特斯拉到底好不好?从技术品质到发展路径13条症结解析

丹车清影

编者:本文为北京理工大学电动车辆国家工程实验室、北京理工大学机械与车辆学院副教授、中国电工技术学会电动车辆专业委员会委员孙立清所做的研究报告。原文标题为《当前新能源汽车及相关领域存在的问题或热点剖析及建议》,篇幅较长,我们分两期刊发,本文为第二篇。(第一篇《剖析新能源汽车热点:16条技术干货与产业建议》)

【第一电动网】(专栏作家 孙立清)对于当下热点TESLA电动汽车,笔者综合各方观点认为:

(1)TESLA采用的电池和管理系统价格偏高,集成后安全问题犹在。

以ModelS系列为例,电池成本约占到整车总成本的50%,其次为BMS系统,约25%左右,其余包括车身等构件总计约25%。可见电池系统为特斯拉电动车最核心的成本构成。目前特斯拉应用的电池由日本松下公司提供,松下为特斯拉供货的锂电池型号为NCR18650A,属于较常见的镍钴铝三元锂电池,其次为BMS系统,这部分成本比较固定。以高配版汽车为例,其使用的7410节左右松下NCR18650A电池成本就达到了18.5万元(按电池价格25元/节计算),占到了电池总成本的70%。另外电池管理系统成本约为8万元。

特斯拉电池

特斯拉电池

虽近年来随着锂电池市场需求的不断扩张,锂电池成本不断降低,以日本为例,1995到2010年,15年间,日本锂电池平均成本年率下滑幅度为11.2%。但受制于钴资源,情况并非如此。伦敦金属交易所镍的期货价格接近6万美金,现在价格1.8万美金,现在的价格只有最高价位的三分之一,另外一点就是钴的加快只有三分之一,镍和钴的价格一旦涨起来,这个NCA一定远远超过磷酸铁锂,这个价格之外都有用到钴研究人不多,2011年钴产量82200吨,对于这个8.22万吨没有什么概念,化学品大概占58%,化学品里面绝大部分都是用到了电池主要消费类电子,每个人手上手机平板电脑、笔记本电脑、数码相机基本上都有这个元素。

如果我们把这个钴元素用到电动汽车上面产生什么后果,这个按照30度电的乘用车来算,每辆车金属钴的使用量大概20%,金属钴的使用量8公斤,一辆车8公斤,一千万辆车就是八万吨,不可能用八万吨,可能三万吨的时候、四万吨的时候就会引起钴的价格飞涨,三四万吨充其量可以支撑三四百万辆电动汽车的发展,我想我们的这个行业的目标肯定不是只做三四百万辆,所以这个方式只能特斯拉做小众车没有办法做普通大众使用的车。比起目前其它类型的动力电池能量密度可每年提升9%,tesla电池的优势并不会持久,也难以大众化。

按目前技术看,特斯拉自身拥有的核心技术是BMS系统,具有一定的领先优势,但它根本上没有摆脱电池并联,相反以昂贵的已经证明并非百分百安全的PACK系统(不是指对人)获得了所谓的优势。国外目前BMS系统主要采用的是定位于高端的主动式BMS均衡系统,而国内目前主要采用的是定位于中低端的被动式或者只是起到显示作用的不带均衡功能的BMS。从可以看出,我国目前在BMS的开发和应用方向还有很长的一段的路要走。

但从国外的BMS发展状况中,我们可以看到,价格与技术含量高的主动式BMS,是我国未来BMS发展的方向。在目前我国经济处于转型升级的特殊时期,我们应该结合我国的工业生产状况来发展具有高附加值的主动BMS。国外BMS的成本在整个电池系统中的成本占比大约是30%左右。而假如采用国内的被动式BMS,差不多只占到总成本的3%左右。对于Tesla这样的强调电子信息技术的公司,BMS的造价甚至高达2万美金,价格远远的高于市场上一般的主动式BMS. SOC准确性因为没有真正做到电荷量的精确计量而值得怀疑!

(2)TESLA的电池技术并非先进,安全性值得商榷

就电动车的核心技术电池而言,特斯拉所使用的电池是钴酸锂系列的锂电池,优点是单位重量的比能更高,这就使得特斯拉使用同等单位体积和重量的电池,可以产生更多的能量。也正是因此,ModelS拥有了483KM的续航里程。特斯拉所使用的电池包在使用过程中安全性较低,锂电池的燃烧爆炸问题一直是影响安全性的主要因素。

燃烧爆炸原因在于:一、局部损坏和短路导致温度升高,有机电解液发生燃烧泄漏。二、几百上千块电池串并联,热管理和充放电管理BMS难度较大。针对这方面的担忧,特斯拉ModelS启用了电池组水冷系统,就系统本身而言,也并不是特别有技术优势和亮点。目前这项技术国内也有一些电池生产企业在用,因此,这一技术并不是非常先进。

特斯拉用最火的电池NCM和NCA,但安全问题值得商榷。钴酸锂电池危险在什么地方,相信人们都心知肚明。因为锂离子电池充电的时候,这个锂离子会走掉,走调之后最后导致的结构就是结构没有办法维持原有的结构,这样造成的问题是氧以氧气形式出来,初中化学学过的燃烧三个要素第一可燃物,所有的电池里面都是可燃物的,里面的电解液非常可燃的,包括负极材料碳材也是可染的,另外有氧气,本来电池密封没有氧气,因为化学反应释放出来的燃气另外达到燃点,如果用材料,本身电池如果不破裂可以满足燃烧的三个条件,而爆炸的两个条件,一个是密闭空间。

第二点能量的剧烈释放我们用NCM或者NCN的电池理论上面我们没有办法规避内升爆炸机制,这个电池不管怎么样做,这个里面当然如果做的特别好有可能对于乘用车来说人来得及逃生,但是对于电动大巴来说这个逃生的时间比较长,不一定可以达到这个过程。相对来讲磷酸铁锂材料来说这个氧和磷紧密结合在一起,磷酸铁锂电池会起火燃烧但绝对不会爆炸;而固体电解质电池由于没有电解液,加之安全机制,会安全很多。电池厂包括很多的专家用NCM和NCA的电池,做材料十年的经验告诉大家,使用NCM和NCA电池是暂时的情况,没有它续驶里程的优势也就无从谈起。

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北京理工大学电动车辆国家工程实验室、北京理工大学机械与车辆学院副教授、中国电工技术学会电动车辆专业委员会委员


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