Tesla 的电池管理系统与其他电动汽车相比有哪些优势？

作为锂电池家族的重要组成，18650电池早年被广泛运用于消费类电子产品中。近几年来随着新能源汽车的强势崛起，18650电池也开始被运用到新能源汽车行业。

　　除去老牌的特斯拉，目前包括保时捷与国内的江淮、众泰、长安、广汽等也纷纷加入到18650电池车型的研发队伍中来。业内人士称，未来会有更多车型“恋上”18650电池，推动着18650电池的运用之路发生颠覆性的改变。

　　18650电池优势明显

　　“日本厂商在18650电池的生产工艺上积累了大量的经验，其生产出来的18650电池在一致性和安全性上面都达到了比较高的水准，被行业称为‘标杆’。”中国微型电动车产业技术创新联盟副秘书长罗会明看来，这就是为什么特斯拉会选用日本18650电池的主因。

　　广西卓能新能源科技有限公司总经理邓纶浩也提到，“由于18650电池的生产自动化程度高，稳定性较好，可替换性高，使得18650电池在系统开发的模块化以及标准化程度上均具有无以伦比的独特优势。可以有效地降低生产成本，节约劳动力”。

　　能量密度方面，Model S使用的是3.1Ah，能量密度约为252Wh/kg的18650电池。而丰田Leaf所用的软包电池是33Ah，单体电池能量密度为150Wh/kg。显而易见，18650电池在能量密度方面，要优于软包电池。因此，18650电池尤其是应用在微小型电动车上时，具有很大的优势。

　　微小型电动车的特点在于体积小、设计灵活、售价极低。“18650电池特点就是能量密度高、单个体积小、成本低。” 北京理工大学教授孙立清称，18650电池用于微型电动车能够在小的空间实现更多的装载量，实现了最大化的利用，未来18650电池在微小型电动车领域会得到更好地应用，所占份额也会越来越大。

. 一致性

18650电池是最早、最成熟、最稳定的锂离子电池，广泛应用在电子产品中，每年的出货量大约有几十亿节。多年来，日本厂商在18650电池的生产工艺上积累了大量的经验，使得产出的18650电池的一致性、安全性都达到了非常高的水准。

在与美国一位电池界教授交流的过程中，他半戏谑地说过一番话：如果你从日本某厂商直接购买了同一批次的电池，然后用你的电池充放电测试仪器去同时测试它们，如果发现不同通道测出的放电曲线不一样，你应该怀疑你的设备而不是电池的一致性。

相比之下，层叠式锂离子电池远远没有成熟，甚至连尺寸、大小、极耳位置等都不统一，电池厂商所具备的经验也很不足，电池的一致性达不到18650电池的水准。如果电池的一致性达不到要求，大量电池串、并联形成的电池组的管理将是一场梦魇。

总结来说，18650电池的单体容量小（一般不会超过3 Ah），所需的单体数量会很多（Roadster有6831节），但是一致性很好；层叠式电池的容量可以做得较大（30 Ah甚至40 Ah），单体数量可以降低，但是一致性差。

Tesla不是一家电池厂商，它在电池生产技术方面不会有太多的积累，现阶段也很难投入大量的人力物力与电池供应商一起去改善层叠式电池的生产工艺。因此，在研发Roadster和Model S的时候，Tesla的唯一选择是从市场上去购买电池，自行开发电池系统。开发一套管理6000多节单体一致性很好的电池系统与开发一套200多节一致性很差的电池系统，相比之下，前者的技术难度应该更低一些。即使单体电池数目增多，但是如果这些电池的性能是可靠的，管理起来还是容易一些。

对比另一款很成功的纯电动汽车，日产的LEAF，它采用的是层叠式锂离子电池。这是因为日产与NEC合作多年，在电池技术方面积累很深厚，在品质控制方面应该有相当的功力。LEAF的电池来自AESC，日产与NEC的合资公司。

对比下美、日、中等不同地区的汽车厂商在开发电动汽车时与电池厂商的合纵连横是一件非常有意思的事情。

b. 成本

Tesla采用18650电池，就可以利用日本松下等厂商之前的生产线进行生产。在消费类电子产品所用18650电池竞争日趋激烈的情况下，我想松下等厂商是非常乐意与Tesla合作升级产品，将原有的生产线改良后用于生产动力电池。

另外，工业生产有一个规模效应，当生产产品的规模达到一个量级之后，成本会大大降低。一辆Tesla就需要上千节18650电池，因此单体的采购价格应该可以压得比较低。

c. 散热能力

 层叠式电池的厚度薄、表面大，均热、散热能力都不错，因此日产的LEAF很大胆地采用了被动式热管理系统（其实就是不管理！），由空气的自然对流将热量带走。 LEAF的单体电池是这个样子的：

由四节单体电池两并两串组成的电池模块是这个样子的：

由48个电池模块串联组成的电池组是这个样子的：

可以看到，电池组上没有任何的风扇、冷却液管道等热管理系统。大概这就是无招胜有招。

反过来看Tesla，18650电池的个头比较小，在正常充放电时单体电池内部的温差也不会太大。但是，6000多个单体电池的温度也应当保持在不超过5°C的范围内，这是一件非常困难的事情。但是，Tesla做到了。怎么做到的？再放一张Tesla冷却系统的图：

这些管道是冷却液的流道，流道交叉布置的样子很像发动机的排气歧管，这是为了使得各路管道的流动阻力大致平衡。

总结来说，由于采用了小容量的18650电池，Tesla的热管理系统的复杂度是大大增加了的。也就是说，如果从散热能力方面考虑，使用小容量的18650电池不是最优选。

d. 能量密度

谈到能量密度，就必须区分单体电池的能量密度与电池组的能量密度。

就单体电池的能量密度来看，18650电池是要高于层叠式锂离子电池。我这里查到的日产LEAF所用的33 Ah锂离子电池的能量密度是157 Wh/kg，GM Volt所用的层叠式电池的能量密度约为150 Wh/kg；而Roadster所用的18650电池的能量密度约为211 Wh/kg。（注：Roadster和Volt都没有查到原装电池数据，我是根据相同电池厂商生产的相同容量的电池的数据计算得到的）

但是，18650电池的管理系统更加复杂，由此额外增加的重量会使得电池组的能量密度远低于单体的能量密度。Roadster的电池组重量是450 kg，能量密度是118 Wh/kg，而LEAF电池组的重量是225 kg，能量密度是107 Wh/kg。在电池组层次，两者的能量密度已经不相上下。

Model S的设计应当比Roadster优秀得多，但是这方面的资料我还没有收集到太多，现在还没有办法做分析。

e. 安全性

前面提到层叠式锂离子电池的各种优点，但它也有一些缺点。由于层叠式锂离子电池一般是采用铝塑膜封装的，而铝塑膜的厚度薄，机械强度差，在汽车发生碰撞等极端情况下，铝塑膜很容易发生破损导致安全事故产生。这也就解释了为什么日产要在4个单体组成的电池模块外面再加一个铝壳。

18650电池一般是钢壳，安全性更好；而且前面也提到随着18650电池生产工艺水平的的不断提高，安全性也在不断提高。

Tesla在应对这些18650电池可能出现的安全事故上，也倾注了很多心血。如果一个单体电池出现温度过高等异常情况，根据异常情况的恶劣程度，这枚电池或其所在的模组会断电以防止事故的蔓延。由于单体容量小，只要不发生蔓延，事故的严重程度将是较低的。

我认为，Tesla当时采用18650电池，的确是最优选择。但是，随着Tesla在电池领域的经验不断积累，他们应该会尝试其他构型的电池。

　　邓纶浩也向记者透露，卓能新能源将在今年下半年开始批量生产2.9Ah的18650电池。

　　然而，任何事物都具有它的双面性，利弊并存是事物常态。18650电池除了具有上述优势之外，其劣势也不能忽略。
 

　　“动力电池在运行过程中，要达到安全标准，电池管理系统起着举足轻重的作用。18650电池的最大缺陷就在于它的单个电池容量较低，普遍在2~4Ah左右，因此所需的电池数量非常多，电池管理更复杂。”孙立清提到，这就导致18650电池散热时需要热管理系统，由于单体内部温差小，整个电池组温差要保持在适宜范围内较为困难。

1、出色的电池

　　在电动车产品中，一般分为“有脚踏的电动自行车”（小而轻）与“无脚踏的电动踏板车”（大而沉），例如市面上质量好一些的“电动自行车”使用的48V 12AH锂电池，容量576WH，也就是0.576度电，续航30-35公里左右，这对于续航无需太长，速度无需太快的电动自行车可能够了，但如果搬到个头大又沉的电动踏板车上，续航速度会变差，消费者肯定不会买账，解决办法就是提高电池容量，而提高锂电池带来的是成本直线上升1000-2000元，电动踏板车本来就比电动自行车贵，如果再算上增加的电池成本，一般消费者就会难以接受。

　　So，我们就见到了市面上的电动踏板车基本都是采用铅酸电池，某大品牌电动车旗下顶级产品号称电摩的用的是60V 28AH，1680WH，也就是1.68度容量的铅酸电池，而这车的售价也是近5000元了。 

　　我们回头再来看小牛，3999元的都市版是60V 20AH，1200WH，1.2度电，4999元的动力版是60V 26AH，这可就是1560WH了，1.56度电，相近的价格，相近的电池容量，小牛用的是性能更佳、重量更轻的锂电池，因此小牛的售价一点儿不贵。

　　另外，小牛用的还是松下产的比较好的18650电芯，光电池的成本应该就要1700、1800了，还要包含电控的设计，电池的保护板，外观设计，防水设计，综合下来相当超值。

　　不过，微型电动车动力要求在10-20 kWh之间，对18650电池的需求量在1000-2000支之间，这对于电池系统的组装、连接的考验不大，国内已经出现几家18650电池系统集成商，可满足客户的需求。同时，由于串联数量相对乘用车要少，所以管理起来相对容易。

　　乘用车方面，特斯拉汽车需要7000—8000只18650电池可靠地连接成模组，“特斯拉之所以敢于使用近8000只的18650电池进行连接成模组，主要基于好品质的电芯和无可比拟的焊接技术。”邓纶浩认为，18650电池虽有缺陷，但不妨碍它融入动力电池的大家庭。