会员登陆  账号 密码 注册|忘记密码?

揭开特斯拉动力电池系统背后的数字奥秘

来源:高工锂电作者:综合
浏览:2014-5-17 11:02:17
[标签]:特斯拉电池,特斯拉数字奥秘
[提要] 在电动汽车产业全球炙手可热的今天,Tesla无疑是那颗最耀眼璀璨的新星,电动汽车界当之无愧的“苹果”,特斯拉电动汽车的心脏,无疑是它独特的动力电池系统,这也是Tesla核心技术之所在。
  
  松下使用的NAC正极材料是由日本住友金属矿山(SMM)生产的,SMM是目前全球最大的NCA正极材料生产商,而松下是其唯一客户。当然我们也要清醒地认识到,由于NCA的安全性以及长期循环性问题,单独使用NCA制作大容量动力电池是不适合的, LMO少量地混合NCA是一个切实可行的动力电池解决方案。​

  很多读者对于Model S 483Km最大理论行驶感到兴奋鼓舞,认为电动汽车在行驶里程上终于可以跟普通轿车匹敌了,但笔者个人认为,对这个问题我们要冷静分析。7623颗松下3.1Ah18650电芯的重量占到了整车净重的16%,这个数值比普通轿车发动机的重量比例还高,而且Pack + BMS额外还要额外消耗10%的重量。那么我们就可以很清楚地看到,Model S的实际上通过牺牲有效载荷为代价,来提高续航里程的。根据BMW的计算,消费者对纯电动汽车可接受的最低实际行驶里程是300Km,如果在保持动力电池组的重量跟现有汽车的发动机+油箱差不多的情况下,动力电池系统的能量密度就要达到250Wh/Kg 的水平。事实上, Tesla的实际数据和BMW的计算结果非常接近。Model S在实际工况下350Km左右的续航里程仅仅是刚刚满足消费者最低需求而已,并且这还是在较大幅度牺牲有效载荷的前提条件下实现的。当然了,Tesla 定位是高级跑车,有效载荷低并不是大问题,但对于定位为家庭轿车的普通电动汽车而言,这就成了一个很大的缺点了。​ ​  
  那么Model S的续航里程还有没有进一步提升的空间?由于续航里程跟电池组能够提供的能量成正比,所以要么保持电池数目不变而提高18650电芯的能量密度,要么增加电池的数量。如果简单增加电池数量,那么必然导致整车重量有较大增加而进一步压缩目前本来就不高的有效载荷量,所以笔者个人认为这个方向行不通。那么,唯一可行的就只有进一步提升单体电芯的能量密度这一条路了。​

  我们从表2可以看到,2012年下半年松下已经量产了3.4Ah18650电芯,能量密度较3.1Ah有5%的提升。如果采用新型3.4Ah电芯,相应的续航里程可以增加5%,但是这点提高在笔者看来基本上没有什么实质性的意义。​ ​  
  当然有读者可能会说,Tesla将来可能会选用松下在2013年下半年才小批量试生产的4.0Ah超高容量18650电芯。笔者个人认为这个可能性很小,因为其能量密度只有252 Wh/Kg,比3.4Ah电芯的265 Wh/Kg反而降低了5%。为什么4.0Ah电芯容量比3.4Ah电芯增加了18%,而能量密度却反而降低了呢?这是因为4.0Ah高容量电芯采用Si/C复合负极导致平均工作电压降低了0.2V,并且电芯重量较大幅度增加,这两个因素抵消了容量增加对能量密度提升的贡献。另外,根据笔者测试经验,基于Si/C复合负极的容量型电芯,目前而言循环性很难超过500次,这显然是无法满足EV使用要求的。​ ​  
  从上面的分析我们可以看到,Tesla 的续航里程实际上已经达到了一个瓶颈,这个瓶颈的本质就是目前锂离子电池的实际能量密度水平已经接近极限,再进一步提升的空间非常有限。如果从电化学原理的角度思考,这个问题并不难理解,化学电源的能量密度增加并不遵循摩尔定律。所以,笔者不认为Tesla未来会在续航里程这个最关键技术指标上取得突破性进展,除非采用能量密度比锂电更高的新一代电化学储能体系。新一代电化学储能体系会是什么?锂硫和锂空是否有可能?目前看来可能性很小。理论上,只有燃料电池(FC)可以让EV行驶里程接近目前普通轿车的水平,但燃料电池跟锂电在原理和工作方式上有本质的不同。​

  Model S电池组目前是8年质保期,如果按照1700次循环,计算下来每年可以循环200次多一点。那么对应每个循环的使用时间就是365天÷200周=1.82天/周,也就是说Model S每天可以驾驶的理论最大里程为480Km÷1.82day=263Km/day。那么,263Km对于美国人而言是否够用呢?根据一项调查结果显示, 中国人每天坐公交或者开车来回上下班可以接受的平均距离是30Km,这个距离意味着每天来回至少有2 小时消耗在路上,而极限距离是5 0 K m , 相当于每天耗费3小时在路上,这个距离或者时间身体会明显感觉疲惫。​ ​  
  而对于美国人而言,由于人口密度小以及美国的汽车文化,使得美国人的居住到工作距离大大延长,这两个距离就相应地扩大到80Km和120Km了。我们可以看到,一天240Km的行程, ModelS是完全可以胜任的。也就是说,Model S 8年的电池质保是通过计算制定出来的,绝对不是Musk拍脑袋瓜子想当然的结果。当然,8年的电池质保,跟我们一般设想的电动车电池10年的基本使用要求还有一定距离。​

4. 新一代Tesla 是否可行?​ ​  
  Musk 已经数次公开表示,希望在2017年推出Tesla Gen 3,也就是大多数人买得起的第三代Tesla,价格在$35000左右,续航数达到300Km(200mils)。但是Musk并没有透露Tesla Gen3任何技术细节,因为这属于Tesla的核心商业机密。很多人会问,就这个价格和续航里程目标,Tesla Gen 3能否在2017年实现量产?我们不防做些简单的数学计算来分析一下。​ ​  
  假设Tesla Gen 3的净重跟Model S差不多的话,那么根据能量守恒定律,我们可以估算出它的功率为 85KWh ×(200mils/300mils)=57KWh。但是考虑到这个功率下电芯的数量将有大幅下降而带动整车重量也有较大下降, 所以笔者认为50KWh的能量足够了。5 0 K W h 对应着 50000Wh÷12.2 Wh=4098颗3.4Ah新型18650电芯。4 0 9 8 颗电芯的重量为 4100×46g=188.5Kg,比Model S的338Kg降低了45%!那么,相应的电池Pack重量也有45%的下降,也就是说50KWh的能量足够300Km的续航里程。​ ​

[共 6 页]  上一页  [1]  [2]  [3]  [4]  [5]  [6]  下一页

相关阅读:(更多关于“特斯拉电池 特斯拉的奥秘”)

    暂无信息
正在加载...

品牌关注排行榜

  1. 爱玛260239
  2. 雅迪238633
  3. 小刀190643
  4. 比德文176714
  5. 台铃56981
  6. 踏浪50241
  7. 松吉46092
  8. 绿源42211
  9. 金彭30708
  10. 喜德盛30333