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为什么特斯拉汽车不用容量更大的单体电池做电池组,而要用7000多

电脑版   2020-11-26 18:07  

为什么特斯拉汽车不用容量更大的单体电池做电池组,而要用7000多节18650小容量电池?:拆开你的充电宝、手机、笔记本...... 等等所有电子设备看看!你就明白了一

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拆开你的充电宝、手机、笔记本...... 等等所有电子设备看看!你就明白了一切!!

目前除了你用的南孚电池和你开的车上蓄电池算是一个完整的单体电池,剩下你用的几乎所有的电池驱动的设备全部都不是单体的!

这是为什么呢?

前面的答主只答对了一部分!单体电池不好维护,而且寿命要比阵列电池低,充电还不好冲,出了问题直接变残废,安全性极低...

所有需要持续供电的设备都喜欢用组合电池,因为这样会大大增加电池的寿命,充电速度也会比单体电池快很多,还要最重要的原因是当部分电芯已经老化时,其他电芯还可以正常工作,这个时候组合电池就依然能保证设备的相对续航,不至于彻底不能用。

另外

锂电池在生产的时候就是一节一节的形态,目前还没见过哪家工厂有能力生产出一块汽车底盘那么大的单体锂电池,而且即使生产出来,那跟一颗高能燃烧弹也没什么区别,这是由电池的基本结构制约的。

So....


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首席投资官评论员董岩:

这个在普通人看来是不能理解的,用7000多节电池装在一起多么的麻烦,但是我们要向我们能想到的问题在电动汽车的设计环节工程师们也都想到了。

不仅是特斯拉用7000多节小电池。国内的主要电动车生产企业,国际上的电动车都是采用的小电池模式。

为什么采用小电池呢?其实从数学的角度来讲就是容错率,如果是适用一块大的电池一旦电池故障整个车就爬窝了,而如果采用7000多节小电池,那么7000多节电池中间坏个几节是不影响电动车行驶的。如果是一节大连电池坏了那也就坏了,容错率就极低,如果是7000多节小电池那么坏一份汽车还是可以正常行驶的。

特斯拉技术比较先进采用的是松下的18650电池,而且采用的是多路并联的电池链接模式,这种模式比较考验整车的电池管理和热管理系统国内几乎所有的车企因为技术不过关都采用的串联电池链接模式。

还有就是如果是一块电池坏了换起来非常麻烦,电动车的电池重达900多公斤,而如果是小电池更换起来就非常方便。

最后还有一点就是,如果是一块电池那么放电充电都是这一块电池进行,这样会影响电池的寿命,而7000多节电池通过动力管理软件可以实现合理的放电,可以减轻每个单元的压力有利于延长电池的使用寿命。

我们的一般家用电动车现在主要用的是三元锂电池,三元锂电池的优点是储能大,现在国内主要用的是NCM523,特斯拉用的松下的18600是NCM811,储能更大更多,但是也有一个问题是储能越大散热问题就越严峻,国内不用811的原因就是热管理不过关还不能大规模使用,所以大部分都还在用523,但是如果都做成1个大电池散热问题谁也解决不了所以这个也是不用大电池用N节小电池的原因。

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呵呵呵,我之前其实回答过这个问题,这里面有个小故事。我这么一说,你这么一听啊。这个故事CATL的工程师讲给我听的,真实性70%以上吧。

最早特斯拉选择的动力电池合作伙伴并不是松下,而是CATL,马斯克觉得只有这种做消费类电池的厂家才能满足他的设计思路。当然我觉得他是看到了CATL刚解决了宝马i系列动力电池的技术问题,想去搭个顺风车。

但是CATL当时根本没有多余的团队和产能满足来满足特斯拉的设计需求,而且特斯拉的量又不大,CATL觉得实在没必要为了这么小的一个客户再去开一条新的生产线,所以就婉拒了特斯拉的要求。

特斯拉转而寻求松下的合作,因为马斯克觉得在三元锂电池领域松下是做得最好的。但是松下更狠,他们因为当时的一些合作协议还有产能原因,根本不想把当时手里最好的单体动力电池给特斯拉用。但是松下还挺鸡贼的,他们对特斯拉说,你看我们也有一款消费类电池,就是18650的电池,虽然不是专用动力电池,但是可以凑合着用,你们要不试试。

特斯拉后来又去找了三星和LG,但是也都没有一家愿意为他开发新的电池,于是马斯克一狠心就真的用了18650的电池,而且他的工程师真的做出了一套优秀的BMS程序,这下连松下都惊呆了,因为松下自己的单体动力电池都做不到这么好衰减效果。于是松下也有点后悔,在Model S第二次升级的时候,就提出想更换电池系统,不过马斯克这次也拒绝了,估计是觉得再开发一套BMS系统挺麻烦的。

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呵呵呵,我之前其实回答过这个问题,这里面有个小故事。我这么一说,你这么一听啊。这个故事CATL的工程师讲给我听的,真实性70%以上吧。

最早特斯拉选择的动力电池合作伙伴并不是松下,而是CATL,马斯克觉得只有这种做消费类电池的厂家才能满足他的设计思路。当然我觉得他是看到了CATL刚解决了宝马i系列动力电池的技术问题,想去搭个顺风车。

但是CATL当时根本没有多余的团队和产能满足来满足特斯拉的设计需求,而且特斯拉的量又不大,CATL觉得实在没必要为了这么小的一个客户再去开一条新的生产线,所以就婉拒了特斯拉的要求。

特斯拉转而寻求松下的合作,因为马斯克觉得在三元锂电池领域松下是做得最好的。但是松下更狠,他们因为当时的一些合作协议还有产能原因,根本不想把当时手里最好的单体动力电池给特斯拉用。但是松下还挺鸡贼的,他们对特斯拉说,你看我们也有一款消费类电池,就是18650的电池,虽然不是专用动力电池,但是可以凑合着用,你们要不试试。

特斯拉后来又去找了三星和LG,但是也都没有一家愿意为他开发新的电池,于是马斯克一狠心就真的用了18650的电池,而且他的工程师真的做出了一套优秀的BMS程序,这下连松下都惊呆了,因为松下自己的单体动力电池都做不到这么好衰减效果。于是松下也有点后悔,在Model S第二次升级的时候,就提出想更换电池系统,不过马斯克这次也拒绝了,估计是觉得再开发一套BMS系统挺麻烦的。

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准确的来说,现在特斯拉已经不再使用18650电池了,改为最新的21700电池。21700电池的能量密度要优于18650电池,在现有条件下,其生产的21700电池系统的能量密度在300Wh/kg左右,比其原来18650电池系统的250Wh/kg约提高20%,而且成本也降低了。所以使用21700电池更好也更安全。至于为什么要使用几千节小电池,主要还是考虑了安全性,如果某几个电池出了问题,不至于影响汽车行驶,而且维修也更方便更经济。

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单体电池一旦出现问题,整个汽车的供电系统都会崩溃,而小容量电池组则充分分散了这一风险。由于电池组有7000多节电池,其中个别电池出现问题,并不影响整个汽车的动力系统,后期维修起来也更为方便。

早年间,国外一位土豪就买了一辆Model S,为的不是体验高科技电动汽车的驾驶感,而是拆开它电池板,探索发现7000多节电池组的奥秘,这种探索精神,也是很666了。



2、方便电池管理,延长电池使用寿命。

一方面由于,分散的电池组组合的方式灵活,处于散热考虑也比大容量单体电池效果更好。

另一方面,考虑到电池发热,需要用到冷却液来保持电池温度均衡,防止电池出现高温损坏等现象。大容量单体电池使用冷却液的效果显然不如分散式的电池组来得有效。

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特斯拉的电池技术总监库尔特·科蒂(Kurt Kelty)表示,“我们也尝试了板型和方型电池,结果还是18650的能量密度更高”,此次采用的18650“电池单元的能量密度大约比Roadster高3成。而且,单元的排列方式对于安全性影响也颇大,另外还把18650电池单元之间的间隔也给做小了”

在该公司看来,这样不仅成本低,而且安全性好,,一旦电池单元出现热失控,因为容量小,不容易影响到周围的电池单元。科蒂说道:“其实,18650有五个优点。但我们不想让其他企业知道,所以不便详谈。”另外,他的话中还透露出了该公司也在尝试其他方式,但目前还不打算更换的意思。

Tesla为什么采用18650电池?

a. 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。

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。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。

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,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

1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,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。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电池是要高于大容量的层叠式锂离子电池。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。

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首先,我们先来简单的了解一下18650锂电池。

18650锂电池:18表示直径为18mm,65表示长度为65mm,0表示为圆柱形电池。这款锂电池的优点有:容量相比于一般电池来说较大,且电池的寿命与普通电池相比也是比较长的,它是可以串联或并联组合成18650锂电池组的,大大增强电池容量。除这些以外,还有电压高、没有记忆效应等等优点。其次,除了以上这些优势,还有什么是特斯拉汽车要选用7000多节18650小容量电池做电池组的原因呢?

第一,维护成本低。汽车都有自己的电池管理系统,而一旦发生故障,单体电池的维护成本是远远高于几千节小电池组成的电池组的。这是因为单体电池是整车的唯一动力来源,出现问题时后果就会比较严重,而电池组发生故障的时候,电池管理系统只要将出现故障的电池切掉输出就可以了,防止故障蔓延。

第二,电池寿命相对较高。选择用组合电池,这样会大大增加电池的寿命,充电速度也会比单体电池快很多。当然,最重要的还是当部分电芯已经老化时,其他电芯还是可以正常工作的,这个时候组合电池就依然能保证设备的相对续航,不至于彻底不能用。

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个人的抽象理解

非专业人士,不喜勿喷


①我先简单的列个数字作比较,7000多节小容量电池~700多节大容量电池。我们从物理学角度抽象理解,如何增加一个物体的接触面积,嗯?

把这个物体分成尽量多的小个体单位,SO,不知道大家是不是猜到了我想表达的意思。我们把“如何增加一个物体的接触面积”等价于特斯拉的“如何提高电池性能、性价比”,在这组对比中“增加接触面积”就好比“增大电池电流”。

同行的朋友都知道,电流的大小决定了电动车的提速性能以及最高时速。

总结,电池分成很多块,并联起来是成本最低的提高电流的方式。


②你知道19世纪的很多战舰被一击就沉,而20世纪的战舰你击N多次都不沉,的原因吗?因为他的船体就像竹子一样,分很多节,其中偶尔的两三节灌满水是不会沉的,Understand?

所以特斯拉的电池分很多节,其目的之一就跟上面说的“击不沉的战舰”相同,如果其中的一节或者一组电池坏了,只需将他们隔离开就行了,其整体的性能受到的影响不会很大。

千里之堤,溃于蚁穴

莫看特斯拉的每节电池微不足道,在特斯拉强大的电池管理系统下,他们的能量可以合而聚之,分而散之,在不同的使用需求下,为车辆提供相应的能量供应,不浪费,不亏欠,挖掘电池最大的使用潜力,延长电瓶的使用寿命

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单体还是小容量组合,从汽车最重要的指标,安全性角度,就很容易理解了!

假设,一个单体的特斯拉车电池和一个7000多并串的电池组,哪一个在安全性上更容易被解决?即使,最坏的情况发生了,电池在意外或者事故中爆炸,你可以想象一下,如同整个车体底座那么大的电池爆炸和7000多个电池只是几个或者几十个哪怕上百个爆炸,其威力差异有多大?

也许,大家没见过电池爆炸吧。

按照我以前在电池厂的经历来看,一个42的铝壳电池单体或者一个62的钢壳单体,再或者一个18650的电池单体,在不加载保护板的状态下因为内部或者外部原因发生爆炸,基本上可以把假设日常使用的手机或者电脑外壳炸开。而我遇到过车间电池在堆放在地板上,因为一个电池爆炸碎片燃烧波及其他电池,其结果是怎样?那就是车间天花板上如同被机枪扫过一样,全是一个个洞。都是电池炸出来的!!!

当然,单体电池需要复杂的保护电路和检测电路和相关的线路以及电路板等构件。而单体则在对应的这些构件会轻和少很多,但是,面对最坏的后果出现的时候,其损失和伤害后果就是数量级的差距了。

以前动力电池也存在过用大一点的型号,具体型号尺寸不记得了,大约有一个包装箱那么大,大约20乘40高30公分的那么大,其工艺和18650对比,我指的是内部正负极的卷绕工艺,18650是卷绕的,而我说见过的那么大的主要叠片工艺,其内部相当于一个很多电池的串并联,在内阻和其他指标上,尤其是正负极片的一致性上,因为存在公差,那么叠片的反而不如一个单体电池在稳定性和一致性上有更好的可控性。

因此,题主的这个问题,按照我在电池厂的经验来看,我估计主要是安全性考虑,因为如果一个很大或者多个大的电池,其爆炸的威力非常大,其次是可控性和一致性角度以及电池内阻损耗角度经济性还不如单体做组合管理!

还要补充一点,18650几乎是锂电池里工艺最成熟,体积能量比最高的一个电池型号了,在以前笔记本电脑中的电池,基本上都是用18650这个型号,且从产业链的角度来看,无论是工艺的成熟度还是自动化设备的配套成熟度,都是非常成熟的,因此,选择18650是特斯拉非常英明的选择,是懂行业做出的正确选择!

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