新能源汽车电池大战:比亚迪锰料PK特斯拉BMS

2014-09-15 18:29:43来源: OFweek锂电网
    特斯拉:从锂电池瓶颈到BMS新生

   特斯拉被称为硅谷最有可能接过乔布斯衣钵的人。他们两人确实都有一个共同的特点:能在决定行业发展的基础技术停滞不前的情况下,产生颠覆式创新。

  基础技术是极难突破的,所以,很多人认为当技术发展遇到瓶颈的时候,行业必然就停滞不前。以电动汽车为例。电动汽车不温不火存在很久了,即使这些年全球政府对环保空前重视,各种补贴各种政策利好,也没见哪款电动汽车真正火起来,原因就是电池技术的徘徊不前。但是之前一个主要混互联网圈的人物,仅仅几年的时间,就开发出一款让传统汽车巨头相形见绌的电动汽车——Tesla Model S,成功炒热了市场并且吸引了全球目光,这种颠覆发生在老迈的汽车工业简直让人难以置信...

  不但是我们媒体和普通消费者没有搞明白,其他汽车厂商巨头也十分困惑:作为毫无根基的后来者,Tesla电动汽车是将跑车级性能、惊人的安全性、智能化操控/高可靠性融为一体,实现从产品到营销上对传统巨头的全面超越。

  不扯晦涩难懂的技术细节,Elon Musk本人的投资发展轨迹非常值得寻味:

  ElonMush前后做过PayPal、SpaceX、Sloaercity,进入的每一个领域,都有一个共同点——整合成熟技术去入侵那些“沉迷”于基础研发而长期无法突破的行业。不是解决了基础问题,而是跨界整合。SpaceX用成熟的液体火箭技术,降低了火箭的制造和发射成本,不像NASA那样常年执着于基础研发。Solaercity也没有在太阳能板技术上取得突破,而只是创造了一种新的消费融资模式。

  至于本文讨论的Tesla Model S,更是跨界整合的典范。Tesla是将成熟的服务器集群管理和18650锂电池技术进行整合,创造出强大的BMS电池管理系统。而不是Fisker那样深挖电池的能量密度。

  先挑一个因基础技术难以获得突破而长期徘徊不前的行业,恰好这个行业的许多厂商也沉迷于基础技术研发,没看到跨界整合改进现有产品的潜力...

  这只是第一步。Elon Musk能做出像Tesla Model S这样颠覆传统电动汽车的极致产品,闪光的是他解决问题的思路。

  一般的产品经理,非常熟悉了归纳和类比的产品思维。创新的方式往往类比市面上现有的一些产品,然后归纳出来一些结论:对比自己的产品和市面是几个卖的好的优秀产品,缺哪些功能就补上,什么地方相比之下做的不够好,就设法在那个方向上获得突破,无论是功能的缺失、创新的有无、营销的效果,都亦步亦趋总结别人的优点、类比自己的不足。

    归纳和类比的思维指导下,传统厂商往往获得的是产品功能的堆叠和优化。Musk则更喜欢用推理法:回归这个行业存在的理由,而不是参考现状,然后推理出来一个最符合本质的模型。

  Musk的推理演绎法要求将事物缩减至最核心的本质,并从根本向外延伸。传统电动汽车,追求高性能,可靠性和安全性就难以保证。反过来,追求可靠性/安全性,性能羸弱驾车体验太差,性能/价格比毫无市场竞争力。性能——安全性/可靠性——成本,三者此消彼长的关系,根本矛盾在于电动汽车的电池能源上。

  传统电动汽车厂商为了便于电源管理和获得跟多的储电量(提升续航里程),使用了大电池。大电池因为含有较多的能量、更危险,又迫不得已选择了能量密度低的电解液,以解决大电池容易起火的问题。更进一步,为了解决能量密度低的缺陷,他们制造出更容易抱在一起的平面状电池,整个电池模块的体积、管理难度、安全系数都“失控”。

  Tesla却反其道行之,从一开始选择大电池衍生出的一系列问题,他们选择了至今让许多厂商匪夷所思的、将几千节18650电池串联起来。这是解决能量密度问题即大幅提升电动汽车续航里程的关键。

  钴酸锂18650电池是所有锂电池品种中被研究最透、发展最成熟、也是成本最低的一种,它储能密度相当大,但是安全性上一直给人留下不好的印象。Tesla的的确确使用了18650电池,但也绝非我们日常随处可见的笔记本电源/移动电源中的那种,它是各方面性能都相当卓越的18650品种:Tesla Model S采用的是松下提供的NCA系列18650钴酸锂电池,单颗容量高达3100mAh,特别在安全、稳定、可靠性上适配电动汽车上做了一系列改进。

  将几千节优质品种的18650电池串联起来,确实获得了惊人的动力来源,但是如何管理,才能平衡安全性和可靠性的问题?Tesla的解决方案是Battery Management System ,BMS电池管理系统,其设计思想正好是跨界整合思维的产物:将服务器集群分级管理的体系,运用在18650电池串联管理上。

  BMS设计了三级电源管理系统:分别是370个电池组成一个电池砖,每两个电池砖组成一个电池片,总共有7个电池片分布在互相隔离的不同区域,从而组成整个电池模组。每一级都有相应地保证监控电池运行状态、调节温度、防短路/防外力冲击的措施。整个BMS系统在编程管理锂离子电池的电子系统、使用特殊的防护材料、精巧和低成本的安全结构设计上,都有自己非常独到和成功的地方。

  倚靠BMS系统,Tesla Model S在获得几千节18650电池的强大能量来源的同时,整车的安全性和可靠性还高于目前所有的电动汽车:

  TeslaModel S是首个在NHTSA(美国国家公路交通安全管理局)100%正面碰撞、27°角侧面碰撞、以及翻滚试验中获得全5星评级的汽车,超过所有SUV和小货车。Tesla的安全设计让电池组在受到严重撞击破坏后给予车主5分钟的时间离开车子,起火只会集中在车身前底部,不会全车起火燃烧。还有不得不说的是,Tesla电池组的燃烧能量只有汽油燃烧能量值的10%,并且还分布在16个模块里,其间有防火装置。所以,Tesla的燃烧可能性只有传统汽车的1%。

    Elon之前并没有做过汽车,却开出一款各方面性能远超传统厂商的电动汽车,总结下来,“颠覆式创新”居然是这样来的:回归问题的本质,运用跨界思维,重塑一个更优的解决模型。

  当然,这里所说的跨界不是钢铁企业去炒房地产,游戏公司去做智能手环这样的伪跨界。跨界的效果,举个例子,众所周知的苹果电脑的磁吸式电源接头,最早应用在日本的电饭锅上,它是为了防止儿童绊倒之后被煮熟的食物烫伤而设计的。乔布斯发现之后,将其运用到“奢侈”的苹果笔记本电脑上。

  基础技术停滞,产品就无法产生颠覆式创新吗?并非。还是你层次不够,没有像乔布斯、像Elon Musk那样敏锐的“整合”视角。

  创造力源于混搭,你看不上眼的小产品,其实也是可以改变世界的。 

  密度不输三元材料?比亚迪下代电池技术锁定磷酸铁锰锂

  在8月3日湖南韶山召开的由中科招商投资管理集团有限公司主办的中国新能源汽车产业三基工程会议上,比亚迪股份有限公司总裁王传福接受了媒体专访,他认为,比亚迪秦这款车市场预期远远超出了他们的预估,给产能带来很大压力;在新的电池技术上,比亚迪一直在进行新电池、新材料的研发。

  在新能源车的产能上比亚迪是如何安排的,能不能适应市场的需要?比亚迪现在使用的是磷酸铁锂技术路线,下一步其它技术路线如何选择?

  王传福回答说,比亚迪现在正在遇到产能的瓶颈,因为对市场的预估有些小心谨慎,没有判断出比亚迪秦这款车市场如此的火爆,所以,现在的产能远远跟不上供应。

  现在比亚迪秦已销售了6000余辆,现在每个月的产能是1000辆,但每个月的订单数量在3000至4000辆左右,超出了产能的3至4倍,这就出现了比亚迪秦市场供应的严重短缺。这也说明新能源车的市场拐点已经到来了。现在比亚迪也在积极布局,应对这样的市场状况,至少在明年早些时候能够解决市场供应的问题。

  说到电池材料技术路线问题,比亚迪现在是磷酸铁锂的方向,未来也会研究其它的技术。我们现在研究的就是在磷酸铁锂路线下的改进型,叫磷酸铁锰锂,就是在材料里面添加锰元素。这种电池的能量密度已经达到了三元材料的密度。另外,我们考虑电池的技术路线,也是从材料的矿物质多少出发的。三元材料中的钴是相对稀有的金属,地球上储藏量有限,这就造成有这个元素的电池价格会下不来。而我们选择的磷酸铁锰锂,这些元素在地球上很富有,不会存在枯竭的那一天,所以,我们从经济性上来考虑,就选择了这个路线。当然,随着电池技术的不断发展,我们也有可能选择其它技术路线。 

  比亚迪磷酸铁锂下代技术大胜三元锂电池? 

  比亚迪成功研发出高能量密度新型电池的消息颇受市场关注。昨日,比亚迪董秘吴经胜接受记者采访时表示,该款电池计划于明年实现量产,将主要应用于比亚迪的自产车辆。

  目前,新能源汽车所用的动力锂电池主要有磷酸铁锂电池和三元材料电池两大路径,前者应用于国内大部分新能源汽车,而后者则应用于特斯拉等车型。此次比亚迪最新研究出的磷酸铁锰锂电池在传统磷酸铁锂电池中加入了锰元素,可谓磷酸铁锂电池的下一代技术。

    能量密度方面,传统磷酸铁锂电池的能量密度在90Wh/kg左右,而三元材料则在150Wh/kg左右。而根据比亚迪董事长王传福透露,比亚迪的磷酸铁锰锂电池其能量密度已经能与三元材料水平相当,即能量密度被提高了近60%,意味着续航里程将大大提高。这一技术突破也让市场感叹,“再也不用担心新能源车的续航问题了”。

  一位深圳某券商资深行业研究员认为,新电池的意义不仅在于提高续航里程,其对降低成本的推动作用更值得关注。

  从过往的价格来看,传统磷酸铁锂电池的价格远低于三元材料电池。由于三元材料中的钴元素是相对稀有的金属,因此价格一直处于高位。反观新的磷酸铁锰锂电池中新加入的锰元素,其储量却十分丰富,因此成本上或仍将保持优势。

  不仅如此,应用环节中的成本下降将更加明显。“一方面,提高能量密度有助于减少车载电池的数量。另一方面,由于电池自重较重,电池减少还能有效降低车身重量,从而进一步节约能耗。”上述业内人士说,“目前新能源车中电池的成本占比超过三分之一,降低的成本将直接反映在车价和用车成本中。”

  自新能源汽车在国内市场面世以来,价格始终是消费者最为关注的焦点之一。目前新能源汽车由于得到了国家与地方的双重补贴,价格比较有竞争力,但根据规划,新能源汽车的补贴力度将随时间推移而降低。

  去年,财政部等四部委下发的《关于继续开展新能源汽车推广应用工作的通知》中规定,新能源车的补助标准将逐年下降,2014年和2015年各类新能源乘用车的补助标准在2013年的基础上分别下降10%和20%。此后,今年的下降幅度于年初被调整为下降5%和10%。

  因此有分析认为,在这样的背景下,新能源汽车的未来将很大程度上取决于车企自身的成本控制能力,而电池成本的降低无疑将在其中扮演着极其重要的角色。 

  比亚迪电动汽车为何选用磷酸铁锂电池?

  电池和充电是新能源车发展战略的两大瓶颈。相对充电站建设来说,电池性能的改进更需要"硬实力"。在电池技术上,业内也有一些不同的声音,基本的共识是锂电池是发展方向,国内应用最多的锂电池是磷酸铁锂电池。那么磷酸铁锂电池性能有哪些优点呢?

  "电池是新能源车的核心。到底国内各新能源厂家使用的是什么电池,它们的优点和缺点是什么?电池的使用寿命多长?"作为政府部门,国家要求优先采购新能源车,但实际上许多采购人对其并不了解,对各厂家使用的是什么电池,以及为何要选择此类电池等核心话题更是知之寥寥。

    目前国内主流新能源整车厂家有江淮、长安、北汽、上汽荣威、比亚迪等,"这些厂家主要生产纯电动车、插电式混合动力,这与国家的新能源汽车战略非常契合。"长安汽车股份有限公司副总裁杜毅表示,国家大力发展新能源车,主要是希望纯电动车能尽快达到国际汽车先进水平,实现弯道超车。

  磷酸铁锂电池优势明显

  "目前国内主流新能源厂家使用的基本都是磷酸铁锂电池。"江淮汽车乘用车营销公司新能源营销部副部长方良海向记者介绍说。

  荣威550PLUG-IN插电式混合动力车,采用的也是磷酸铁锂动力电池。

  为什么众厂家同时选择磷酸铁锂电池?

  北汽集团副总工程师林逸表示,这种电池具有能量密度高、循环寿命长、安全性好、自放电小以及绿色环保等优点。具体来说,磷酸铁锂电池能量密度高,充放电效率较高,倍率放电情况下充放电效率可达90%以上;循环寿命达到2000次以上,标准充电(5小时率)使用,可达到2000次,性能价比超过普通电池的4倍以上;安全性好,性能比较稳定,目前,北汽E150EV产品已经示范运营行驶2000万公里,无重大安全事故发生;绿色环保,磷酸铁锂电池不含任何重金属与稀有金属,无毒,无污染;另外,高温性能好,电池稳定工作温度环境-20℃至75℃。

  江淮电动车选择的也是磷酸铁锂电池。方良海认为其技术相对成熟、价格便宜,而且更环保,回收后,废掉的电池还可以用做储能。

  电池使用寿命最少10年

  纯电动车依靠电池来驱动,那么电池的使用寿命到底能有多长?是否使用几年后电池就不行了?

  江淮纯电动车爱意为是较早投放市场的新能源车之一,已有丰富的市场经验。方良海介绍,目前有的江淮纯电动车已经跑了10万公里,经过测验发现,电池损耗还不到20%。换句话说,江淮iEV一次充满电可以跑100公里,但跑了10万公里后,充满电还能跑80公里。

  林逸也表示,磷酸铁锂电池可满充满放2000次,按照一年充200次计算(平均1.8天充一次),最少可以10年。

  另外,据记者了解,新能源车有5年/10万公里的质保,如果在此期间电池出现问题,厂家免费更换电池。

  "其实更换电池并不像大家想象的那么复杂,一组电池是由单体组成的,一般不会整组电池出现问题,只要换单体就行了,成本价只要一两百元。"方良海表示,厂家会尽最大可能给消费者提供便利。

  电池性能由管理系统决定

  虽然使用的都是磷酸铁锂电池,但各厂家最终呈现在消费者面前的新能源车型的技术和性能却有很大差别。

  上汽乘用车公司技术中心副主任、捷能公司总经理朱军先生介绍,荣威550插电式混合动力车所用的动力电池经过了严苛的碰撞、火烧等试验检测,同时整车设计了多层次高压安全防护体系。另外,还配备了远程实时监控系统,一旦出现电池电量过低、车辆数据异常、系统报警等情况,车辆智能信息控制系统会点亮报警灯,提醒驾驶员车辆出现异常,从根本上保护驾乘者的安全。

   正如方良海所说:"电池是死的,管理系统才是最核心的。"例如有时候车辆会突然掉电,这可能是车辆温度高了。江淮给电池设定了自动保护系统,这只是江淮iEV电动车为电池设定的安全保护措施中的一个方面而已,"这些都是江淮纯电动车经过市场体验后一步步完善的。"

  电池成本以及电池重量

  江淮:电池成本大概5万元,现在一辆车有两组电池,重约200kg。

  上汽:加入电池组后,荣威550PLUG-IN车重增加了约200kg。荣威550PLUG-IN正常使用状态下充满电大约需要9-10度电,以电费0.5元一度计算,充满仅花费5元。

  北汽:目前北汽E150EV磷酸铁锂电池的成本为3500元/kwh。

  比亚迪:电池重量约600kg,一辆车电池成本大概13万元。

  充电时间以及快速充电

  从电池零电量到完全充满大约需要8个小时左右,这是在试验条件下得来的。日常驾驶中电池电量不可能用到零,一般最低也就是剩余10%到20%的电量。也就是说,正常使用时一般6小时左右便可充满。

  现在,有不少人希望能实现快速充电,即用半个小时或者一个小时就充满电。汽车厂家并不赞同这种方式,因为这会损害电池的使用寿命。

关键字:大战

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2014/0915/article_9684.html
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