特斯拉为什么坚持使用钴酸锂电池？钴酸锂电池特点介绍

　　作为电动车的核心部件之一，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增长之后，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，电池对电动车的作用不言而喻。因为本身性能较稳定、安全系数较高且可循环充电次数多，磷酸铁锂电池是目前市场上动力电池的首选，如雪佛兰Volt、日产Leaf、比亚迪E6和Fisker Karma。

 

　　在汽车上使用钴酸锂电池，特斯拉算第一个

 

　　特斯拉则有些另类，他旗下的Roadster和Model S使用的是18650钴酸锂电池。与磷酸铁锂电池相比，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。如果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。

 

　　但实际上，被认为更安全可靠的磷酸铁锂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)大约是比亚迪电动车磷酸铁锂电池能量密度的两倍。

 

特斯拉为何坚持使用钴酸锂电池？

 

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Kurt Kelty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Model S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JB Straubel表述：从Roadster到Model S”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Model S上。

 

　　6831节锂电池的神奇重组

 

　　18650存在安全风险是不争的事实，特斯拉如何”搞定”这一硬伤？秘密武器在于其电池管理系统，给出的解决方案是将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电池？

 

Tesla Roadster电动跑车动力系统

 

　　要驱动一辆电动车，需要大量的18650电池，Tesla Roadster的电池系统包含6831节小电池，而Tesla Model S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Marc Tarpenning以往的经验派上了用场。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(design of experiment，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，对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。