特斯拉為什么要用18650電池？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-11-20 11:42
點擊量：次
特斯拉為什么采用18650電池？
在此展開論述。
a.一致性
18650電池是最早、最成熟、最穩(wěn)定的鋰離子電池，廣泛應(yīng)用在電子產(chǎn)品中，每年的出貨量大約有幾十億節(jié)。多年來，日本廠商在18650電池的生產(chǎn)工藝上積累了大量的經(jīng)驗，使得產(chǎn)出的18650電池的一致性、安全性都達到了非常高的水準。
在與美國一位電池界教授交流的過程中，他半戲謔地說過一番話：如果你從日本某廠商直接購買了同一批次的電池，然后用你的電池充放電測試儀器去同時測試它們，如果發(fā)現(xiàn)不同通道測出的放電曲線不一樣，你應(yīng)該懷疑你的設(shè)備而不是電池的一致性。
相比之下，層疊式鋰離子電池遠遠沒有成熟，甚至連尺寸、大小、極耳位置等都不統(tǒng)一，電池廠商所具備的經(jīng)驗也很不足，電池的一致性達不到18650電池的水準。如果電池的一致性達不到要求，大量電池串、并聯(lián)形成的電池組的管理將是一場夢魘。
總結(jié)來說，18650電池的單體容量?。ㄒ话悴粫^3Ah），所需的單體數(shù)量會很多（Roadster有6831節(jié)），但是一致性很好；層疊式電池的容量可以做得較大（30Ah甚至40Ah），單體數(shù)量可以降低，但是一致性差。
特斯拉不是一家電池廠商，它在電池生產(chǎn)技術(shù)方面不會有太多的積累，現(xiàn)階段也很難投入大量的人力物力與電池供應(yīng)商一起去改善層疊式電池的生產(chǎn)工藝。因此，在研發(fā)Roadster和ModelS的時候，特斯拉的唯一選擇是從市場上去購買電池，自行開發(fā)電池系統(tǒng)。開發(fā)一套管理6000多節(jié)單體一致性很好的電池系統(tǒng)與開發(fā)一套200多節(jié)一致性很差的電池系統(tǒng)，相比之下，前者的技術(shù)難度應(yīng)該更低一些。即使單體電池數(shù)目增多，但是如果這些電池的性能是可靠的，管理起來還是容易一些。
對比另一款很成功的純電動汽車，日產(chǎn)的LEAF，它采用的是層疊式鋰離子電池。這是因為日產(chǎn)與NEC合作多年，在電池技術(shù)方面積累很深厚，在品質(zhì)控制方面應(yīng)該有相當?shù)墓α?。LEAF的電池來自AESC，日產(chǎn)與NEC的合資公司。
對比下美、日、中等不同地區(qū)的汽車廠商在開發(fā)電動汽車時與電池廠商的合縱連橫是一件非常有意思的事情。
b.成本
特斯拉采用18650電池，就可以利用日本松下等廠商之前的生產(chǎn)線進行生產(chǎn)。在消費類電子產(chǎn)品所用18650電池競爭日趨激烈的情況下，筆者想松下等廠商是非常樂意與特斯拉合作升級產(chǎn)品，將原有的生產(chǎn)線改良后用于生產(chǎn)動力電池。
另外，工業(yè)生產(chǎn)有一個規(guī)模效應(yīng)，當生產(chǎn)產(chǎn)品的規(guī)模達到一個量級之后，成本會大大降低。一輛特斯拉就需要上千節(jié)18650電池，因此單體的采購價格應(yīng)該可以壓得比較低。
c.散熱能力
層疊式電池的厚度薄、表面大，均熱、散熱能力都不錯，因此日產(chǎn)的LEAF很大膽地采用了被動式熱管理系統(tǒng)（其實就是不管理?。?，由空氣的自然對流將熱量帶走。
反過來看特斯拉，18650電池的個頭比較小，在正常充放電時單體電池內(nèi)部的溫差也不會太大。但是，6000多個單體電池的溫度也應(yīng)當保持在不超過5°C的范圍內(nèi)，這是一件非常困難的事情。但是，特斯拉做到了。怎么做到的？
這些管道是冷卻液的流道，流道交叉布置的樣子很像發(fā)動機的排氣歧管，這是為了使得各路管道的流動阻力大致平衡。
總結(jié)來說，由于采用了小容量的18650電池，特斯拉的熱管理系統(tǒng)的復(fù)雜度是大大增加了的。也就是說，如果從散熱能力方面考慮，使用小容量的18650電池不是最優(yōu)選。
d.能量密度
談到能量密度，就必須區(qū)分單體電池的能量密度與電池組的能量密度。
就單體電池的能量密度來看，18650電池是要高于層疊式鋰離子電池。筆者這里查到的日產(chǎn)LEAF所用的33Ah鋰離子電池的能量密度是157Wh/kg，GMVolt所用的層疊式電池的能量密度約為150Wh/kg；而Roadster所用的18650電池的能量密度約為211Wh/kg。（注：Roadster和Volt都沒有查到原裝電池數(shù)據(jù)，筆者是根據(jù)相同電池廠商生產(chǎn)的相同容量的電池的數(shù)據(jù)計算得到的）
但是，18650電池的管理系統(tǒng)更加復(fù)雜，由此額外增加的重量會使得電池組的能量密度遠低于單體的能量密度。Roadster的電池組重量是450kg，能量密度是118Wh/kg，而LEAF電池組的重量是225kg，能量密度是107Wh/kg。在電池組層次，兩者的能量密度已經(jīng)不相上下。
ModelS的設(shè)計應(yīng)當比Roadster優(yōu)秀得多，但是這方面的資料筆者還沒有收集到太多，現(xiàn)在還沒有辦法做分析。
在此展開論述。
a.一致性
18650電池是最早、最成熟、最穩(wěn)定的鋰離子電池，廣泛應(yīng)用在電子產(chǎn)品中，每年的出貨量大約有幾十億節(jié)。多年來，日本廠商在18650電池的生產(chǎn)工藝上積累了大量的經(jīng)驗，使得產(chǎn)出的18650電池的一致性、安全性都達到了非常高的水準。
在與美國一位電池界教授交流的過程中，他半戲謔地說過一番話：如果你從日本某廠商直接購買了同一批次的電池，然后用你的電池充放電測試儀器去同時測試它們，如果發(fā)現(xiàn)不同通道測出的放電曲線不一樣，你應(yīng)該懷疑你的設(shè)備而不是電池的一致性。
相比之下，層疊式鋰離子電池遠遠沒有成熟，甚至連尺寸、大小、極耳位置等都不統(tǒng)一，電池廠商所具備的經(jīng)驗也很不足，電池的一致性達不到18650電池的水準。如果電池的一致性達不到要求，大量電池串、并聯(lián)形成的電池組的管理將是一場夢魘。
總結(jié)來說，18650電池的單體容量?。ㄒ话悴粫^3Ah），所需的單體數(shù)量會很多（Roadster有6831節(jié)），但是一致性很好；層疊式電池的容量可以做得較大（30Ah甚至40Ah），單體數(shù)量可以降低，但是一致性差。
特斯拉不是一家電池廠商，它在電池生產(chǎn)技術(shù)方面不會有太多的積累，現(xiàn)階段也很難投入大量的人力物力與電池供應(yīng)商一起去改善層疊式電池的生產(chǎn)工藝。因此，在研發(fā)Roadster和ModelS的時候，特斯拉的唯一選擇是從市場上去購買電池，自行開發(fā)電池系統(tǒng)。開發(fā)一套管理6000多節(jié)單體一致性很好的電池系統(tǒng)與開發(fā)一套200多節(jié)一致性很差的電池系統(tǒng)，相比之下，前者的技術(shù)難度應(yīng)該更低一些。即使單體電池數(shù)目增多，但是如果這些電池的性能是可靠的，管理起來還是容易一些。
對比另一款很成功的純電動汽車，日產(chǎn)的LEAF，它采用的是層疊式鋰離子電池。這是因為日產(chǎn)與NEC合作多年，在電池技術(shù)方面積累很深厚，在品質(zhì)控制方面應(yīng)該有相當?shù)墓α?。LEAF的電池來自AESC，日產(chǎn)與NEC的合資公司。
對比下美、日、中等不同地區(qū)的汽車廠商在開發(fā)電動汽車時與電池廠商的合縱連橫是一件非常有意思的事情。
b.成本
特斯拉采用18650電池，就可以利用日本松下等廠商之前的生產(chǎn)線進行生產(chǎn)。在消費類電子產(chǎn)品所用18650電池競爭日趨激烈的情況下，筆者想松下等廠商是非常樂意與特斯拉合作升級產(chǎn)品，將原有的生產(chǎn)線改良后用于生產(chǎn)動力電池。
另外，工業(yè)生產(chǎn)有一個規(guī)模效應(yīng)，當生產(chǎn)產(chǎn)品的規(guī)模達到一個量級之后，成本會大大降低。一輛特斯拉就需要上千節(jié)18650電池，因此單體的采購價格應(yīng)該可以壓得比較低。
c.散熱能力
層疊式電池的厚度薄、表面大，均熱、散熱能力都不錯，因此日產(chǎn)的LEAF很大膽地采用了被動式熱管理系統(tǒng)（其實就是不管理?。?，由空氣的自然對流將熱量帶走。
反過來看特斯拉，18650電池的個頭比較小，在正常充放電時單體電池內(nèi)部的溫差也不會太大。但是，6000多個單體電池的溫度也應(yīng)當保持在不超過5°C的范圍內(nèi)，這是一件非常困難的事情。但是，特斯拉做到了。怎么做到的？
這些管道是冷卻液的流道，流道交叉布置的樣子很像發(fā)動機的排氣歧管，這是為了使得各路管道的流動阻力大致平衡。
總結(jié)來說，由于采用了小容量的18650電池，特斯拉的熱管理系統(tǒng)的復(fù)雜度是大大增加了的。也就是說，如果從散熱能力方面考慮，使用小容量的18650電池不是最優(yōu)選。
d.能量密度
談到能量密度，就必須區(qū)分單體電池的能量密度與電池組的能量密度。
就單體電池的能量密度來看，18650電池是要高于層疊式鋰離子電池。筆者這里查到的日產(chǎn)LEAF所用的33Ah鋰離子電池的能量密度是157Wh/kg，GMVolt所用的層疊式電池的能量密度約為150Wh/kg；而Roadster所用的18650電池的能量密度約為211Wh/kg。（注：Roadster和Volt都沒有查到原裝電池數(shù)據(jù)，筆者是根據(jù)相同電池廠商生產(chǎn)的相同容量的電池的數(shù)據(jù)計算得到的）
但是，18650電池的管理系統(tǒng)更加復(fù)雜，由此額外增加的重量會使得電池組的能量密度遠低于單體的能量密度。Roadster的電池組重量是450kg，能量密度是118Wh/kg，而LEAF電池組的重量是225kg，能量密度是107Wh/kg。在電池組層次，兩者的能量密度已經(jīng)不相上下。
ModelS的設(shè)計應(yīng)當比Roadster優(yōu)秀得多，但是這方面的資料筆者還沒有收集到太多，現(xiàn)在還沒有辦法做分析。
