Tesla采用18650電池的原因有哪些？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-21 15:24
點(diǎn)擊量：次
我在問(wèn)題Tesla 的電池管理系統(tǒng) (BMS) 相比其他電動(dòng)汽車有哪些優(yōu)勢(shì)？中提到過(guò)幾個(gè)原因，在此展開(kāi)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(lái)，日本廠商在18650電池的生產(chǎn)工藝上積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，使得產(chǎn)出的18650電池的一致性、安全性都達(dá)到了非常高的水準(zhǔn)。
在與美國(guó)一位電池界教授交流的過(guò)程中，他半戲謔地說(shuō)過(guò)一番話：如果你從日本某廠商直接購(gòu)買了同一批次的電池，然后用你的電池充放電測(cè)試儀器去同時(shí)測(cè)試它們，如果發(fā)現(xiàn)不同通道測(cè)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(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有成熟（參見(jiàn)為什么電動(dòng)車行業(yè)不推行標(biāo)準(zhǔn)化電池？），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(yàn)也很不足，電池的一致性達(dá)不到18650電池的水準(zhǔn)。如果電池的一致性達(dá)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(chǎng)夢(mèng)魘。
總結(jié)來(lái)說(shuō)，18650電池的單體容量?。ㄒ话悴粫?huì)超過(guò)3 Ah），所需的單體數(shù)量會(huì)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（30 Ah甚至40 Ah），單體數(shù)量可以降低，但是一致性差。
Tesla不是一家電池廠商，它在電池生產(chǎn)技術(shù)方面不會(huì)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Model S的時(shí)候，Tesla的唯一選擇是從市場(chǎng)上去購(gòu)買電池，自行開(kāi)發(fā)電池系統(tǒng)。開(kāi)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(kāi)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?cái)?shù)目增多，但是如果這些電池的性能是可靠的，管理起來(lái)還是容易一些。
對(duì)比另一款很成功的純電動(dòng)汽車，日產(chǎn)的LEAF，它采用的是層疊式鋰離子電池。這是因?yàn)槿债a(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(dāng)?shù)墓αΑEAF的電池來(lái)自AESC，日產(chǎn)與NEC的合資公司。
對(duì)比下美、日、中等不同地區(qū)的汽車廠商在開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車時(shí)與電池廠商的合縱連橫是一件非常有意思的事情。
b. 成本
Tesla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(jìn)行生產(chǎn)。在消費(fèi)類電子產(chǎn)品所用18650電池競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的情況下，我想松下等廠商是非常樂(lè)意與Tesla合作升級(jí)產(chǎn)品，將原有的生產(chǎn)線改良后用于生產(chǎn)動(dòng)力電池。
另外，工業(yè)生產(chǎn)有一個(gè)規(guī)模效應(yīng)，當(dāng)生產(chǎn)產(chǎn)品的規(guī)模達(dá)到一個(gè)量級(jí)之后，成本會(huì)大大降低。一輛Tesla就需要上千節(jié)18650電池，因此單體的采購(gòu)價(jià)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(cuò)，因此日產(chǎn)的LEAF很大膽地采用了被動(dòng)式熱管理系統(tǒng)（其實(shí)就是不管理?。?，由空氣的自然對(duì)流將熱量帶走。 LEAF的單體電池是這個(gè)樣子的：
由四節(jié)單體電池兩并兩串組成的電池模塊是這個(gè)樣子的：
由48個(gè)電池模塊串聯(lián)組成的電池組是這個(gè)樣子的：
可以看到，電池組上沒(méi)有任何的風(fēng)扇、冷卻液管道等熱管理系統(tǒng)。大概這就是無(wú)招勝有招。
反過(guò)來(lái)看Tesla，18650電池的個(gè)頭比較小，在正常充放電時(shí)單體電池內(nèi)部的溫差也不會(huì)太大。但是，6000多個(gè)單體電池的溫度也應(yīng)當(dāng)保持在不超過(guò)5°C的范圍內(nèi)，這是一件非常困難的事情。但是，Tesla做到了。
總結(jié)來(lái)說(shuō)，由于采用了小容量的18650電池，Tesla的熱管理系統(tǒng)的復(fù)雜度是大大增加了的。也就是說(shuō)，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(lái)看，18650電池是要高于層疊式鋰離子電池。我這里查到的日產(chǎn)LEAF所用的33 Ah鋰離子電池的能量密度是157 Wh/kg，GM Volt所用的層疊式電池的能量密度約為150 Wh/kg；而Roadster所用的18650電池的能量密度約為211 Wh/kg。（注：Roadster和Volt都沒(méi)有查到原裝電池?cái)?shù)據(jù)，我是根據(jù)相同電池廠商生產(chǎn)的相同容量的電池的數(shù)據(jù)計(jì)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(huì)使得電池組的能量密度遠(yuǎn)低于單體的能量密度。Roadster的電池組重量是450 kg，能量密度是118 Wh/kg，而LEAF電池組的重量是225 kg，能量密度是107 Wh/kg。在電池組層次，兩者的能量密度已經(jīng)不相上下。
Model S的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)比Roadster優(yōu)秀得多，但是這方面的資料我還沒(méi)有收集到太多，現(xiàn)在還沒(méi)有辦法做分析。
e. 安全性
前面提到層疊式鋰離子電池的各種優(yōu)點(diǎn)，但它也有一些缺點(diǎn)。由于層疊式鋰離子電池一般是采用鋁塑膜封裝的，而鋁塑膜的厚度薄，機(jī)械強(qiáng)度差，在汽車發(fā)生碰撞等極端情況下，鋁塑膜很容易發(fā)生破損導(dǎo)致安全事故產(chǎn)生。這也就解釋了為什么日產(chǎn)要在4個(gè)單體組成的電池模塊外面再加一個(gè)鋁殼。
