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BCG发布《电动汽车电池生产的未来》解析

2018-12-24 11:49
ERR能研微讯
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基于这些假设,电池的年需求量将从2017年的70千兆瓦时到2030增长到800~900千兆瓦时。

汽车制造商不仅需要更大的电池容量来满足电动汽车的需求同时也渴望更廉价的电池。现阶段行业的基准水平表明,动力传动系统(包括电机、电力电子和电池组)将占BEVs成本的50%以上。相比之下,内燃机汽车的动力传动系统仅占传统汽车成本的16%左右(见示图2)。电池组(包括电池管理系统)占据整个车辆成本的35%左右,是主要的成本支出。因此,那些试图降低BEVs成本的公司必须实现一个目标:降低电池组的成本。

一个电池组由多个电池模块构成,而一个电池模块通常又包含6~12个电池。其中,电池是成本最高的部件,约占电池组总成本的70%。现阶段,尽管大多数大型汽车制造商将电池生产业务外包给电池生产公司,但是汽车公司内部仍将继续进行电池的模块和封装。这是因为电池模块和封装是决定电动汽车的行驶里程和充电速率的主要因素,而汽车制造商希望可以控制电池组使用和冷却的空间。未来将会使电池组在汽车设计中更加重要。

规划的产量将对价格造成压力

为了通过规模经济效应降低电池生产成本,主要的电池生厂在过去的一年里相继宣布将增加产能。例如,中国电池制造商宁德时代宣布将在欧洲建立第一家动力电池生产工厂地址选在了德国,而美国汽车制造商特斯拉(Tesla)则表示正在考虑在德国建立一家电池生产厂。随着中国制造产能增长速度保持领先,未来超级电池工厂预计将在亚洲诞生。

到2021年,全球电池装机总量将增加一倍以上。尽管全球对动力电池的需求量大幅增长,但短期内仍赶不上电池的计划产量。预计到2020年全球大约有40%的电池产能将闲置,而在中国这一数字将超过60%。此外,许多新增生产电池设计的工厂很快将被淘汰。

为了充分利用电池厂的产能,电池生产商需要大幅降低电池价格。事实上,我们预计未来10年内价格将会减少50%以上。太阳能电池板行业就是一个典型的例子:2006年—2015年太阳能电池行业产能过剩35%导致其价格下跌了50%以上。

电池价格下降将导致制造成本相应的减少,从而才可以确保生产利润。截止到2021年,每千瓦时的成本将从2018年的195美元降至153美元。相比之下,2010年的预测结果对生产商而言更有利,即2010年预测的2021年盈利生产成本为270美元/kWh。2018年的预测值已经相对减少了28%。

基于当前的预测,2021年中型电动汽车电池组的价格将在7600~10700美元之间。在这一情景中,这种类别的电动汽车和内燃机车的差价将降至5000美元以内,从而使得BEVs具有与内燃机车竞争的价格水平,尤其是考虑购置电动车的税费减免政策。尽管低差价将促进BEVs的使用,但是这并不能消除未来电池产能过剩的现象。

电池生产商必须找到由产能过剩所引起的价格压力的对策。那么想要凭借创新产品进入这个行业的公司面临着一个额外的挑战,即在实现规模经济之前,不得不应对更低的价格。

解决方案:降低电池生产成本

由于电池约占电池组总成本的70%,因此电池生产是实现电池组降价目标的最重要的一步。生产成本(不包括材料)占电池成本的30%至40%。(模块和封装成本不在我们的讨论范围内)

电池生产成本通常采用生产成本与能量(kWh)的比值来表示。目前降低电池生产成本的两种主要方式:提高制造精度和先进的化学物质来增加同等体积和质量下的能量值(即为能量密度)同时应用未来工厂的元素(这可以改进工厂结构和流程以及增加工厂数字化)来降低制造成本。这些方法同样也可以用于电池模块和封装过程中,从而能够在整个电池生产上降低成本(见示图3)。

目前这个行业主要关注于第一种方式。对于现阶段的锂电池技术,其对应的电池能量密度在400WH/l-450WH/l之间。我们预测到2030年其能量密度将增加到650WH/l至700WH/l,这得益于生产精度的提高(能量密度增加150WH/l)和新型的化学材料(能量密度增加100WH/l至150WH/l)。然而由于传统的制造工艺(绕卷)生产误差比较大,因此这类工艺无法经济地实现上述两种方式对应的能量密度增加。

公司可以通过投资一种新的生产工艺(称为堆叠)来生产高能量密度的电池。由于过高的资本需求,通过他们自身的创新来增加电池的能量密度将不足以拯救整个行业的经济。而且电池生产商在生产过程中并没用充分重视数字化技术来降低生产成本。由于劳动力成本仅占整个电池生产成本的较小部分,未来工厂的概念是降低生产成本的最有效方法。

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