鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:669次 | 2021年10月13日
特斯拉:從鋰離子電池瓶頸到BMS新生
特斯拉被稱為硅谷最有可能接過喬布斯衣缽的人。他們兩人確實(shí)都有一個(gè)共同的特點(diǎn):能在決定行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)技術(shù)停滯不前的情況下,出現(xiàn)顛覆式創(chuàng)新。
基礎(chǔ)技術(shù)是極難突破的,所以,很多人認(rèn)為當(dāng)技術(shù)發(fā)展遇到瓶頸的時(shí)候,行業(yè)必然就停滯不前。以電動(dòng)汽車為例。電動(dòng)汽車不溫不火存在很久了,即使這些年全球政府對(duì)環(huán)??涨爸匾?,各種補(bǔ)貼各種政策利好,也沒見哪款電動(dòng)汽車真正火起來,原因就是電池技術(shù)的徘徊不前。但是之前一個(gè)重要混互聯(lián)網(wǎng)圈的人物,僅僅幾年的時(shí)間,就開發(fā)出一款讓傳統(tǒng)汽車巨頭相形見絀的電動(dòng)汽車——TeslaModelS,成功炒熱了市場(chǎng)并且吸引了全球目光,這種顛覆發(fā)生在老邁的汽車工業(yè)簡(jiǎn)直讓人難以置信...
不但是我們媒體和普通消費(fèi)者沒有搞明白,其他汽車廠商巨頭也十分困惑:作為毫無根基的后來者,Tesla電動(dòng)汽車是將跑車級(jí)性能、驚人的安全性、智能化操控/高可靠性融為一體,實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品到營銷上對(duì)傳統(tǒng)巨頭的全面超越。
不扯晦澀難懂的技術(shù)細(xì)節(jié),ElonMusk本人的投資發(fā)展軌跡非常值得尋味:
ElonMush前后做過PayPal、SpaceX、Sloaercity,進(jìn)入的每一個(gè)領(lǐng)域,都有一個(gè)共同點(diǎn)——整合成熟技術(shù)去入侵那些“沉迷”于基礎(chǔ)研發(fā)而長(zhǎng)期無法突破的行業(yè)。不是解決了基礎(chǔ)問題,而是跨界整合。SpaceX用成熟的液體火箭技術(shù),降低了火箭的制造和發(fā)射成本,不像NASA那樣常年執(zhí)著于基礎(chǔ)研發(fā)。Solaercity也沒有在太陽能板技術(shù)上取得突破,而只是創(chuàng)造了一種新的消費(fèi)融資模式。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
至于本文討論的TeslaModelS,更是跨界整合的典范。Tesla是將成熟的服務(wù)器集群管理和18650鋰離子電池技術(shù)進(jìn)行整合,創(chuàng)造出強(qiáng)大的BMS電池管理系統(tǒng)。而不是Fisker那樣深挖電池的能量密度。
先挑一個(gè)因基礎(chǔ)技術(shù)難以獲得突破而長(zhǎng)期徘徊不前的行業(yè),恰好這個(gè)行業(yè)的許多廠商也沉迷于基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā),沒看到跨界整合改進(jìn)現(xiàn)有產(chǎn)品的潛力...
這只是第一步。ElonMusk能做出像TeslaModelS這樣顛覆傳統(tǒng)電動(dòng)汽車的極致產(chǎn)品,閃光的是他解決問題的思路。
一般的產(chǎn)品經(jīng)理,非常熟悉了歸納和類比的產(chǎn)品思維。創(chuàng)新的方式往往類比市面上現(xiàn)有的一些產(chǎn)品,然后歸納出來一些結(jié)論:比較自己的產(chǎn)品和市面是幾個(gè)賣的好的優(yōu)秀產(chǎn)品,缺什么功能就補(bǔ)上,什么地方相比之下做的不夠好,就設(shè)法在那個(gè)方向上獲得突破,無論是功能的缺失、創(chuàng)新的有無、營銷的效果,都亦步亦趨總結(jié)別人的優(yōu)點(diǎn)、類比自己的不足。
歸納和類比的思維指導(dǎo)下,傳統(tǒng)廠商往往獲得的是產(chǎn)品功能的堆疊和優(yōu)化。Musk則更喜歡用推理法:回歸這個(gè)行業(yè)存在的理由,而不是參考現(xiàn)狀,然后推理出來一個(gè)最符合本質(zhì)的模型。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無人設(shè)備
Musk的推理演繹法要求將事物縮減至最核心的本質(zhì),并從根本向外延伸。傳統(tǒng)電動(dòng)汽車,追求高性能,可靠性和安全性就難以保證。反過來,追求可靠性/安全性,性能羸弱駕車體驗(yàn)太差,性能/價(jià)格比毫無市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。性能——安全性/可靠性——成本,三者此消彼長(zhǎng)的關(guān)系,根本矛盾在于電動(dòng)汽車的電池能源上。
傳統(tǒng)電動(dòng)汽車廠商為了便于電源管理和獲得跟多的儲(chǔ)電量(提升續(xù)航里程),使用了大電池。大電池因?yàn)楹休^多的能量、更危險(xiǎn),又迫不得已選擇了能量密度低的電解液,以解決大電池容易起火的問題。更進(jìn)一步,為了解決能量密度低的缺陷,他們制造出更容易抱在一起的平面狀電池,整個(gè)電池模塊的體積、管理難度、安全系數(shù)都“失控”。
Tesla卻反其道行之,從一開始選擇大電池衍生出的一系列問題,他們選擇了至今讓許多廠商匪夷所思的、將幾千節(jié)18650電池串聯(lián)起來。這是解決能量密度問題即大幅提升電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程的關(guān)鍵。
鈷酸鋰18650電池是所有鋰離子電池品種中被研究最透、發(fā)展最成熟、也是成本最低的一種,它儲(chǔ)能密度相當(dāng)大,但是安全性上一直給人留下不好的印象。Tesla的的確確使用了18650電池,但也絕非我們?nèi)粘kS處可見的筆記本電源/移動(dòng)電源中的那種,它是各方面性能都相當(dāng)卓越的18650品種:TeslaModelS采用的是松下供應(yīng)的NCA系列18650鈷酸鋰離子電池,單顆容量高達(dá)3100mAh,特別在安全、穩(wěn)定、可靠性上適配電動(dòng)汽車上做了一系列改進(jìn)。
將幾千節(jié)優(yōu)質(zhì)品種的18650電池串聯(lián)起來,確實(shí)獲得了驚人的動(dòng)力來源,但是如何管理,才能平衡安全性和可靠性的問題?Tesla的解決方法是BatteryManagementSystem,BMS電池管理系統(tǒng),其設(shè)計(jì)思想正好是跨界整合思維的產(chǎn)物:將服務(wù)器集群分級(jí)管理的體系,運(yùn)用在18650電池串聯(lián)管理上。
BMS設(shè)計(jì)了三級(jí)電源管理系統(tǒng):分別是370個(gè)電池組成一個(gè)電池磚,每?jī)蓚€(gè)電池磚組成一個(gè)電池片,總共有7個(gè)電池片分布在互相隔離的不同區(qū)域,從而組成整個(gè)電池模組。每一級(jí)都有相應(yīng)地保證監(jiān)控電池運(yùn)行狀態(tài)、調(diào)節(jié)溫度、防短路/防外力沖擊的措施。整個(gè)BMS系統(tǒng)在編程管理鋰離子電池的電子系統(tǒng)、使用特殊的防護(hù)材料、精巧和低成本的安全結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上,都有自己非常獨(dú)到和成功的地方。
倚靠BMS系統(tǒng),TeslaModelS在獲得幾千節(jié)18650電池的強(qiáng)大能量來源的同時(shí),整車的安全性和可靠性還高于目前所有的電動(dòng)汽車:
TeslaModelS是首個(gè)在NHTSA(美國國家公路交通安全管理局)100%正面碰撞、27°角側(cè)面碰撞、以及翻滾試驗(yàn)中獲得全5星評(píng)級(jí)的汽車,超過所有SUV和小貨車。Tesla的安全設(shè)計(jì)讓電池組在受到嚴(yán)重撞擊破壞后給予車主5分鐘的時(shí)間離開車子,起火只會(huì)集中在車身前底部,不會(huì)全車起火燃燒。還有不得不說的是,Tesla電池組的燃燒能量只有汽油燃燒能量值的10%,并且還分布在16個(gè)模塊里,其間有防火裝置。所以,Tesla的燃燒可能性只有傳統(tǒng)汽車的1%。