如果要強調安全性,那么就要犧牲能量密度,如果要獲得重量方面的優勢,那么就會導致更高的成本。
總之,廠商需要在能量密度、安全性、重量、電壓水平、成本等方面做好平衡,一方面最大化自己選擇的優勢,另一方面又要優化電池系統的整體表現,提升屬性取舍所造成的短板。
【2】剖析特斯拉的BMS
瑞銀的拆解實驗顯示,特斯拉的電池管理系統是當今最成熟的系統。
得益于深度學習和人工智能的充分應用,特斯拉的BMS可以不斷獲得實際駕駛的大數據,然后對算法進行自我強化,從而使特斯拉電池組的續航時間相對更長。
續航里程是目前電動汽車滲透率提升所面臨的主要問題,而特斯拉依靠領先的設計概念,在這一點上已顯露出差異化的競爭優勢。
特斯拉Model3的BMS具有以下五大物理特性:
①4416顆低容量的小電池支撐起75千瓦時的系統。使用大量小電芯的好處是:更易保持電池系統的整體穩定性;可增加對未來設計及材料變化的適應性;可彌補材料的負面屬性。下圖為拆自Model 3 的電池包:
②特斯拉自己研制的半導體和軟件是實現精確管理的關鍵要素。基于內部研發的技術,特斯拉可以對每一顆電芯進行溫度管理。
特斯拉研制的兩個芯片分別叫蝙蝠俠和羅賓漢,他們的具體功能依然是神秘的。
但瑞銀推測,只有38針的羅賓漢負責收集數據,而擁有64針的蝙蝠俠負責處理羅賓漢送過來的數據、監測電池的充電狀態、管理電芯的平衡及統籌多系統的數據共享與合作。
③采用兩階段法進行電芯平衡,這對串聯很重要。
假如沒有電芯平衡技術,不同電芯的電量會出現較大的差異,在充電時,同一組電芯有的充滿至100%,而有的可能只充了60%,這時候為避免繼續充電而造成溫度失控,就不得不停止充電,從而造成了容量的浪費。

而特斯拉一方面對大量的電芯進行篩選和分類,將質量相近的電芯捆綁在一起使用,另一方面采用了精確控制的電芯平衡技術,使得不同電芯組之間在并聯時的電壓差異只有2-3mV,相當于只有0.05-0.08%的偏差。
通過這些努力,特斯拉的電池組不僅獲得了更高的利用效率,還具備了相對較低的衰減速度。
再說說兩階段的電芯主動平衡技術。實際上,蝙蝠俠與羅賓漢的CP組合并不是只有一對,而是擁有多對。
首先,在每個模組的基板上都會有他們的身影,從而在模組層面實現精確控制。
然后在高電壓控制面板上,蝙蝠俠與羅賓漢會再次發揮作用,使四個電池模組實現同步運作,進一步提高系統的穩定性。

④NCA電池的弱點在于相對易燃性,但特斯拉通過使用不導熱材料以及嵌入溫度計的設計,降低了該弱點的影響。

⑤特斯拉可以積累與BMS建設相關的所有數據,包括駕駛、充電、電池溫度、電池容量變動等。
稍微懂一點深度學習和人工智能的朋友應該知道,這一點是多么的重要。
而且,電池是能力儲存及釋放的裝置,會循序一定的化學反應及物理定律,這些數據之間的關聯是可以被經驗數據所驗證的,因此特斯拉設計的BMS在未來仍具有很大的發展潛力。
五大特性帶來了以下六大優勢:
①市面上的多數電動汽車,在使用的4至8年內,電池容量會下降至80%以下,但大多數特斯拉的產品仍能保持在90%以上。

上圖是特斯拉Model S用戶的電池使用數據圖,在行使10萬公里后,電池容量下降至90%-95%,行使20-30萬公里后,電池容量仍在90%以上。電池的容量雖然在衰減,但特斯拉的衰減率確實令人滿意。
相比之下,日產Leaf的電池表現就差多了。由于電池包的不成熟設計(沒有液冷系統),Leaf電池的衰減速度是出了名的快。
②特斯拉BMS的設計理念是允許出錯的,因此具有很高的風險容忍度。

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