鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:3725次 | 2018年09月02日
一起來探秘特斯拉是如何管理7千多節(jié)電池
單就電池管理系統(tǒng)技術(shù)的水平來說,全球能和特斯拉叫板的恐怕沒有幾個(gè),特斯拉的ModelS用了7000多節(jié)18650電池,它是如何管理這么龐大數(shù)量且安全性并不理想的電池的呢?而比亞迪為什么在電池管理系統(tǒng)技術(shù)并不很強(qiáng)的情況下依舊也是做得風(fēng)生水起的呢?單就電池管理系統(tǒng)技術(shù)的水平來說,全球能和特斯拉叫板的恐怕沒有幾個(gè),特斯拉的ModelS用了7000多節(jié)18650電池,它是如何管理這么龐大數(shù)量且安全性并不理想的電池的呢?而比亞迪為什么在電池管理系統(tǒng)技術(shù)并不很強(qiáng)的情況下依舊也是做得風(fēng)生水起的呢?兩者對(duì)比來看就看到了問題的兩方面,對(duì)我國電動(dòng)汽車的發(fā)展有很好的指引意義。進(jìn)入正文前,先來簡單了解一下特斯拉。特斯拉是由MartinEberhard和MarcTarpenning等5位硅谷企業(yè)家建立的電動(dòng)汽車公司(TeslaMotors),公司根據(jù)電氣工程師和物理學(xué)家尼古拉·特斯拉(可見國外對(duì)工程技術(shù)人員懷有崇高的敬意,這蘊(yùn)含了公司的文化底蘊(yùn))命名,旨在加速讓世界成為電動(dòng)交通,使續(xù)航能力強(qiáng)的電動(dòng)車越來越可能被大眾消費(fèi)。而TeslaRoadster純電動(dòng)跑車使用的正是直接從尼古拉·特斯拉(NikolaTesla)1882年的原始設(shè)計(jì)繼承而來的交流電機(jī)。特斯拉于2006年開始使用鋰電池技術(shù)并研發(fā)出了第一輛續(xù)航能力達(dá)到320公里以上的純電動(dòng)跑車。保持長續(xù)航的特斯拉使用的的18650電池,為鈷酸鋰電池。鋰電池不只鈷酸鋰電池這一種,而特斯拉為什么偏好松下的18650鈷酸鋰電池呢?同時(shí)選擇這種電池對(duì)特斯拉的電池管理系統(tǒng)提出了什么樣的要求呢?
1.特斯拉為什么選擇松下的18650電池有人或許會(huì)問特斯拉為什么會(huì)選擇松下的電池呢?目前就筆者了解到的資料來看,特斯拉也有些許的無奈。早先特斯拉技術(shù)路線定位為把單節(jié)鋰電池的容量做大,但因?yàn)樘蕾嚰夹g(shù)原理性的突破,因此進(jìn)展并不理想。所以后來只能尋求別的辦法,也就是現(xiàn)在眾所周知的多節(jié)電池組合成塊,塊再繼續(xù)組合成整塊車用電池。單節(jié)電池的容量沒有增加要保證長續(xù)航就要消耗巨量的電池。松下NCR186503100mah,除了測試一致性最好,充放電次數(shù)多,安全性相對(duì)較好以外,最重要的是能量大,重量輕,價(jià)格也不高。且松下前期給特斯拉供應(yīng)電池時(shí),以單節(jié)$2的價(jià)格供貨(這在當(dāng)時(shí)是低于松下單節(jié)電池的成本價(jià)的),這當(dāng)然對(duì)特斯拉是非常有利的。而同期18650電池做的比較強(qiáng)的SamsungSDI雖然價(jià)格低,但是單節(jié)電池容量低不適合電動(dòng)汽車使用,所以特斯拉選擇了松下。而其他電動(dòng)汽車廠商大都采用大電池,最多只有幾百塊,也沒有精確到每塊電池的控制系統(tǒng)。
2.特斯拉為什么要搞這么復(fù)雜的電池控制系統(tǒng)?為了能夠使用高性能的18650鈷鋰電池,高性能電池帶來高性能車。因?yàn)?8650鈷鋰電池的高危性,沒有一套靠譜的系統(tǒng),安全性就不能保證。這也是大多數(shù)廠商無論電力車,插電車,混合動(dòng)力車都不太敢用鈷鋰電池,特別是大容量鈷鋰電池的原因。而特斯拉頂配的ModelS使用了接近7000塊松下NCR186503100mah電池,對(duì)電池兩次分組,做串并聯(lián)。設(shè)置傳感器,感知每塊電池的工作狀態(tài)和溫度情況,由電池控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。防止出現(xiàn)過熱短路溫度差異等危險(xiǎn)情況。在日常使用中,保證電池在大電流沖放電下的安全性。3.特斯拉如何管理7000多節(jié)電池現(xiàn)就特斯拉的MODELS來看,整車一共有16塊電池組,每塊電池組共有444節(jié)電池(每74節(jié)并聯(lián)成一組,整塊電池板由6組電池串聯(lián)而成)。所以我們可以算出在這款特斯拉MODELS85車型上一共有7104節(jié)18650鋰電池。特斯拉的電池主控模塊完全由特斯拉自行研發(fā)的,電路板上使用了大量的電阻和電容進(jìn)行信號(hào)調(diào)理,僅電路板的一面就有6組電信號(hào)的采集線路。由于特斯拉使用的是18650鋰電池,這種鋰電池就是我們筆記本電腦中使用的電池,所以其電控方面的技術(shù)是非常成熟的,但相比筆記本電池,充放電管理芯片和電池計(jì)量管理芯片要復(fù)雜的多,其復(fù)雜的地方應(yīng)該在多路的電池信號(hào)采集和控制算法上,畢竟電動(dòng)汽車成百上千節(jié)電池的監(jiān)控和筆記本電腦10節(jié)左右的電池監(jiān)控不在一個(gè)數(shù)量級(jí)上。這樣特斯拉把電池用軟件實(shí)時(shí)監(jiān)控起來,保持電池的一致性,并做到充放電的安全,利用完善的電池管理系統(tǒng),特斯拉就敢于上馬安全性相對(duì)低的鈷鋰電池。高容量的鈷鋰電池提供同等重量下的其他電池更強(qiáng)的續(xù)航能力,而特斯拉先進(jìn)的電池管理系統(tǒng)又保證了電池的安全性。但是近來發(fā)生的幾起電池起火事故證明這種解決方案并不是完美無缺的。
魚和熊掌不可兼得的情況下,我們看看比亞迪是怎么做的?
4.比亞迪如何管理電池的比亞迪對(duì)電池的處理迥異特斯拉,比亞迪更少關(guān)注電池系統(tǒng)的管理更側(cè)重于單塊電池的效能的提高,這也不難理解,相比于特斯拉比亞迪有原始的電池技術(shù)積累,不像特斯拉那樣處處制肘于松下電池。那么電池技術(shù)積累雄厚的比亞迪電池是怎樣的呢?如何進(jìn)行有效管理控制的呢?
比亞迪的磷酸鐵鋰電池容量高,據(jù)稱某款車一次充電以后能夠行駛到350公里。另外,磷酸鐵鋰電池相較于鈷鋰電池安全性更高,所以比亞迪電動(dòng)汽車在電池管理方面不需要苛刻的要求就能做到安全。例如比亞迪一款電動(dòng)車匹配了96塊3.3V電池,安裝位置在車身底盤部分,排列方式為縱向24塊、橫向4排。需要特別指出的是,磷酸鐵鋰可以做成更大體積的電池,而不是像鈷鋰電池電池那樣做成體積較小的圓形電池節(jié),96塊電池與7000節(jié)電池對(duì)比可以看出,兩者之間電池管理系統(tǒng)的要求不在一個(gè)數(shù)量級(jí)上。所以比亞迪電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)落后于特斯拉也是情有可原的。5.對(duì)我國電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)的發(fā)展有什么啟示筆者拿出比亞迪與特斯拉的電池管理系統(tǒng)對(duì)比,并不是要評(píng)出優(yōu)劣,這是技術(shù)選擇的兩方面,就現(xiàn)今狀況下,很難說出孰優(yōu)孰劣。電池管理技術(shù)在我國在廣受關(guān)注,有不少廠家和科研院校也在做這方面的研究嘗試,只不過相較于被熱捧的電池單體容量的提升來說,噱頭少些,不過這在電動(dòng)汽車發(fā)展的進(jìn)程中是不可缺少的一個(gè)方面。試想,安全的電池單體容量提升,同時(shí)在另一領(lǐng)域電池管理技術(shù)也非常的成熟,那么長續(xù)航高速的電動(dòng)車就不遠(yuǎn)了!