特斯拉為什么采用18650電池？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-10-12 16:39
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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(zhǔn)。
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(zhǔn)。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^3 Ah），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（30 Ah甚至40 Ah），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Model S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。
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(dāng)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。 LEAF的單體電池是這個樣子的：
由四節(jié)單體電池兩并兩串組成的電池模塊是這個樣子的：
由48個電池模塊串聯(lián)組成的電池組是這個樣子的：
可以看到，電池組上沒有任何的風(fēng)扇、冷卻液管道等熱管理系統(tǒng)。大概這就是無招勝有招。
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(dāng)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？再放一張?zhí)厮估鋮s系統(tǒng)的圖：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)計應(yīng)當(dāng)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。
e. 安全性
前面提到層疊式鋰離子電池的各種優(yōu)點，但它也有一些缺點。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，機械強度差，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個單體組成的電池模塊外面再加一個鋁殼。
18650電池一般是鋼殼，安全性更好；而且前面也提到隨著18650電池生產(chǎn)工藝水平的的不斷提高，安全性也在不斷提高。
特斯拉在應(yīng)對這些18650電池可能出現(xiàn)的安全事故上，也傾注了很多心血。如果一個單體電池出現(xiàn)溫度過高等異常情況，根據(jù)異常情況的惡劣程度，這枚電池或其所在的模組會斷電以防止事故的蔓延。由于單體容量小，只要不發(fā)生蔓延，事故的嚴重程度將是較低的。
