeki üreticiler bu malzemelerin büyük miktarlarına güvenilir erişime sahip ve bu da potansiyel tedarik zinciri kesintilerine yol açıyor.
Maliyetleri artıran bu faktörlerin bir sonucu olarak üreticilerin buna yanıt olarak hücre fiyatlarını artırması muhtemeldir.
BMS
Lityum pillerin koruma ve şarj mekanizmaları, pil paketlerinin üretim maliyetini önemli ölçüde etkiler.
Uluslararası düzenlemelere uygun olarak tüm lityum bazlı pillerin BMS ile donatılması gerekmektedir. Bu sistem, pilin şarj durumunu (SoC) ve sağlık durumunu (SoH) izlemek, pili hasardan korumak ve aşırı şarjı veya aşırı deşarjı önleyerek ömrünü uzatmakla görevlidir.
BMS'nin maliyeti, müşterilerin cihazlarında ihtiyaç duyduğu özelliklere bağlıdır. Temel BMS birimleri SoC, SoH ve sıcaklığı izler. Gelişmiş birimler pil dengelemeyi, gerçek zamanlı saatleri, veri kaydedicileri ve daha fazlasını içerebilir. Daha fazla özellik BMS maliyetlerini artırır. Müşterilerin BMS'ye dahil edilecek uygun özellik seviyesini belirlemeleri için güç gereksinimlerinin net bir şekilde anlaşılması önemlidir.
Şarj işlemi sırasında akü şarj cihazının içindeki entegre devrelerden (IC'ler) yararlanılır. Doğrusal şarj cihazları ve anahtar modlu şarj cihazları gibi farklı IC türleri mevcuttur. Bu entegreler sadece aküyü şarj etmekle kalmıyor, aynı zamanda aşırı gerilim ve aşırı akıma karşı da koruma sağlıyor.
Pil şarj cihazlarıyla ilgili masraf, müşterilerin anında kullanım için pil paketine dahil şarj cihazlarını mı tercih ettiğine veya son kullanıcıların kendi şarj cihazlarını seçmesine izin verip vermediğine bağlıdır. Özel ve standart şarj cihazları arasındaki seçim de maliyeti etkiler; özel şarj cihazları genellikle daha pahalıdır.
Özel Pil Paketi Sistemi
Akü paketi sistemi, bir akü mahfazasından ve kablo demetleri, röleler, konektörler, BMS yazılımı ve ısıtma ve soğutma için termal yönetim sistemleri dahil olmak üzere çeşitli bileşenlerden oluşur. Bu bileşenler, lityum pillerin çeşitli cihazlara istikrarlı güç beslemesini sağlar.
Kablo demetleri, konektörler ve BMS standart bileşenler olsa da diğer öğeler farklı uygulamaların özel ihtiyaçlarını karşılayacak şekilde uyarlanmıştır.
Özel bir akü paketi sistemi tasarlama sürecinde ekstra bileşenlerin eklenmesi üretim maliyetlerini orantılı olarak artıracaktır.
Belirli bileşenlerin daha düşük maliyetli malzemelerle (röleler gibi) değiştirilmesinin genel performansı ve pil ömrünü etkileyebileceğini unutmamak da önemlidir. Müşteriler, pil paketi sisteminin tasarım ve üretim maliyetleri ile performansı ve kalitesi arasındaki dengeyi göz önünde bulundurmalıdır.
Bazı durumlarda, daha yüksek ön maliyetlere rağmen daha kaliteli bir pil paketi sisteminin seçilmesi, pilin dayanıklılığının artması nedeniyle uzun vadeli tasarruflarla sonuçlanabilir.
Test ve Nakliye
Lityum pil paketi üreticileri taşıma öncesinde güvenlik açısından lityum pil paketlerini onaylamalıdır.
CE gibi bazı sertifikalar şirket içinde yapılır; diğerleri harici laboratuvarlara ihtiyaç duyar. Sertifika türüne bağlı olarak maliyetler 500 ila 30.000 ABD Doları arasında değişmektedir. Hem tahribatlı hem de tahribatsız testler için numune paketlerine ihtiyaç vardır.
Testlerin başarısız olması durumunda yeniden tasarıma ihtiyaç duyulabilir; bu da yeni tasarımların da sertifikalandırılması gerektiğinden maliyetleri artırır. Aynı tasarıma sahip olsa bile imalatçıyı değiştirmek, yeniden test ve yeniden sertifikalandırma gerektirebilir. Müşteriler lityum pil testi, sertifikasyonu ve taşıma gereksinimleri için her zaman bütçe ayırmalıdır.
Çözüm
Şu anda lityum pillerin tasarım ve üretim maliyetleri diğer kimyasal pil türlerine göre daha yüksektir.
Ancak devam eden teknolojik gelişmelerle birlikte üreticiler, çeşitli cihazlara sağladıkları güçten ödün vermeden bu kimyasal bileşimleri daha uygun maliyetli hale getirmek için aktif olarak çalışıyorlar.
Pil paketlerini ve şarj cihazlarını özelleştirmek isteyenler için uygulamalarının güç taleplerini tam olarak anlamak çok önemlidir. Üreticilere tasarım aşamasında kapsamlı dokümantasyon sağlamak, daha uygun maliyetli çözümlere yol açabilir. Üreticileri tasarım sürecinin başlangıcından itibaren dahil etmek, aynı zamanda üretim zorluklarını hafifletmeye ve israfı azaltmaya yardımcı olarak sonuçta daha uygun maliyetli sonuçlara yol açabilir.
