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電動車電池技術短板分析

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2018年09月04日  

比起傳統燃油汽車,特斯拉的底盤結構相當簡單,節省了很多空間。

電動車的優點不少:

第一是節能。眾所周知,傳統汽車的能量來源是石油。相對于其他主要能源形式,石油儲量少且不可再生。盡管近幾十年來,圍繞“剩余石油還夠開采多少年”這個問題,專家們展開了多次爭論,但是原油儲量不斷減少,并且產量已經達到峰值卻是不爭的事實。相信車主們面對不斷攀高的油價,一定會認同這一點。

同時,由于主要石油產地(中東地區、俄羅斯、中亞國家)和主要石油消費地(美國、西歐、東亞)的不一致,圍繞著石油的控制權,數十年來各相關國家展開了激烈的政治、經濟甚至特種博弈。這個問題對我國來說也至關重要。2013年,中國超過美國,成為世界最大的石油進口國,石油對外依存度逼近60%。因此,發展電動汽車,降低石油對外依存度,對中國的經濟安全、地緣政治安全有重大意義。

電動車用的是二次能源——電能。電能的來源十分廣泛,除了儲量比石油豐富很多的煤以外,還有可再生的水能、風能、太陽能,以及潛力巨大的核能。因此,如果電動車能廣泛普及,不僅會對人們的生活方式產生重大改變,對全球地緣政治格局也會有所改變。

電動車的第二個優勢是幫助對付霧霾。汽車尾氣是城市霧霾的重要來源。目前,各國對汽車尾氣排放的標準越來越嚴。而電動車在運行時自身不排放尾氣,在城市的空氣污染治理方面優勢明顯。就總的污染量來說,雖然燃煤發電也會有污染物,但是用大型發電廠和分散的內燃機汽車相比,能源利用效率更高,發電廠對于廢氣的集中處理也能讓廢氣排放量降低。

第三點是傳動和控制的優勢,這一點涉及電動車傳動的一些特點。舉例來說,汽油發動機運行在上千攝氏度、幾十個大氣壓的惡劣工況下,需要精密的制造技術、控制技術,和復雜的潤滑系統、散熱系統(散熱系統還不停地把寶貴的汽油燃燒的熱量白白散發到大氣中)。發動機需要定期保養,換機油。而且發動機需要通過復雜的變速箱、傳動軸、減速器,才能把能量傳遞給車輪。大部分傳遞過程都是通過金屬的齒輪和軸承的“硬連接”。所有的部件都需要復雜的制造工藝并且容易損壞(想想各大車廠因為自動變速箱出問題搞了多少次召回)……

所有這一切的麻煩,在電動車這里都不是問題。電動車的電池、電動機會發熱,但是比起內燃機的散熱要容易處理得多。電動車的能量傳遞也不需要復雜易損的“硬連接”,“軟”的導線就好了。由于電系統的控制技術相對更為成熟,電動車的控制相對來說容易很多。

比如,很多人都知道,電動車加速性能比汽油車要好。這是因為電動機調節功率比內燃機容易。再舉個例子,電動車可以比較容易實現在每個輪子上都單獨裝一個電動機,分別控制每個輪子的轉速。這樣車的轉向性能會產生飛躍。而由于傳動問題,這在傳統汽油車上幾乎無法實現。

再比如,傳統汽油車上,也要安裝一套發電—電池系統,用于車上各種電子控制系統、車載娛樂系統的電源。而電動車就可以合二為一,大大降低成本。

鋰電池并不綠色

前面講了這么多電動車的優點,那么它有沒有缺點或隱憂呢?應該說,問題很大,非常之大。電動車目前所有的問題,都可以歸結到電池上。

首先,由于技術的限制,現在的電池容量有限。也就是說,在一定的重量/體積/成本下,目前的車載電池可以儲存的電能量有限,而這卻與電動車的行駛里程直接相關。根據美國環境保護署(EPA)的測試數據,單次充滿電后,美國特斯拉公司“modelS”型車的行駛里程為426公里;日本日產公司的“Leaf”型車是121公里;德國寶馬公司的“ActiveE”型車為151公里。由此可見,除了特斯拉,其他電動車的行程都比較有限。但是,特斯拉為此是下了血本的。

其次,現在的電池以鋰電池為主。目前鋰電池的生產(包括鋰礦開采)、使用和回收過程對環境的影響有很多爭議。同時,鋰礦在全球的分布極不平均,改為電動車以后,會不會受制于產鋰國,也是很多國家擔心的問題。

特斯拉的電池內觀

電池組保修8年有點懸

電池容量是電動車的核心問題。可惜萬人矚目的特斯拉電動車在電池方面并無過人之處。和諸多同行自行研制生產(如比亞迪)或者合資生產電池相比,每輛特斯拉使用了數千顆從日本松下公司購買的18650型鋰離子電池。

要知道,18650電池組應用最多的是筆記本電腦,而筆記本電腦的電池通常也就用個三四年,特斯拉卻為ModelS的電池組提供了長達8年的質量保修。姑且不談電池這樣的核心部件受制于供應商的問題,即便是特斯拉的電池管理技術十分出眾,筆者也很擔心,特斯拉這一承諾有點懸,將來可能會為此背上沉重包袱。

在電池管理技術和控制技術方面,電池管理系統(BMS)的主要任務是提高電池的利用率,防止電池出現過度充電和過度放電,延長電池的使用壽命,監控電池的狀態。此外,電池管理系統還要監控電池系統的溫度,控制散熱系統,防止過熱等。特斯拉和其他主流車型相比,并無明顯優勢。

另外值得一提的是,比亞迪雖然在控制技術上和德國、美國、日本的大公司有一定差距,但比亞迪強勢的電池技術彌補了其不足,在中低端電動車市場上,行程有較大優勢的比亞迪會有較強競爭力。

另外,在安全問題上,特斯拉的車一直有較大爭議。在數起碰撞—著火事故發生以后,美國交通部下屬的高速公路交通安全管理局對特斯拉的ModelS型車進行了安全調查。

據《紐約時報》報道,在特斯拉表示會為電池增加額外的保護層之后,高速公路交通安全管理局結束了對ModelS型車的安全調查。

2013年11月6日,一輛黑色的特斯拉ModelS型車,在美國田納西州納什維爾與一輛牽引車追尾后,因底盤受損導致起火。

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