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【重磅】特斯拉产业链专题:进击王者 引领未来(上)

2016-08-12 18:29
潇纵
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  2.2.NCM和NCA电池对BMS要求更高,看好专业三方公司

  2.2.1.特斯拉采用小型电池+优秀BMS的方案

  特斯拉采用小型电池+优秀BMS的方案。小型电池工艺成熟,积累了过去15年消费电池的成熟技术,同时消费电池能量较高、成本较低,将众多(7000多个)的小电池单体组成电池组,将会大幅增加电池单体之间的不一致性,导致单体温度、电荷、电压出现不平衡现象,引起个别电池过充、过放,从而降低电池组寿命以及安全性。特斯采用了优秀的BMS和PACK技术来解决小型电池的缺点。

  电池PACK采用多级串并联组成。其中每69节并联一组为电池砖(brick),再将9组串联一层为电池片(sheet),最后串联堆叠11层构成构成电池PACK。

  2.2.2.电池检测实验室:源头增加锂电池单体一致性

  源头的筛选提高电池的一致性。因标准18650电池单体容量较小(约10.4wh),TeslaModelS85kWh版电动汽车需要7263颗电池单体。如此众多的电池单体所组成电池组,会大幅增加单体之间的不一致性,容易导致个别单体过充、过放并产生静电反应从而降低电池组寿命并产生安全隐患,从而对单体的一致性检测提出极高的要求。Tesla拥有一个独立的锂电池监测实验室并依据锂电池单体化学性能、形状系数建立了一个完备的数据信息中心,通过这个实验室以及数据中心将电池供应商Sanyo所提供的18650电池进行严格的性能测试以及一致性筛选,主要关注指标包括:单体容量大小,储能持久性、功率输出大小、电压上下限等。其中一致性、安全性较好的电池作为电池组备用电池,从而在根本上保证电池组功率传导的稳定性以及持久性。

  2.2.3.电荷平衡系统:有效排除18650故障单体

  特斯拉自主研发优秀的均衡技术。为此Tesla自主研发单体电荷平衡系统,可有效排除故障单体,保证整车安全性能。Tesla电池组尾部安装有印刷电路板,内置众多电源开关,每个电源开关一端连接某个18650电池单体,另一端连接一个中型的集电器(单体电荷监控器)。当电池组中某一电池因过充、过放、温度过高导致电量与其他电池不同时,集电器就会将能量在电池之间进行相互转移,防止其电压超过安全范围而产生异变。而当该电池真的产生异变时,电子集成器将控制电路板上相对应的电源开关弹开,从而将此电池单体隔离,避免产生静电反应而引起爆炸。

  2.2.4.主动温度管理系统:提升整车安全性能

  电池组智能温度监测系统。电动汽车安全性能主要体现在对电池组温度以及电流的控制上,尤其对于大容量的电池模组,当电池组过充、过放、碰撞以及运行过程中电池过度发热都会引发电池组温度过高而引发爆炸。Tesla汽车电池组中的每一个电池单体都连接着一个热敏电阻以及一系列的光导纤维,同时将热敏电阻连接到电池监控器,将光导纤维连接到光敏感应器。当某个电池单体温度超过安全标准时,热敏电阻将产生一个电信号传达至电池监控器以便启动电池冷凝系统保证电池安全性能。当电池发生热逃逸等现象时,将影响光导纤维中光束的传输,进而刺激光敏感应器发出相应信号进行热度调节。而当汽车发生剧烈碰撞时,电池组与电机的能量传输路径将被立即阻断,电池组外保护层将保护电池组免受碰撞影响,从而避免发生剧烈爆炸。

  电池组液体冷凝系统—实时温度控制系统。Tesla自主研发的机体液体冷凝系统为双模式冷却系统,其中第一层冷却回路专门为电池组降温,电池回路将电池组与冷却泵相连接,回路中充满了冷却剂,且延伸多个冷却管覆盖至每个电池单体,“冷却液”呈绿色,由50%的水和50%的乙二醇混合而成。第一层冷却回路将控热系统,通风设备以及其他散热装置与电池组热量管理系统连接起来,从而保证每个电池单体温度低于其安全值以下,保证其散热性以及安全性能。第二层冷却回路包括第二冷却储液罐并与至少一个转动部件进行热交换,并立于第一个冷却回路,保证电池组冷却系统的独立性。

  良好的电池管理系统为电池循环寿命提供了保障。Tesla公司承诺为TeslaModelS电池组提供8年或是10万英里的质量保证,其汽车其他部件提供4年或是5万英里的质量保证。以早期的Roadster为例,电池组内各单体电池的温度差异控制在±2°C内。2013年6月的一份报告显示,在行驶10万英里后,Roadster电池组的容量仍能维持在初始容量的80%~85%,而且容量衰减只与行驶里程数明显相关,而与环境温度、车龄关系不明显。可见特斯拉电池管理系统的水平。

  2.2.5.目前国内专业三方BMS公司技术占优,看好其发展前景

  NCM和NCA电池对BMS要求更高。电池能量密度更高,但是安全性能稍逊,对电池管理系统要求更高。且一般单体容量较小,以18650电池为例,其单体容量为8-10w,特斯拉电池包有7000多个单体电芯,其BMS难度不言而喻。磷酸铁锂电池的单体容量高,以CATL方形为例,其三元电池容量为6~42AH,而磷酸铁锂电池为50~200AH,单体容量大,同样容量的电池包单体数量则越少,BMS技术难度自然降低了不少。

  特斯拉一直将BMS视为核心技术,我国整车和电芯企业企业从事BMS技术研发时间较短,当前阶段专业第三方BMS技术占优。目前国内从事BMS和PACK主要有电芯厂、整车厂和专业第三方公司。我们认为BMS具有很强的技术壁垒,且核心技术在于软件和算法,而PACK需要与整车厂密切合作,具备较强定制属性。我国电芯类的公司从事BMS技术研发时间较短,且BMS软件技术开发与电芯的电化学工艺存在较大差异,在当前阶段电芯公司的核心竞争力在于利用规模化生产降低成本,并提供高度标准一致的产品,与PACK行业定制属性存在较大差异。整车也大多是从传统的燃油车企业转向电动车,对BMS也缺乏经验。我国专业第三方BMS公司积累的经验最为丰富,所以在一定时间内,我们看好专业第三方公司的发展,长期来看我们认为整车企业也将掌握BMS技术但不一定会自己生产,专业的BMS公司将和电芯企业一起为整车企业服务。

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