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科学模型显示:2025年电动车售价有望低于燃油车

2020-08-24 浏览次数:2,294 次 中国汽车报网

在影响电动汽车销售的因素当中,价格居高不下无疑是其中的关键。近两年,随着价格的下降,全球电动汽车销量开始大幅增长。但是,和同类传统燃油车相比,如果没有各国政府的补贴,电动车仍然没有价格优势。因此,现在需要想方设法降低电动汽车成本。由于电动车中的电池组占整车成本的1/4,可谓是影响其销售价格的最重要因素。电动汽车和传统燃油汽车何时才能达到同等价格,就取决于电池成本。

事实上,近年来,电池成本一直在快速下降。通常,一辆电动汽车的电池组存储着10-100千瓦时(kWh)的电力。例如,三菱i-MIEV的电池容量为16 kWh,续驶里程为62英里,特斯拉Model S的电池容量为100 kWh,续驶里程为400英里。2010年时,电动汽车电池组的价格超过1000美元/kWh。到2019年,这一价格已经跌至150美元/kWh。目前,汽车工业面临的挑战是如何进一步降低成本。对于该问题,美国卡内基梅隆大学机械工程副教授文卡特•维斯瓦纳坦(Venkat Viswanathan)和两名机械工程博士候选人亚历山大•比尔斯(Alexander Bills)和沙尚•斯里派德(Shashank Sripad)发表了一篇文章,提出了降低电池成本的两个方法。

♦两个模型分析电池成本

根据美国能源部的数据,当每辆电动车中电池组的价格降低到100美元/ kWh,并最终降到80美元/ kWh时,电动汽车的售价才可能会低于同类的传统燃油车。为了预测电池成本何时能够下降到目标水平,维斯瓦纳坦教授团队开发了一个电池成本模型,该模型涵盖了电动汽车电池制造的各个方面,该模型包含了以下变量:设计、材料、劳动力、生产能力和需求。这些模型也显示了研究人员和制造商在降低电池成本方面的努力。

用于分析电池成本的模型分为“自上而下”或“自下而上”两类。

“自上而下”的模型主要基于按需和时间来预测成本。莱特定律(Wright ‘s law)是一种流行的“自上而下”预测电池成本的模型,它预测电池成本会随着产量的增加而下降,主要是规模和行业积累的经验降低了成本。例如,目前有部分汽车品牌推出无电池购车,即只需要购买该品牌的电动汽车,而不用购买其中的电池,可以从相关公司租赁电池使用。据外媒报道,印度中央政府于近日表示,将允许出售和注册不配装电池的电动汽车,这不仅可以大大降低电动汽车成本,还有可能促进电池交换行业的发展。此举是在印度交通运输部同意行业代表关于将电池成本(占总成本的30-40%)与车辆成本脱钩的陈述之后决定的。

第二个模型是“自下而上”的成本模型,很重要的一点是要了解如何制造电池。锂离子电池由正极、负极、正极、电解质以及端子、外壳等辅助部件组成。每个部件都有与其材料、制造、装配相关的成本,工厂维护相关的费用,以及间接费用等有关。对于电动汽车来说,电池需要被整合成小组的电池或模块,然后再组合成电池组。 “自下而上”的电池成本模型则遵循与电池制造过程本身相同的结构。该模型会考量电池设计规格、商品和劳动力价格、资本投资要求(如制造工厂和设备)、管理费率和制造量等要素。通过计算制造成本、材料成本和管理费用等预测电池成本。

♦降低电池成本是关键

使用“自下而上”的成本模型,维斯瓦纳坦将分解电池的每个部分对电池总成本的贡献,并分析电池创新对电动汽车成本的影响。据悉,材料成本占电池总成本的最大比例,约为50%。其中,阴极材料成本约占材料成本的43%,其他电池材料成本约占36%。阴极材料的改进是最重要的创新,因为阴极是电池成本的最大组成部分。电动汽车最常见的正极材料是特斯拉汽车使用的镍钴铝氧化物,其他大多数电动汽车使用的镍锰钴氧化物,以及大多数电动公交车使用的磷酸铁锂。在这三种材料中,镍钴氧化铝的单位能量成本最低,单位质量能量或比能量最高。低成本的单位能量源于高比能,因为更少的电池需要建立一个电池组,这使得其他电池材料的成本更低。

钴是阴极中最昂贵的材料,所以这些材料的配方中钴含量较少通常会导致电池价格更低。近两年,国内外电池企业和汽车制造商都在研发无“钴“电池。维斯瓦纳坦在开发由纯锂制成的电池阳极方面取得了重大进展,有望开发出一类新的电池,在同等重量下,该电池能容纳更多的能量,输出更大的功率。这将有望降低电动汽车、低排放飞机的制造成本。

♦2025年电动车售价有望低于燃油车

预测与传统燃油车价格平价的时间线需要预测电池成本的未来轨迹。维斯瓦纳坦估计,电池原材料成本的降低、性能的提高以及生产过程中的学习,可能会在2025年时将电池组的成本降低至80美元/kWh。假设电池成本占电动汽车成本的四分之一,那么每千瓦时75美元的100 kWh电池组的成本约为3万美元,这将导致电动汽车的价格低于同类汽油动力汽车的价格。

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