激进的电池技术策略可靠吗？
来源：宝鄂实业
2019-08-21 21:35
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现在电动车电池主流方案分为两大阵营，区分在于电池正极材料：一种是磷酸铁锂电池——能量密度有限、重量相对较高，但是具备价格更低、循环使用寿命更长以及耐高温更安全等特质；另外一种是三元锂电池，能量密度高且技术先进，但是安全性方面不如磷酸铁锂稳定。
如果说磷酸铁锂电池像乖乖女，那三元锂电池像辣妹：磷酸铁锂电池的储能最高仅150Wh/kg，而特斯拉采用的18650三元锂电池储能密度达到了250Wh/kg，最新采用的21700电池则超过了300Wh/kg，两者相差一倍之多。
由于磷酸铁锂电池的能量密度上限不高，制约了磷酸铁锂电池发展。在2016年之前，磷酸铁锂电池作为主要动力电池正极材料，产量和产能都迅速扩大，但在2016年之后，三元锂电池取代了磷酸铁锂电池成为了动力电池正极材料的主要发展方向。说白了就是磷酸铁锂电池由于天花板不够高过时了，三元锂电池流行当道。
特斯拉不仅是最早选用“辣妹”的企业，而且还是“穿着最大胆的辣妹”。为什么这么说？三元锂电池方案也被分为两大流派。一是国内常用的镍钴锰（NCM）：按照三者含量不同，NCM材料可分为NCM111、NCM523、NCM622、NCM811等，其中后面的数字代表的就是三者的比例，高镍化能带来更高的能量密度，也就越不稳定。另外一大流派是特斯拉选用的镍钴铝（NCA），常见的配比为8:1.5:0.5，已经跟NCM体系中的高段位811有得一拼。
电池材料本身不够稳定，而且特斯拉又采用了大容量长续航的方案，一辆车的电池包集成了7000-9000余节18650型或21700型号电芯，每组电芯都有2个正负极触电，连接电芯的触电就多达14000-18000余个，可见监控难度之大。据公开资料显示，特斯拉采用的NCA三元锂电池热失控温度不超过200度，再加上三元材料在达到一定温度时，还会分解释放出极其活泼的初生态氧，即使没有外界氧气供应情况下，电池内部同样具备了燃烧三要素，这也是特斯拉起火后迅速蔓延而难以扑灭的原因所在。
虽然特斯拉在NCA选择策略上是激进的，但是到底整体电池方案是否安全，还需要考虑电池管理系统BMS（Battery Management System），如何避免电芯发热甚至燃烧造成的事故呢？有两点在电池管理系统设计上需重点考虑：
1、要隔离开发生热失控的电芯。当热失控发生，如果能够将发生问题的电芯或模组隔离开，就能够有效降低损失，避免自燃。设计方案包括表面连接汇流结构优化散热、下表面流道散热设计、电芯连接间隔面的隔热处理、以及电池包侧面布置半导体加热片的低温加热算法设计。这一系列设计保证了整个电池包有较为均匀的热状态，降低了热失控发生的风险。
2、电池状态的精确估计，有助于实时监测电池的充放电状态，避免过充放造成的热失控。通过状态估计与电池内短路模型的结合，可以有效识别是否发生了内短路，进而在热滥用发生之初，就对系统发出警告。
