電池組成本四年下降44%

　　早在上世紀(jì)70年代，英國(guó)賓漢頓大學(xué)的Whittingham女士就發(fā)明了18650電池，這種電池常應(yīng)用于筆記本電腦、強(qiáng)光手電等數(shù)碼產(chǎn)品上，但是，將這種直徑18mm、高65mm的圓柱形鋰電池用在汽車上，Tesla是第一個(gè)吃螃蟹的人。

　　Tesla的電池技術(shù)總監(jiān)Kurt Kelty曾經(jīng)表示：Tesla起初也嘗試了市面上超過300種電池，包括板形和方形電池，最終選擇了松下的18650電池，原因主要有以下四點(diǎn)：

　　●能量密度更大且穩(wěn)定性、一致性更好；

　　●可以有效降低電池系統(tǒng)的成本；

　　●全球每年生產(chǎn)數(shù)十億個(gè)18650電池，安全級(jí)別不斷提高；

　　●尺寸小但可控性高，即使電池組的某個(gè)單元發(fā)生故障，也能降低故障帶來的影響。

　　松下官網(wǎng)顯示，型號(hào)為NCR18650的鋰電池是一款高能量模型（HighCapacity）電池，該電池的名義伏特?cái)?shù)為3.6V，名義最小容量為2750毫安時(shí)，重量為45.5克。并且，在Tesla第二代車型Model S上使用的18650比之前Roadster的能量密度高出三成。

　　據(jù)Tesla首席技術(shù)官JB Straubel表述：從Roadster到Model S“轉(zhuǎn)型”的四年時(shí)間，電池組成本已經(jīng)下降了約44%，并且仍然會(huì)繼續(xù)下降。松下曾在2010年向Tesla投資3000萬美元，成為其股東之一。并且于2011年達(dá)成戰(zhàn)略協(xié)議，將負(fù)責(zé)Tesla今后5年全部車輛的電池供應(yīng)。按照Tesla目前預(yù)計(jì)每年2萬輛的產(chǎn)量，松下18650將裝配在超過8萬臺(tái)Model S上。

　　6831節(jié)鋰電池的爭(zhēng)議重組

　　18650存在安全風(fēng)險(xiǎn)是不爭(zhēng)的事實(shí)，Tesla如何“搞定”這一硬傷？秘密武器在于其電池管理系統(tǒng)，給出的解決方案是將6831節(jié)2安時(shí)左右的松下18650封裝電池通過串聯(lián)和并聯(lián)結(jié)合在一起。

　　要驅(qū)動(dòng)一輛電動(dòng)車，需要大量的18650電池，Tesla Roadster的電池系統(tǒng)包含6831節(jié)小電池，而Tesla Model S更是高達(dá)8000節(jié)，如何排列組裝這些數(shù)量眾多的小電池尤為重要。

　　這時(shí)候，Tesla創(chuàng)始人之一Marc Tarpenning以往的經(jīng)驗(yàn)派上了用場(chǎng)。他曾是這個(gè)領(lǐng)域的專家并成功出售過一家公司。他把網(wǎng)絡(luò)控制領(lǐng)域用程序控制成百上萬臺(tái)服務(wù)器的模式搬到了Tesla電池系統(tǒng)控制領(lǐng)域，通過一年的DOE(design of experiment，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì))，用分層次管理的辦法成功控制了這6831節(jié)小電池以及電壓和溫度：

　　●69個(gè)18650電池被并聯(lián)封裝成一個(gè)電池磚；

　　●99個(gè)電池磚串聯(lián)成一個(gè)電池片；

　　●11個(gè)電池片組成一個(gè)電池包，總計(jì)6831節(jié)。

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　　僅僅有這些層次還不夠，對(duì)于每一個(gè)層次都要進(jìn)行監(jiān)控，于是他們?cè)诿總€(gè)電池單元、每個(gè)電池磚、每個(gè)電池片的兩端均設(shè)置有保險(xiǎn)絲，一旦電池過熱或者電流過大則立刻融斷，斷開輸出。

　　僅僅有保險(xiǎn)絲還是不夠，于是：

　　●在每個(gè)電池片上，均設(shè)置有BMB (Battery Monitor board)即電池監(jiān)控板，用以監(jiān)控每個(gè)電池磚的電壓，溫度以及整個(gè)電池片的輸出電壓。

　　●在整個(gè)電池包上，設(shè)置有BSM（Battery System Monitor),用以監(jiān)控整個(gè)電池包的工作環(huán)境。包括電池包的電流、電壓、溫度、濕度、方位、煙霧等。

　　●在整車層面，設(shè)置有VSM (Vehicle SystemMonitor),用以監(jiān)控BSM。

　　這樣一套電池控制系統(tǒng)成為Tesla的技術(shù)核心,當(dāng)Tesla剛剛公布這套造價(jià)高昂的系統(tǒng)時(shí)（傳言高于20000美金），很多業(yè)內(nèi)人士不約而同地對(duì)其唱衰，認(rèn)為將7000個(gè)電池放在汽車?yán)锏男袨槭强尚Φ?。但事?shí)卻給予他們有力的回應(yīng)，雪佛蘭Volt起火、Fisker Karma車型更是一年內(nèi)發(fā)生三次自燃事件，而反觀Tesla，不論是Roadster還是Tesla Model S都從未發(fā)生過起火自燃事件。

　　等待檢驗(yàn)的NCA

　　Tesla已經(jīng)和豐田、戴姆勒等廠商在電動(dòng)車領(lǐng)域進(jìn)行合作，包括為smart、奔馳A級(jí)、奔馳B級(jí)等車型電動(dòng)版提供電池動(dòng)力，給豐田RAV4電動(dòng)車提供電池組和電機(jī)等。目前戴姆勒持有Tesla 4.3%的股份，豐田也持有Tesla 2.9%的股份。但是由于Tesla正式投入市場(chǎng)的產(chǎn)品時(shí)間不長(zhǎng)且數(shù)量不多，理論上完美的Tesla電池系統(tǒng)還需繼續(xù)面臨實(shí)踐檢驗(yàn)。

　　Tesla旗下首款車型Roadster使用的是18650鈷酸鋰電池，而第二款量產(chǎn)車型Model S使用的是松下定制的三元材料電池，即鎳鈷鋁三元正極材料的鋰電池，業(yè)界俗稱NCA。

　　鈷酸鋰電池技術(shù)最為成熟，較鎳鈷錳三元正極材料的鋰電池（NMC）或鎳鈷鋁三元正極材料的鋰電池（NCA）單位能量密度較高，但是成本也較高。Model S使用的電池?cái)?shù)量達(dá)到8000以上，比Roadster高出一千多節(jié)，但是成本卻下降了三成，正是得益于三元電池較好的成本控制。

　　鈷酸鋰的電熱峰值在200℃左右，相對(duì)磷酸鐵鋰要低。并且鈷酸鋰電池也確實(shí)沒有磷酸鐵鋰電池2000次左右的循環(huán)次數(shù)高。但是受制于技術(shù)的瓶頸，磷酸鐵鋰電池雖然更穩(wěn)定、循環(huán)次數(shù)更高，但一致性和單位能量密度較低，和鈷酸鋰電池二者各有優(yōu)勢(shì)。
 

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作者：tee