钜大LARGE | 点击量：754次 | 2023年02月06日
特斯拉为什么坚持使用钴酸锂离子电池呢？
作为电动汽车的核心部件之一，特斯拉（Tesla）的电池曾经被嘲笑、被诟病，甚至在实现销售爆发式上升之后，仍有很多业界专家称其电池技术老旧、无核心竞争力。原因在于特斯拉是唯一一家采用18650型钴酸锂离子电池的公司，这种电池一直用于笔记本电脑中，难登电动汽车之大雅之堂，并且存在安全隐患。事实果真如此吗？
据报道，作为动力输出的后盾，电池对电动汽车的用途不言而喻。因为本身性能较稳定、安全系数较高且可循环充电次数多，磷酸铁锂离子电池是目前市场上动力锂电池的首选，如雪佛兰Volt、日产Leaf、比亚迪E6和FiskerKarma。
在汽车上使用钴酸锂离子电池，特斯拉算第一个
特斯拉则有些另类，他旗下的Roadster和ModelS使用的是18650钴酸锂离子电池。与磷酸铁锂离子电池相比，这种电池虽然技术较为成熟，功率高、能量密度大、且一致性较高，但安全系数较低，热特性和电特性较差，成本也相对较高。
据业内人士介绍，18650电池外电压但凡低于2.7V或高于3.3V，都会出现过热的症状。假如电池组较大且组内温度梯度控制得不好，就会存在很大的起火风险。而电池技术的关键恰恰就是电压电流和热量控制，难怪Tesla被批评为电池技术不靠谱。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
但实际上，被认为更安全可靠的磷酸铁锂离子电池也并非万无一失。在制备的烧结过程中，氧化铁在高温环境下存在被还原成单质铁的可能性，单质铁会引起电池的微短路，这是电池中很忌讳的物质。此外，磷酸铁锂离子电池在实际生产中充放电曲线差异大，一致性较差且能量密度较低，这直接影响到电动汽车敏感的续航问题。海通国际证券公司最新的研报显示：特斯拉电池能量密度(170wh/kg)大约是比亚迪电动汽车磷酸铁锂离子电池能量密度的两倍。
特斯拉为何坚持使用钴酸锂离子电池？
特斯拉使用的18650电池
早在上世纪70年代，英国宾汉顿大学的Whittingham女士就发明了18650电池，这种电池常应用于笔记本电脑、强光手电等数码产品上，但是，将这种直径18mm、高65mm的圆柱形锂离子电池用在汽车上，特斯拉是第一个吃螃蟹的人。
特斯拉的电池技术总监KurtKelty曾经表示：特斯拉起初也尝试了市面上超过300种电池，包括板型和方型电池，最终选择了松下的18650电池，一方面，18650的能量密度更大且稳定性与一致性更好。另一方面，18650可以有效降低电池系统的成本。并且，虽然每个电池单元的尺寸小，但每个单元的能量可控制在较小的范围，与使用大尺寸电池单元时相比，即使电池组的某个单元发生故障，也能降低故障带来的影响。此外，全球每年要生产数十亿个18650型电池单元，安全级别也在不断提高。松下官网显示，型号为NCR18650的锂离子电池是一款高能量模型(HighCapacity)电池，该电池的名义伏特数为3.6V，名义最小容量为2750毫安时，重量为45.5克。并且，在特斯拉第二代车型ModelS上使用的18650比之前Roadster的能量密度高出3成。
据特斯拉首席技术官JBStraubel表述：从Roadster到ModelS转型的四年时间，电池组成本已经下降了约44%，并且仍然会继续下降。松下曾在2010年向特斯拉投资3000万美元，成为其股东之一。并且于2011年达成战略协议，将负责特斯拉今后5年全部车辆的电池供应。按照特斯拉目前预计每年2万辆的产量，松下18650将装配在超过8万台ModelS上。
6831节锂离子电池的神奇重组
18650存在安全风险是不争的事实，特斯拉如何搞定这一硬伤？秘密在于其电池管理系统，给出的解决方法是将6831节2安时左右的松下18650封装电池通过串联和并联结合在一起。
特斯拉为何坚持使用钴酸锂离子电池？
TeslaRoadster电动跑车动力系统
要驱动一辆电动汽车，要大量的18650电池，TeslaRoadster的电池系统包含6831节小电池，而TeslaModelS更是高达8000节，如何排列组装这些数量众多的小电池尤为重要。
这时候，特斯拉创始人之一MarcTarpenning以往的相关经验派上了用场。他曾是这个领域的专家并成功出售过一家公司。他把网络控制领域用程序控制成百上万台服务器的模式搬到了特斯拉电池系统控制领域，通过一年的DOE(designofexperiment，实验设计)，用分层次管理的办法成功控制了这6831节小电池以及电压和温度：
69个18650电池被并联封装成一个电池砖；
99个电池砖串联成一个电池片；
11个电池片组成一个电池包，总计6831节。
仅仅有这些层次还不够，关于每一个层次都要进行监控，于是他们在每个电池单元、每个电池砖、每个电池片的两端均设置有保险丝，一旦电池过热或者电流过大则立刻融断，断开输出。仅仅有保险丝还是不够，于是：
在每个电池片上，均设置有BMB(BatteryMonitorboard)即电池监控板，用以监控每个电池砖的电压，温度以及整个电池片的输出电压。
在整个电池包上，设置有BSM(BatterySystemMonitor)，用以监控整个电池包的工作环境。包括电池包的电流，电压，温度，湿度，方位，烟雾等。
在整车层面，设置有VSM(VehicleSystemMonitor)，用以监控BSM。
这样一套电池控制系统成为Tesla的技术核心，当特斯拉刚刚公布这套造价高昂的系统时(传言高于20000美金)，很多业内人士不约而同地对其唱衰，认为将7000个电池放在汽车里的行为是可笑的。但事实却给予他们有力的回应，雪佛兰Volt起火、FiskerKarma车型更是一年内发生三次自燃事件，而反观特斯拉，不论是Roadster还是TeslaModelS都从未发生过起火自燃事件。
特斯拉为何坚持使用钴酸锂离子电池？
TeslaModelS电池板与车架融为一体的设计
特斯拉已经和丰田、戴姆勒等厂商在电动汽车领域进行合作，包括为smart、奔驰A级、奔驰B级等车型电动版供应电池动力，给丰田RAV4电动汽车供应电池组和电机等。目前戴姆勒持有特斯拉4.3%的股份，丰田也持有特斯拉2.9%的股份。但是由于特斯拉正式投入市场的产品时间不长且数量不多，理论上完美的特斯拉电池系统还需继续面对实践检验。
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