比亚迪特斯拉锂电池性能全面对决

2018-09-11      1400 次浏览

有媒体在前几天放出了两篇关于特斯拉电池组部分拆解的文章,特斯拉终极拆解——特斯拉电池组首次大揭秘(一)、特斯拉终极拆解——特斯拉电池组首次大揭秘(二)引起了各大网站的争相转载,以及电动车粉丝们的大量评论。评论中不乏专业人士,以及锂电池行业相关从业者的身影。

不过在国内每当有人讨论到特斯拉的时候,总有人喜欢拿国内的另一家新能源汽车厂家——比亚迪来做对比。

评论主要分为两大派,一派力挺特斯拉,另一派则力挺比亚迪。

鉴于大家这么关心本土车厂,笔者在这里也做下简单的分析。在中国大家最熟悉的两个电动汽车品牌就是比亚迪和特斯拉,拿两者做对比的确有一定的道理。我们选取同样60kwh左右电量的比亚迪e6和特斯拉ModelS60作对比。比亚迪e6报价30-37万,国内到手价约20-25万;TeslaModelS60kWh版本美国本土报价6.24万美元(折合人民币38万左右),国内到手价64.8万。

比亚迪e6于2011年10月上市,特斯拉ModelS于2012年6月正式交付。两者的上市时间相差半年多,但是特斯拉ModelS上市之前有电动跑车Roadster的技术积累,而比亚迪没有。至于外形和内饰,就仁者见仁智者见智了,明眼人一看就明白。

比亚迪使用的是磷酸铁锂离子电池,特斯拉使用的是钴酸锂18650电池。单从电池安全性角度来说,比亚迪占优,论电池容量特斯拉占优。比亚迪最大续航300公里,TeslaModelS60kWh续航390公里。

对于电池起火事故的关注,在整个网站的评论中占据了很大一部分。看完评论,首先不得不佩服中国网友的国骂功底,但由此可见大家对电动汽车安全的担忧。不过在整车安全性方面,以我们目前看到的数据和结果,特斯拉做的似乎更完善一些,至少特斯拉没有发生过一起因为起火导致的死亡事故。在之前的文章中相信各位也看到了特斯拉在电池组设计这块,对安全性较差的钴酸锂电池做了严密的安全处理,他们给每节电池都接上了两个保险丝,从而将电池的安全性提升到了相对较高的台阶。总之我们看的是最后的结果。

除了电池起火,电池衰减也是争论的重点。据之前各大汽车媒体的实测,比亚迪e6出租车在跑了50万公里后还剩80%的电池容量;据报告称Roadster在跑了16万公里后还剩80%-85%的电池容量,ModelS目前还没有看到相关的报告,不过实际衰减应该和Roadster接近。对于数据的真实性在此不做置评,就论电池特性而言,比亚迪使用的磷酸铁锂离子电池电池在循环寿命方面的确比特斯拉使用的钴酸锂电池更好。但是比亚迪出租车所在的公司鹏程出租车公司其实是由深圳巴士集团股份有限公司和比亚迪汽车有限公司合办的,其电池应该是由比亚迪的工程师进行长期维护的。

据我们了解,目前比亚迪的电池是终身质保的,特斯拉是8年不限里程质保。就这点看来比亚迪对自己电池还是非常有信心的。

何谓18650?

我们在评论中也了解到,不少读者对锂电池相关的知识知之甚少。

其中最牛的评论便是“这电池还没南孚好用,一节更比六节强,特斯拉用完遥控器接着用!”看到这种评论,笔者不禁哑然,实在是太逗了。

万万没想到读者中竟然还有人分不清18650锂电池和5号电池的区别。同样的谬误在郎咸平先生今年录制的某一期节目中也存在。所以我们不得不先给各位读者补充一下基础知识。

18650型锂电池是电子产品中常用的锂电池,其型号定义规则中18指的是电池直径为18mm,65指的是电池长度65mm,0指的是圆柱体型电池。平时生活中常见的还有26650型锂电池和14500型锂电池(大小同5号电池),大号的甚至还有42120型号的。

汽车电池保温

当然在读者中也有一些段位稍高一点的读者,会在乎汽车在严寒情况下的工作状况。

这里我们需要解释一下,钴酸锂电池的标准放电温度是-20℃到60℃。所以夏天不用说,天气再热都没问题。至于低温情况下是否可行呢?据知情人士透露Tesla的电池方案在-50℃(冷却液水乙二醇的冰点)以上的环境下都能正常工作,当然这里并不是指在-50℃的环境下直接启动车辆就上路,而是先要使用抗寒套件对电池进行加热(这种温度下哪怕是汽油车也得热个半天的车才能上路),将冷却液加温后通过泵传递到每一节电池,当电池温度达到0~5℃时(在过低的温度下锂电池耗电极快),就可以开车上路了。

散热铝管

在评论中笔者看到有不少人将围绕特斯拉的铝管理解为热管的,这里笔者得说明一下,这个绝对不是热管。

热管的工作原理是将全封闭的管道内部抽成负压状态,充入适量沸点极低的液体,当产生温差时,内部液体会快速蒸发并带走热量,然后在温度较低端冷凝,再通过多孔毛细材料回流,循环往复快速带走热量。

而特斯拉中围绕电池的铝管首先并没有抽成真空,其次里面是充满液体的。可见这个完全不符合热管的工作原理。

如果说把导热铝管换成热管是否可行呢?答案必须是否定的。首先特斯拉的电池之间并不需要如此高效的导热能力,试想当有一节电池发生故障,温度急剧上升的时候,电池在熔断保险丝之前热量就被热管带走,那这一节故障的电池就会带动整个电池组极速升温,这是极其危险的。其次导热铝管内的液体主要作用是通过高比热容的液体对电池进行保温,防止电池过热,而且铝管与电池之间的绝缘胶也在一定程度上阻隔了铝管的的导热效果。再者在严寒环境下,锂电池还需要依靠加热冷却液来使电池回升到工作温度。

综上所述特斯拉内使用的不是热管,也不可能是热管。

电池保护

关于特斯拉电池保护部分笔者看到了不少有意思的留言。

关于这个问题,其实是这样的,在去年特斯拉曾有过几起汽车在路上遭遇物体撞击破坏电池保护壳,从而导致锂电池起火的事故。虽然没有造成人员伤亡,但是还是给特斯拉带来了重大的影响。

特斯拉的CEO马斯克表示,事故后他们收到的关于ModelS起火事件在全球各个国家的头条数目甚至比去年美国20万事故总数还要多得多。他说,对于这种情况,机载计算机会在火灾发生的时候警告使用者逃离车辆,即使乘客来不及逃离,在消防队到达之前,他们仍然会受到安全的保护,因为电池组和乘客舱之间的防火墙由钢和陶瓷材料填充。

当然事件还没完,自今年3月开始特斯拉生产的所有汽车都将配备一个三重底部防护层。第一重是一条空心圆形铝条,布置在蓄电池的前面,当路面有障碍物靠近的时候,能够起到改变障碍物行进方向防止障碍物靠近蓄电池的作用。此外,该铝条在一定程度上还能够吸收障碍物的冲击。第二重保护层是一块钛板,这种材质的保护板通常只有在特种航天和特种应用中才能够见到,钛板能够防止前底部敏感组件被损坏,大多数障碍物在经过这一层保护的时候都会被偏转或粉碎。至于那些极小个别仍然完好无损的碎片,则100%止步于第三重保护层,也就是有固态铝挤压而成的这一层,通过该层对冲击能量的吸收,障碍物最终无法影响蓄电池。

虽然不像评论中说的那样特斯拉的底盘有防弹的防护罩,但自从这套底部的防护罩安装之后,我们暂时还没有再次收到因击穿底部电池导致的起火事故。

丰田FCV近况:燃料电池“火拼”锂电池

6月25日,丰田公开了其燃料电池车FCV的设计情况,并宣布FCV在日本的销售将在今年开始,在美国和欧洲的发售会在2015年的夏季,在日本的预售价格是700万元,折合人民币大约在42万元左右,折合美元约为6.8万。

相较于丰田之前所宣称的价格不高于5万美元,此次公布的价格显得偏高,不过别忘了,这只是预售价格,最终售价一般会比预售价低。而且,作为一款零排放汽车,政策补贴也同样不会少,日本政府已经起草了一个时间表,通过补贴和减税来支持燃料电池的发展。

1991年,罗杰·比林期开发出世界上首个用于汽车的燃料电池,让汽车界的众人“忽闻水上琵琶声”,而燃料电池车从FCHV-adv概念车、FCV概念车再到FCV量产车,终于千呼万唤始出来。

约莫从有新能源这个词开始,关于燃料电池和锂电动汽车的发展方向之争就没有断过,上至国家政府的能源战略,下至老百姓的使用成本,两者产业链都有待完善,基础设施建设与成本是共同的敌人,所以两个阵营里的人都有着各自的坚持理由,可谓你是风儿我是沙,缠缠绵绵到天涯。

虽然燃料电池和锂电动汽车都是电能取代化学能的能源战,但是两种不同的供能方式让他们有着本质的区别。充电与充氢一比起来,瞬间就接地气很多。就算一时建不了充电站,从家用电源里接出个转换接头也勉强可以应对,但燃料电池车却不是随便谁都能从家里搬出个加氢罐子的。

与传统汽车相比,电动车的新零件锂电池最让人担心的是安全问题和寿命问题。最重要的是,里程焦虑在短期内还是个不治之症。而一直以来,燃料电池车最大的短处就是无图无真相,没有产品就没有最终的说服力。虽然罗林解决了燃料电池的跨界问题,但不论是氢气的制备、还是存储,都没办法像电能一样飞入寻常百姓家。因此,燃料电池汽车不能像锂电动汽车那样,在有最初的研发成果之时,就能够让消费者参与进来。

选定了供电方式的另外一个坏处就是,没办法向传统动力“妥协”。锂电动汽车的续航焦虑症可以用混合动力或者增程的方式来作为弥补,但是在燃料电池车里,且不说有没有加入发动机的空间,一旦有发动机的存在了,对于燃料电池车和车企来说,那就是明晃晃的自打自脸行为。

所以,丰田年内开始销售燃料电池车堪称里程碑式事件。FCV的续航里程在700公里左右,一次充氢的时间仅为3分钟,与传统动力汽车相当,虽然加氢站的建设依然需要大把资金的投入,但是足够长的续航里程让加氢站的密度不必过高,以美国加州为例,研究认为只要68座就能够解决燃料电池汽车的需求。另外在日本已经开发出了一种移动式的加氢站,外观上看上去是卡车+集装箱的组合,成本也大大降低。

燃料电池汽车虽然犹抱琵琶半遮面,但丰田的这场发布会是个信号弹,正式宣告了燃料电池汽车要走上与锂电动汽车对等的舞台,从此以后,燃料电池汽车和锂电动汽车共同面临基础设施和政策补贴的角逐,谁的建设速度更快,谁的补贴力度更强,谁就能获得更大的市场。

燃料电池与锂离子电池对比下的优势与不足

有人在网上询问:“燃料电池相对于锂离子电池有哪些优势和不足?”以下回答来自电池从业者。

要比较优势和不足,前提是在相同应用目的前提下。

先将燃料电池和锂电池作为对象比较不同和相同,然后才可针对不同的应用比较优势和不足。

不同的工作方式:燃料电池输入化学能,输出电能;锂电池输入电能,输出电能。因之,燃料电池是能量转化装置,而锂电池是储能(电能)装置。

相同的放电原理:燃料电池和锂电池对外输出电能时不是热机过程,而是等温绝热的电化学电源过程,故此效率高。

优势

1.当边界是地球上的人类社会时,对于未来能源结构调整的意义,燃料电池>锂电池:在化石能占绝绝大部分一次能源份额的一二百年内,如何提高从化石能到消费终端有用功的效率,以及如何屏蔽特定的有用功形式与一次能源结构的确定对应,关键是能量转化装置(人们容易类比到工业革命的蒸汽机的意义)的变革,而储能装置的作用往往是优化能量利用的效率。

2.当边界是运载工具特别是地面的汽车时,燃料电池驱动比锂电池驱动更可能成为类似今天的汽车业态:3分钟以内能量恢复,续驶里程超过400公里。化学反应需要氧化剂、还原剂(俗称燃料)和反应场所,燃料电池汽车只需要携带两样:燃料和反应场所——燃料电池;而锂电池汽车则需三样都带,又锂电池中氧化剂、还原剂存放距离很近(当前是靠百微米厚的隔膜)即使不工作也有自放电,再锂电池为达成寿命循环往往浅充浅放,即不能每个循环都像传统汽车那样将油用干、将油加满,故此真实使用时理论的续驶里程还要减半。这就是现在的燃料电池汽车有效续驶里程可达到600公里以上,而锂电池汽车有效续驶里程一般地小于100。燃料电池汽车类似天然气内燃机汽车,反应场所和燃料可以物理隔离,燃料加注实际是物理过程,要多快可以多快——只要经济上觉得上算,而锂电池汽车能量恢复是充电过程,即电解反应,需要控制要不然就会有副反应发生,其燃料加注速度受到技术进展程度的制约。

不足

1.当边界是便携电子设备时,燃料电池由于氧化剂、还原剂、反应场所分离,其系统集成简化的难度远远大于已经充分集成的锂电池或者其他种类二次电池;

2.当边界是电网不间断备份时,2ns的电子设备要求,燃料电池要把分离在外的氧化剂和还原剂送到电池内几乎是不可能达成的;

产业化程度:燃料电池现在没有产品制造业;而锂电池针对便携电子设备的现场电源已经形成了批量制造业。但针对汽车,两者都没有形成产品制造业,共同的技术难点在于电化学反应如何适应电机的感性负载大动态需求。

容易被蛊惑的说法:锂电池汽车因为现在已经存在锂电池工业,会比燃料电池汽车更容易取代内燃机汽车的历史地位。道理上的谬误:产品开发是从客户需求出发的,没听说割草机用的内燃机通过升级改造就能成就汽车内燃机的;经验上的认知:蓄电池汽车,从1900年开始,锂电池已经是第四次浪潮了,好像还是不会成功在这个10年,这是件很难的事情。

最让人憧憬的说法:燃料电池发动机+锂电池形成电电混合动力驱动汽车,可以1)提升2倍效率;2)车辆零排放;3)寿命和成本容易达成;4)摆脱汽车对原油资源的单一依赖。

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