激進(jìn)的電池技術(shù)策略可靠嗎？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-08-21 21:35
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現(xiàn)在電動車電池主流方案分為兩大陣營，區(qū)分在于電池正極材料：一種是磷酸鐵鋰電池——能量密度有限、重量相對較高，但是具備價格更低、循環(huán)使用壽命更長以及耐高溫更安全等特質(zhì)；另外一種是三元鋰電池，能量密度高且技術(shù)先進(jìn)，但是安全性方面不如磷酸鐵鋰穩(wěn)定。
如果說磷酸鐵鋰電池像乖乖女，那三元鋰電池像辣妹：磷酸鐵鋰電池的儲能最高僅150Wh/kg，而特斯拉采用的18650三元鋰電池儲能密度達(dá)到了250Wh/kg，最新采用的21700電池則超過了300Wh/kg，兩者相差一倍之多。
由于磷酸鐵鋰電池的能量密度上限不高，制約了磷酸鐵鋰電池發(fā)展。在2016年之前，磷酸鐵鋰電池作為主要動力電池正極材料，產(chǎn)量和產(chǎn)能都迅速擴(kuò)大，但在2016年之后，三元鋰電池取代了磷酸鐵鋰電池成為了動力電池正極材料的主要發(fā)展方向。說白了就是磷酸鐵鋰電池由于天花板不夠高過時了，三元鋰電池流行當(dāng)?shù)馈?/div>
特斯拉不僅是最早選用“辣妹”的企業(yè)，而且還是“穿著最大膽的辣妹”。為什么這么說？三元鋰電池方案也被分為兩大流派。一是國內(nèi)常用的鎳鈷錳（NCM）：按照三者含量不同，NCM材料可分為NCM111、NCM523、NCM622、NCM811等，其中后面的數(shù)字代表的就是三者的比例，高鎳化能帶來更高的能量密度，也就越不穩(wěn)定。另外一大流派是特斯拉選用的鎳鈷鋁（NCA），常見的配比為8:1.5:0.5，已經(jīng)跟NCM體系中的高段位811有得一拼。
電池材料本身不夠穩(wěn)定，而且特斯拉又采用了大容量長續(xù)航的方案，一輛車的電池包集成了7000-9000余節(jié)18650型或21700型號電芯，每組電芯都有2個正負(fù)極觸電，連接電芯的觸電就多達(dá)14000-18000余個，可見監(jiān)控難度之大。據(jù)公開資料顯示，特斯拉采用的NCA三元鋰電池?zé)崾Э販囟炔怀^200度，再加上三元材料在達(dá)到一定溫度時，還會分解釋放出極其活潑的初生態(tài)氧，即使沒有外界氧氣供應(yīng)情況下，電池內(nèi)部同樣具備了燃燒三要素，這也是特斯拉起火后迅速蔓延而難以撲滅的原因所在。
雖然特斯拉在NCA選擇策略上是激進(jìn)的，但是到底整體電池方案是否安全，還需要考慮電池管理系統(tǒng)BMS（Battery Management System），如何避免電芯發(fā)熱甚至燃燒造成的事故呢？有兩點(diǎn)在電池管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)上需重點(diǎn)考慮：
1、要隔離開發(fā)生熱失控的電芯。當(dāng)熱失控發(fā)生，如果能夠?qū)l(fā)生問題的電芯或模組隔離開，就能夠有效降低損失，避免自燃。設(shè)計(jì)方案包括表面連接匯流結(jié)構(gòu)優(yōu)化散熱、下表面流道散熱設(shè)計(jì)、電芯連接間隔面的隔熱處理、以及電池包側(cè)面布置半導(dǎo)體加熱片的低溫加熱算法設(shè)計(jì)。這一系列設(shè)計(jì)保證了整個電池包有較為均勻的熱狀態(tài)，降低了熱失控發(fā)生的風(fēng)險。
2、電池狀態(tài)的精確估計(jì)，有助于實(shí)時監(jiān)測電池的充放電狀態(tài)，避免過充放造成的熱失控。通過狀態(tài)估計(jì)與電池內(nèi)短路模型的結(jié)合，可以有效識別是否發(fā)生了內(nèi)短路，進(jìn)而在熱濫用發(fā)生之初，就對系統(tǒng)發(fā)出警告。
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