對于用18650電(diàn)芯做(zuò)為(wèi)新能源電(diàn)動汽車(chē)電(diàn)池的技(jì)術(shù)路線，大(dà)家(jiā)可(kě)能首先把目光轉向特斯拉。特斯拉在進行(xíng)電(diàn)動汽車(chē)電(diàn)池開(kāi)發時(shí)，測試了很(hěn)多(duō)種類的電(diàn)池，但(dàn)最後把目标鎖定在18650電(diàn)池，那(nà)麽究竟18650電(diàn)芯有(yǒu)哪些(xiē)優缺點？
首先對18650圓柱形锂離子電(diàn)芯做(zuò)簡要認識
18650其實是指電(diàn)池的外形規格，是日本SONY公司當年為(wèi)了節省成本而定下的一種标準電(diàn)池型号，其中18表示直徑為(wèi)18mm，65表示長度為(wèi)65mm，0表示為(wèi)圓柱形電(diàn)池。18650電(diàn)池原指鎳氫電(diàn)池和(hé)锂離子電(diàn)池，由于鎳氫電(diàn)池現在比較少(shǎo)用，所以現在多(duō)指锂離子電(diàn)池。18650锂離子電(diàn)池單節标稱電(diàn)壓一般為(wèi)3.6V 或3.7V；最小(xiǎo)放電(diàn)終止電(diàn)壓一般為(wèi)2.5～2.75V。常見容量為(wèi)1200～3300mAh。
關于一緻性
18650電(diàn)池是最早、最成熟、最穩定的锂離子電(diàn)池，廣泛應用在電(diàn)子産品中。多(duō)年來(lái)，日本廠商在18650電(diàn)池的生(shēng)産工藝上(shàng)積累了大(dà)量的經驗，使得(de)産出的18650電(diàn)池的一緻性、安全性都達到了非常高(gāo)的水(shuǐ)準。
相比之下，層疊式锂離子電(diàn)池遠遠沒有(yǒu)成熟，常見的有(yǒu)方形電(diàn)池、軟包電(diàn)池，甚至連尺寸、大(dà)小(xiǎo)、極耳位置等都不統一，電(diàn)池廠商所具備的生(shēng)産工藝也不能滿足條 件，大(dà)多(duō)數(shù)以人(rén)為(wèi)控制(zhì)為(wèi)主，電(diàn)池的一緻性達不到18650電(diàn)池的水(shuǐ)準。如果電(diàn)池的一緻性達不到要求，大(dà)量電(diàn)池串、并聯形成的電(diàn)池組的管理(lǐ)也将不能讓每個(gè)電(diàn) 池的性能更好地發揮，而18650電(diàn)芯可(kě)以解決這一問題。
總結來(lái)說，18650電(diàn)池的單體(tǐ)容量小(xiǎo)，所需的單體(tǐ)數(shù)量會(huì)很(hěn)多(duō)(Model S有(yǒu)7104隻)，但(dàn)是一緻性很(hěn)好；層疊式電(diàn)池的容量可(kě)以做(zuò)得(de)較大(dà)(20 Ah到60 Ah)，單體(tǐ)數(shù)量可(kě)以降低(dī)，但(dàn)是一緻性差。相比之下，現階段很(hěn)難投入大(dà)量的人(rén)力物力與電(diàn)池供應商一起去改善層疊式電(diàn)池的生(shēng)産工藝。因此，在研發 Roadster和(hé)Model S的時(shí)候，Tesla的唯一選擇是從市場(chǎng)上(shàng)去購買電(diàn)池，自行(xíng)開(kāi)發電(diàn)池系統。開(kāi)發一套管理(lǐ)6000多(duō)節單體(tǐ)一緻性很(hěn)好的電(diàn)池系統與開(kāi)發一套200多(duō)節一緻性 很(hěn)差的電(diàn)池系統，相比之下，前者的技(jì)術(shù)難度應該更低(dī)一些(xiē)。即使單體(tǐ)電(diàn)池數(shù)目增多(duō)，但(dàn)是如果這些(xiē)電(diàn)池的性能是可(kě)靠的，管理(lǐ)起來(lái)還(hái)是容易一些(xiē)。
對比另一款很(hěn)成功的純電(diàn)動汽車(chē)，日産的LEAF，它采用的是層疊式锂離子電(diàn)池。這是因為(wèi)日産與NEC合作(zuò)多(duō)年，在電(diàn)池技(jì)術(shù)方面積累很(hěn)深厚，在品質控制(zhì)方面有(yǒu)相當的功力。LEAF的電(diàn)池來(lái)自AESC--日産與NEC的合資公司。
對比下美、日、中等不同地區(qū)的汽車(chē)廠商在開(kāi)發電(diàn)動汽車(chē)時(shí)與電(diàn)池廠商的合縱連橫是一件非常有(yǒu)意思的事情。
關于散熱能力
層疊式電(diàn)池的厚度薄、表面大(dà)，均熱、散熱能力都不錯，因此日産LEAF很(hěn)大(dà)膽地采用了被動式熱管理(lǐ)系統(其實就是不管理(lǐ)！)，由空(kōng)氣的自然對流将熱量帶走。
從左到右，LEAF從單體(tǐ)，到四節單體(tǐ)電(diàn)池兩并兩串組成的電(diàn)池模塊，再到由48個(gè)電(diàn)池模塊串聯組成的電(diàn)池組如下圖所示：
可(kě)以看到，電(diàn)池組上(shàng)沒有(yǒu)任何的風扇、冷卻液管道(dào)等熱管理(lǐ)系統。大(dà)概這就是無招勝有(yǒu)招。
反過來(lái)看Tesla，18650電(diàn)池的個(gè)頭比較小(xiǎo)，在正常充放電(diàn)時(shí)單體(tǐ)電(diàn)池內(nèi)部的溫差也不會(huì)太大(dà)。但(dàn)是，6000多(duō)個(gè)單體(tǐ)電(diàn)池的溫差也應當保持在不超過 5 C的範圍內(nèi)，這是一件非常困難的事情。但(dàn)是，Tesla做(zuò)到了。怎麽做(zuò)到的？Tesla 的電(diàn)池管理(lǐ)系統 (BMS) 相比其他電(diàn)動汽車(chē)有(yǒu)哪些(xiē)優勢？
如上(shàng)圖，這些(xiē)管道(dào)是冷卻液的流道(dào)，流道(dào)均勻分布在電(diàn)池模組中間(jiān)，能讓每隻電(diàn)芯能很(hěn)好地跟水(shuǐ)管接觸，這樣每隻電(diàn)芯在冷卻時(shí)帶走的熱量也幾乎一樣，溫差也就可(kě)以有(yǒu)效地控制(zhì)在很(hěn)小(xiǎo)的範圍內(nèi)。
總結來(lái)說，由于采用了小(xiǎo)容量的18650電(diàn)池，Tesla的熱管理(lǐ)系統的複雜度是大(dà)大(dà)增加了的。也就是說，如果從散熱能力方面考慮，使用小(xiǎo)容量的18650電(diàn)池不是最優選擇。
關于能量密度
談到能量密度，就必須區(qū)分單體(tǐ)電(diàn)池的能量密度與電(diàn)池組的能量密度。
就單體(tǐ)電(diàn)池的能量密度來(lái)看，18650電(diàn)池要高(gāo)于層疊式锂離子電(diàn)池。日産LEAF所用的33 Ah锂離子電(diàn)池的能量密度是157 Wh/kg，GM Volt所用的層疊式電(diàn)池的能量密度約為(wèi)150 Wh/kg；而Roadster所用的18650電(diàn)池的能量密度約為(wèi)211 Wh/kg。但(dàn)是，18650電(diàn)池的管理(lǐ)系統更加複雜，由此額外增加的重量會(huì)使得(de)電(diàn)池組的能量密度遠低(dī)于單體(tǐ)的能量密度。Roadster的電(diàn)池組重量是 450 kg，能量密度是118 Wh/kg，而LEAF電(diàn)池組的重量是225 kg，能量密度是107 Wh/kg。在電(diàn)池組層次，兩者的能量密度已經不相上(shàng)下。
關于安全性
前面提到層疊式锂離子電(diàn)池的各種優點，但(dàn)它也有(yǒu)一些(xiē)缺點。由于層疊式锂離子電(diàn)池一般是采用鋁塑膜封裝的，而鋁塑膜的厚度薄，機械強度差，在汽車(chē)發生(shēng)碰撞等極端情況下，鋁塑膜很(hěn)容易發生(shēng)破損導緻安全事故産生(shēng)。這也就解釋了為(wèi)什麽日産要在4個(gè)單體(tǐ)組成的電(diàn)池模塊外面再加一個(gè)鋁殼。
18650電(diàn)池一般是鋼殼，安全性更好；而且前面也提到随着18650電(diàn)池生(shēng)産工藝水(shuǐ)平的的不斷提高(gāo)，安全性也在不斷提高(gāo)。
Tesla在應對這些(xiē)18650電(diàn)池可(kě)能出現的安全事故上(shàng)，也傾注了很(hěn)多(duō)心血。如果一個(gè)單體(tǐ)電(diàn)池出現溫度過高(gāo)等異常情況，根據異常情況的惡劣程度，這枚電(diàn)池或其所在的模組會(huì)斷電(diàn)以防止事故的蔓延。由于單體(tǐ)容量小(xiǎo)，隻要不發生(shēng)蔓延，事故的嚴重程度将是較低(dī)的。
關于成本
18650锂離子電(diàn)池具有(yǒu)容量大(dà)、壽命長、安全性能高(gāo)等特點，又因為(wèi)體(tǐ)積小(xiǎo)，重量輕，使用方便，深受消費者的青睐。随着人(rén)們對18650電(diàn)池技(jì)術(shù)研究的 不斷加深，使得(de)電(diàn)池的一緻性、安全性都達到了非常高(gāo)的水(shuǐ)準。作(zuò)為(wèi)最早的锂離子電(diàn)池，18650電(diàn)池也是目前世界上(shàng)最成熟、最穩定的電(diàn)池組合，至今仍然占據 領先位置。我國每年生(shēng)産18650電(diàn)池約幾十億節，遠遠超出其他材料的電(diàn)池。
而Tesla采用18650電(diàn)池，就可(kě)以利用日本松下等廠 商之前的生(shēng)産線進行(xíng)生(shēng)産。在消費類電(diàn)子産品所用18650電(diàn)池競争日趨激烈的情況下，松下等廠商與Tesla合作(zuò)升級産品，将原有(yǒu)的生(shēng)産線改良後用于生(shēng)産 動力電(diàn)池。工業生(shēng)産有(yǒu)一個(gè)規模效應，當生(shēng)産産品的規模達到一個(gè)量級之後，成本會(huì)大(dà)大(dà)降低(dī)。一輛(liàng)新能源汽車(chē)就需要成千上(shàng)萬節18650電(diàn)池，因此單體(tǐ)的采購 成本可(kě)控。
小(xiǎo)結
可(kě)以說，采用18650電(diàn)池作(zuò)為(wèi)新能源電(diàn)動汽車(chē)的動力之源，在現階段是最優的選擇。随着電(diàn)池技(jì)術(shù)工藝的成熟，同時(shí)也會(huì)出現更多(duō)新型的電(diàn)池應用在新能源電(diàn)動汽車(chē)上(shàng)。
