炭素排出ガス駆動車をEVに置き換えるには、EVの価格プレミアムを取り払う必要があり、それはXNUMXつのこと、つまりバッテリーコストに帰着します。 Getty Images経由のWestend61

電気自動車販売 近年、価格の下落を伴って指数関数的に成長しています。 ただし、EVの採用は、 高いステッカー価格 たとえ同等のガソリン車に比べても EVの総所有コストが低い.

EVと内燃機関車は、今後XNUMX年間でステッカー価格の平等に達する可能性があります。 タイミングはXNUMXつの重要な要素、つまりバッテリーのコストにかかっています。 EVのバッテリーパックは約 総車両コストのXNUMX分のXNUMX、それを販売価格の最も重要な要素にします。

バッテリーパックの価格は急速に下がっています。 一般的なEVバッテリーパックは、10〜100キロワット時（kWh）の電力を貯蔵します。 たとえば、三菱i-MIEVのバッテリー容量は16 kWh、航続距離は62マイル、テスラモデルSのバッテリー容量は100 kWh、航続距離は400マイルです。 2010年のEVバッテリーパックの価格は、kWhあたり1,000ドル以上でした。 に落ちた 150年はkWhあたり2019ドル。 自動車業界の課題は、コストをさらに削減する方法を見つけることです。

　 エネルギー省の目標 業界にとっては、バッテリパックの価格を100ドル/ kWh未満、最終的には約80ドル/ kWhに引き下げることです。 これらのバッテリーの価格ポイントでは、EVのステッカー価格は、同等の燃焼エンジン車両のステッカー価格よりも低くなる可能性があります。

その価格クロスオーバーが発生する時期を予測するには、設計、材料、労働力、製造能力、需要などのコスト変数を考慮したモデルが必要です。 これらのモデルはまた、研究者や製造業者がバッテリーのコストを削減するために彼らの努力に注力している場所を示しています。 私達のグループ カーネギーメロン大学では、EVバッテリー製造のあらゆる側面を説明するバッテリーコストのモデルを開発しました。

下から上へ

バッテリーコストの分析に使用されるモデルは、「トップダウン」または「ボトムアップ」のいずれかに分類されます。 トップダウンモデルは、主に需要と時間に基づいてコストを予測します。 できる人気のトップダウンモデル バッテリーのコストを予測する ライトの法則であり、生産されるユニット数が増えるとコストが下がると予測しています。 規模の経済と業界が時間をかけて獲得する経験がコストを押し下げます。

ライトの法則は一般的です。 できます すべてのテクノロジーにわたって、これは予測することを可能にします 太陽電池パネルのコストの低下に基づくバッテリーのコストの低下。 ただし、ライトの法則は、他のトップダウンモデルと同様に、コストの低下の原因を分析することはできません。 そのためには、ボトムアップモデルが必要です。

電気自動車のこの図のシャーシを埋める大きな灰色のブロックであるバッテリーパックは、EVの価格にコンポーネントのほとんどを提供します. Getty Images経由のSven Loeffler / iStock

ボトムアップコストモデルを構築するには、バッテリーの作成に何が入るかを理解することが重要です。 リチウムイオン電池は、正極、正極、負極、負極、電解質、および端子やケーシングなどの補助部品で構成されます。

各コンポーネントには、材料、製造、組み立て、工場のメンテナンスに関連する費用、および間接費に関連するコストがあります。 EVの場合、電池も小さなグループのセルまたはモジュールに統合する必要があり、それらはパックに結合されます。

本サイトの オープンソースのボトムアップバッテリーコストモデル バッテリーの製造プロセス自体と同じ構造に従います。 モデルは、バッテリー設計仕様、商品および労働価格、製造プラントや設備などの設備投資要件、間接費および製造量を含むモデルへの入力として、バッテリー製造プロセスへの入力を使用して、規模の経済を説明します。 これらの入力を使用して、製造コスト、材料費、および間接費が計算され、それらのコストが合計されて最終コストに到達します。

コスト削減の機会

ボトムアップコストモデルを使用して、バッテリーの各部分の合計バッテリーコストへの寄与を分析し、それらの洞察を使用してEVコストに対するバッテリーイノベーションの影響を分析できます。 材料は、総バッテリーコストの大部分を占め、約50％です。 カソードは材料コストの約43％を占め、他のセル材料は約36％を占めます。

カソードはバッテリーコストの最大の要素であるため、カソード材料の改善は最も重要な革新です。 これは強い 商品価格への関心.

電気自動車の最も一般的なカソード材料は、ニッケルコバルトアルミニウム酸化物です テスラ車で使用、で使用されるニッケルマンガンコバルト酸化物 他のほとんどの電気自動車、リン酸鉄リチウム ほとんどの電気バスで使用されています.

ニッケルコバルトアルミニウム酸化物は、これらのXNUMXつの材料の中で、エネルギー含有量が最も低く、単位質量あたりのエネルギーまたは比エネルギーが最も高くなっています。 バッテリーパックを構築するために必要なセル数が少ないため、エネルギーの単位あたりのコストが低くなります。 これにより、他のセル材料のコストが削減されます。 コバルトはカソード内で最も高価な材料であるため、コバルトの少ないこれらの材料を配合すると、通常、バッテリーが安価になります。

タブやコンテナなどの非アクティブなセル材料は、セル材料全体のコストの約36％を占めます。 これらの他のセル材料は、バッテリーにエネルギーを追加しません。 したがって、不活性な材料を減らすと、エネルギー量を減らすことなく、バッテリーセルの重量とサイズが減ります。 これは、次のような革新を伴うセル設計の改善への関心を高めます。 テーブル電池 テスラにからかわれているように。

バッテリーパックのコストも、メーカーが毎年生産するセルの数が増えるにつれて大幅に減少します。 より多くのEVバッテリー工場として オンラインになる、規模の経済、およびバッテリーの製造と設計のさらなる改善は、さらなるコストの低下につながるはずです。

価格平等への道

ICE車両と同等の価格のタイムラインを予測するには、バッテリーコストの将来の軌跡を予測する必要があります。 原材料コストの削減、性能の向上、および製造による学習により、80年までにパックコストが2025ドル/ kWh未満のバッテリーが実現する可能性が高いと推定しています。

バッテリーが EVコストのXNUMX分のXNUMX、100 kWhのバッテリーパックはキロワット時あたり75ドルで、約30,000ドルのコストがかかります。 これにより、EVステッカーの価格は、ガソリン車の同等モデルのステッカーの価格よりも低くなります。

著者について

Venkat Viswanathan、機械工学准教授、 カーネギーメロン大学; アレクサンダービルズ博士 機械工学の候補者、 カーネギーメロン大学、およびShashank Sripad、Ph.D。 機械工学の候補者、 カーネギーメロン大学

Abhinav Misalkarは、カーネギーメロン大学の大学院生であったときにこの記事に寄稿しました。

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