新能源汽車電池大戰(zhàn)：比亞迪錳料PK特斯拉BMS

特斯拉：從鋰電池瓶頸到BMS新生

　 特斯拉被稱為硅谷最有可能接過喬布斯衣缽的人。他們兩人確實都有一個共同的特點：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，產(chǎn)生顛覆式創(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)展遇到瓶頸的時候，行業(yè)必然就停滯不前。以電動汽車為例。電動汽車不溫不火存在很久了，即使這些年全球政府對環(huán)?？涨爸匾?，各種補貼各種政策利好，也沒見哪款電動汽車真正火起來,原因就是電池技術(shù)的徘徊不前。但是之前一個主要混互聯(lián)網(wǎng)圈的人物，僅僅幾年的時間，就開發(fā)出一款讓傳統(tǒng)汽車巨頭相形見絀的電動汽車——Tesla Model S，成功炒熱了市場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)簡直讓人難以置信...

　　不但是我們媒體和普通消費者沒有搞明白，其他汽車廠商巨頭也十分困惑：作為毫無根基的后來者，Tesla電動汽車是將跑車級性能、驚人的安全性、智能化操控/高可靠性融為一體，實現(xiàn)從產(chǎn)品到營銷上對傳統(tǒng)巨頭的全面超越。

　　不扯晦澀難懂的技術(shù)細(xì)節(jié)，Elon Musk本人的投資發(fā)展軌跡非常值得尋味：

　　ElonMush前后做過PayPal、SpaceX、Sloaercity，進入的每一個領(lǐng)域，都有一個共同點——整合成熟技術(shù)去入侵那些“沉迷”于基礎(chǔ)研發(fā)而長期無法突破的行業(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)造了一種新的消費融資模式。

　　至于本文討論的Tesla Model S，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鋰電池技術(shù)進行整合，創(chuàng)造出強大的BMS電池管理系統(tǒng)。而不是Fisker那樣深挖電池的能量密度。

　　先挑一個因基礎(chǔ)技術(shù)難以獲得突破而長期徘徊不前的行業(yè)，恰好這個行業(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現(xiàn)有產(chǎn)品的潛力...

　　這只是第一步。Elon Musk能做出像Tesla Model S這樣顛覆傳統(tǒng)電動汽車的極致產(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：對比自己的產(chǎn)品和市面是幾個賣的好的優(yōu)秀產(chǎn)品，缺哪些功能就補上，什么地方相比之下做的不夠好，就設(shè)法在那個方向上獲得突破，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、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：回歸這個行業(yè)存在的理由，而不是參考現(xiàn)狀，然后推理出來一個最符合本質(zhì)的模型。

　　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，性能羸弱駕車體驗太差，性能/價格比毫無市場競爭力。性能——安全性/可靠性——成本，三者此消彼長的關(guān)系，根本矛盾在于電動汽車的電池能源上。

　　傳統(tǒng)電動汽車廠商為了便于電源管理和獲得跟多的儲電量（提升續(xù)航里程），使用了大電池。大電池因為含有較多的能量、更危險，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汽車?yán)m(xù)航里程的關(guān)鍵。

　　鈷酸鋰18650電池是所有鋰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/移動電源中的那種，它是各方面性能都相當(dāng)卓越的18650品種：Tesla Model S采用的是松下提供的NCA系列18650鈷酸鋰電池，單顆容量高達(dá)3100mAh，特別在安全、穩(wěn)定、可靠性上適配電動汽車上做了一系列改進。

　　將幾千節(jié)優(yōu)質(zhì)品種的18650電池串聯(lián)起來，確實獲得了驚人的動力來源，但是如何管理，才能平衡安全性和可靠性的問題？Tesla的解決方案是Battery Management System ，BMS電池管理系統(tǒng)，其設(shè)計思想正好是跨界整合思維的產(chǎn)物：將服務(wù)器集群分級管理的體系，運用在18650電池串聯(lián)管理上。

　　BMS設(shè)計了三級電源管理系統(tǒng)：分別是370個電池組成一個電池磚，每兩個電池磚組成一個電池片，總共有7個電池片分布在互相隔離的不同區(qū)域，從而組成整個電池模組。每一級都有相應(yīng)地保證監(jiān)控電池運行狀態(tài)、調(diào)節(jié)溫度、防短路/防外力沖擊的措施。整個BMS系統(tǒng)在編程管理鋰離子電池的電子系統(tǒng)、使用特殊的防護材料、精巧和低成本的安全結(jié)構(gòu)設(shè)計上，都有自己非常獨到和成功的地方。

　　倚靠BMS系統(tǒng)，Tesla Model S在獲得幾千節(jié)18650電池的強大能量來源的同時，整車的安全性和可靠性還高于目前所有的電動汽車：

　　TeslaModel S是首個在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、以及翻滾試驗中獲得全5星評級的汽車，超過所有SUV和小貨車。Tesla的安全設(shè)計讓電池組在受到嚴(yán)重撞擊破壞后給予車主5分鐘的時間離開車子，起火只會集中在車身前底部，不會全車起火燃燒。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%。

Elon之前并沒有做過汽車，卻開出一款各方面性能遠(yuǎn)超傳統(tǒng)廠商的電動汽車，總結(jié)下來，“顛覆式創(chuàng)新”居然是這樣來的：回歸問題的本質(zhì)，運用跨界思維，重塑一個更優(yōu)的解決模型。

　　當(dāng)然，這里所說的跨界不是鋼鐵企業(yè)去炒房地產(chǎn)，游戲公司去做智能手環(huán)這樣的偽跨界。跨界的效果，舉個例子，眾所周知的蘋果電腦的磁吸式電源接頭，最早應(yīng)用在日本的電飯鍋上，它是為了防止兒童絆倒之后被煮熟的食物燙傷而設(shè)計的。喬布斯發(fā)現(xiàn)之后，將其運用到“奢侈”的蘋果筆記本電腦上。

　　基礎(chǔ)技術(shù)停滯，產(chǎn)品就無法產(chǎn)生顛覆式創(chuàng)新嗎？并非。還是你層次不夠，沒有像喬布斯、像Elon Musk那樣敏銳的“整合”視角。

　　創(chuàng)造力源于混搭，你看不上眼的小產(chǎn)品，其實也是可以改變世界的。

　　密度不輸三元材料？比亞迪下代電池技術(shù)鎖定磷酸鐵錳鋰

　　在8月3日湖南韶山召開的由中科招商投資管理集團有限公司主辦的中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)三基工程會議上，比亞迪股份有限公司總裁王傳福接受了媒體專訪，他認(rèn)為，比亞迪秦這款車市場預(yù)期遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了他們的預(yù)估，給產(chǎn)能帶來很大壓力；在新的電池技術(shù)上，比亞迪一直在進行新電池、新材料的研發(fā)。

　　在新能源車的產(chǎn)能上比亞迪是如何安排的，能不能適應(yīng)市場的需要？比亞迪現(xiàn)在使用的是磷酸鐵鋰技術(shù)路線，下一步其它技術(shù)路線如何選擇？

　　王傳?；卮鹫f，比亞迪現(xiàn)在正在遇到產(chǎn)能的瓶頸，因為對市場的預(yù)估有些小心謹(jǐn)慎，沒有判斷出比亞迪秦這款車市場如此的火爆，所以，現(xiàn)在的產(chǎn)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上供應(yīng)。

　　現(xiàn)在比亞迪秦已銷售了6000余輛，現(xiàn)在每個月的產(chǎn)能是1000輛，但每個月的訂單數(shù)量在3000至4000輛左右，超出了產(chǎn)能的3至4倍，這就出現(xiàn)了比亞迪秦市場供應(yīng)的嚴(yán)重短缺。這也說明新能源車的市場拐點已經(jīng)到來了。現(xiàn)在比亞迪也在積極布局，應(yīng)對這樣的市場狀況，至少在明年早些時候能夠解決市場供應(yīng)的問題。

　　說到電池材料技術(shù)路線問題，比亞迪現(xiàn)在是磷酸鐵鋰的方向，未來也會研究其它的技術(shù)。我們現(xiàn)在研究的就是在磷酸鐵鋰路線下的改進型，叫磷酸鐵錳鋰，就是在材料里面添加錳元素。這種電池的能量密度已經(jīng)達(dá)到了三元材料的密度。另外，我們考慮電池的技術(shù)路線，也是從材料的礦物質(zhì)多少出發(fā)的。三元材料中的鈷是相對稀有的金屬，地球上儲藏量有限，這就造成有這個元素的電池價格會下不來。而我們選擇的磷酸鐵錳鋰，這些元素在地球上很富有，不會存在枯竭的那一天，所以，我們從經(jīng)濟性上來考慮，就選擇了這個路線。當(dāng)然，隨著電池技術(shù)的不斷發(fā)展，我們也有可能選擇其它技術(shù)路線。

　　比亞迪磷酸鐵鋰下代技術(shù)大勝三元鋰電池？

　　比亞迪成功研發(fā)出高能量密度新型電池的消息頗受市場關(guān)注。昨日，比亞迪董秘吳經(jīng)勝接受記者采訪時表示，該款電池計劃于明年實現(xiàn)量產(chǎn)，將主要應(yīng)用于比亞迪的自產(chǎn)車輛。

　　目前，新能源汽車所用的動力鋰電池主要有磷酸鐵鋰電池和三元材料電池兩大路徑，前者應(yīng)用于國內(nèi)大部分新能源汽車，而后者則應(yīng)用于特斯拉等車型。此次比亞迪最新研究出的磷酸鐵錳鋰電池在傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池中加入了錳元素，可謂磷酸鐵鋰電池的下一代技術(shù)。

能量密度方面，傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池的能量密度在90Wh/kg左右，而三元材料則在150Wh/kg左右。而根據(jù)比亞迪董事長王傳福透露，比亞迪的磷酸鐵錳鋰電池其能量密度已經(jīng)能與三元材料水平相當(dāng)，即能量密度被提高了近60%，意味著續(xù)航里程將大大提高。這一技術(shù)突破也讓市場感嘆，“再也不用擔(dān)心新能源車的續(xù)航問題了”。

　　一位深圳某券商資深行業(yè)研究員認(rèn)為，新電池的意義不僅在于提高續(xù)航里程，其對降低成本的推動作用更值得關(guān)注。

　　從過往的價格來看，傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池的價格遠(yuǎn)低于三元材料電池。由于三元材料中的鈷元素是相對稀有的金屬，因此價格一直處于高位。反觀新的磷酸鐵錳鋰電池中新加入的錳元素，其儲量卻十分豐富，因此成本上或仍將保持優(yōu)勢。

　　不僅如此，應(yīng)用環(huán)節(jié)中的成本下降將更加明顯?！耙环矫?，提高能量密度有助于減少車載電池的數(shù)量。另一方面，由于電池自重較重，電池減少還能有效降低車身重量，從而進一步節(jié)約能耗。”上述業(yè)內(nèi)人士說，“目前新能源車中電池的成本占比超過三分之一，降低的成本將直接反映在車價和用車成本中?！?/p>

　　自新能源汽車在國內(nèi)市場面世以來，價格始終是消費者最為關(guān)注的焦點之一。目前新能源汽車由于得到了國家與地方的雙重補貼，價格比較有競爭力，但根據(jù)規(guī)劃，新能源汽車的補貼力度將隨時間推移而降低。

　　去年，財政部等四部委下發(fā)的《關(guān)于繼續(xù)開展新能源汽車推廣應(yīng)用工作的通知》中規(guī)定，新能源車的補助標(biāo)準(zhǔn)將逐年下降，2014年和2015年各類新能源乘用車的補助標(biāo)準(zhǔn)在2013年的基礎(chǔ)上分別下降10%和20%。此后，今年的下降幅度于年初被調(diào)整為下降5%和10%。

　　因此有分析認(rèn)為，在這樣的背景下，新能源汽車的未來將很大程度上取決于車企自身的成本控制能力，而電池成本的降低無疑將在其中扮演著極其重要的角色。

　　比亞迪電動汽車為何選用磷酸鐵鋰電池？

　　電池和充電是新能源車發(fā)展戰(zhàn)略的兩大瓶頸。相對充電站建設(shè)來說，電池性能的改進更需要"硬實力"。在電池技術(shù)上，業(yè)內(nèi)也有一些不同的聲音，基本的共識是鋰電池是發(fā)展方向，國內(nèi)應(yīng)用最多的鋰電池是磷酸鐵鋰電池。那么磷酸鐵鋰電池性能有哪些優(yōu)點呢？

　　"電池是新能源車的核心。到底國內(nèi)各新能源廠家使用的是什么電池，它們的優(yōu)點和缺點是什么？電池的使用壽命多長？"作為政府部門，國家要求優(yōu)先采購新能源車，但實際上許多采購人對其并不了解，對各廠家使用的是什么電池，以及為何要選擇此類電池等核心話題更是知之寥寥。

目前國內(nèi)主流新能源整車廠家有江淮、長安、北汽、上汽榮威、比亞迪等，"這些廠家主要生產(chǎn)純電動車、插電式混合動力，這與國家的新能源汽車戰(zhàn)略非常契合。"長安汽車股份有限公司副總裁杜毅表示，國家大力發(fā)展新能源車，主要是希望純電動車能盡快達(dá)到國際汽車先進水平，實現(xiàn)彎道超車。

　　磷酸鐵鋰電池優(yōu)勢明顯

　　"目前國內(nèi)主流新能源廠家使用的基本都是磷酸鐵鋰電池。"江淮汽車乘用車營銷公司新能源營銷部副部長方良海向記者介紹說。

　　榮威550PLUG-IN插電式混合動力車，采用的也是磷酸鐵鋰動力電池。

　　為什么眾廠家同時選擇磷酸鐵鋰電池？

　　北汽集團副總工程師林逸表示，這種電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長、安全性好、自放電小以及綠色環(huán)保等優(yōu)點。具體來說，磷酸鐵鋰電池能量密度高，充放電效率較高，倍率放電情況下充放電效率可達(dá)90%以上；循環(huán)壽命達(dá)到2000次以上，標(biāo)準(zhǔn)充電（5小時率）使用，可達(dá)到2000次，性能價比超過普通電池的4倍以上；安全性好，性能比較穩(wěn)定，目前，北汽E150EV產(chǎn)品已經(jīng)示范運營行駛2000萬公里，無重大安全事故發(fā)生；綠色環(huán)保，磷酸鐵鋰電池不含任何重金屬與稀有金屬，無毒，無污染；另外，高溫性能好，電池穩(wěn)定工作溫度環(huán)境-20℃至75℃。

　　江淮電動車選擇的也是磷酸鐵鋰電池。方良海認(rèn)為其技術(shù)相對成熟、價格便宜，而且更環(huán)保，回收后，廢掉的電池還可以用做儲能。

　　電池使用壽命最少10年

　　純電動車依靠電池來驅(qū)動，那么電池的使用壽命到底能有多長？是否使用幾年后電池就不行了？

　　江淮純電動車愛意為是較早投放市場的新能源車之一，已有豐富的市場經(jīng)驗。方良海介紹，目前有的江淮純電動車已經(jīng)跑了10萬公里，經(jīng)過測驗發(fā)現(xiàn)，電池?fù)p耗還不到20%。換句話說，江淮iEV一次充滿電可以跑100公里，但跑了10萬公里后，充滿電還能跑80公里。

　　林逸也表示，磷酸鐵鋰電池可滿充滿放2000次，按照一年充200次計算（平均1.8天充一次），最少可以10年。

　　另外，據(jù)記者了解，新能源車有5年/10萬公里的質(zhì)保，如果在此期間電池出現(xiàn)問題，廠家免費更換電池。

　　"其實更換電池并不像大家想象的那么復(fù)雜，一組電池是由單體組成的，一般不會整組電池出現(xiàn)問題，只要換單體就行了，成本價只要一兩百元。"方良海表示，廠家會盡最大可能給消費者提供便利。

　　電池性能由管理系統(tǒng)決定

　　雖然使用的都是磷酸鐵鋰電池，但各廠家最終呈現(xiàn)在消費者面前的新能源車型的技術(shù)和性能卻有很大差別。

　　上汽乘用車公司技術(shù)中心副主任、捷能公司總經(jīng)理朱軍先生介紹，榮威550插電式混合動力車所用的動力電池經(jīng)過了嚴(yán)苛的碰撞、火燒等試驗檢測，同時整車設(shè)計了多層次高壓安全防護體系。另外，還配備了遠(yuǎn)程實時監(jiān)控系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)電池電量過低、車輛數(shù)據(jù)異常、系統(tǒng)報警等情況，車輛智能信息控制系統(tǒng)會點亮報警燈，提醒駕駛員車輛出現(xiàn)異常，從根本上保護駕乘者的安全。

　 正如方良海所說："電池是死的，管理系統(tǒng)才是最核心的。"例如有時候車輛會突然掉電，這可能是車輛溫度高了。江淮給電池設(shè)定了自動保護系統(tǒng)，這只是江淮iEV電動車為電池設(shè)定的安全保護措施中的一個方面而已，"這些都是江淮純電動車經(jīng)過市場體驗后一步步完善的。"

　　電池成本以及電池重量

　　江淮：電池成本大概5萬元，現(xiàn)在一輛車有兩組電池，重約200kg。

　　上汽：加入電池組后，榮威550PLUG-IN車重增加了約200kg。榮威550PLUG-IN正常使用狀態(tài)下充滿電大約需要9-10度電，以電費0.5元一度計算，充滿僅花費5元。

　　北汽：目前北汽E150EV磷酸鐵鋰電池的成本為3500元/kwh。

　　比亞迪：電池重量約600kg，一輛車電池成本大概13萬元。

　　充電時間以及快速充電

　　從電池零電量到完全充滿大約需要8個小時左右，這是在試驗條件下得來的。日常駕駛中電池電量不可能用到零，一般最低也就是剩余10%到20%的電量。也就是說，正常使用時一般6小時左右便可充滿。

　　現(xiàn)在，有不少人希望能實現(xiàn)快速充電，即用半個小時或者一個小時就充滿電。汽車廠家并不贊同這種方式，因為這會損害電池的使用壽命。