新能源汽車(chē)電池大戰：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(chēng)為硅谷最有可能接過(guò)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)展的基礎技術(shù)停滯不前的情況下，產(chǎn)生顛覆式創(chuàng )新。

　　基礎技術(shù)是極難突破的，所以，很多人認為當技術(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(chē)為例。電動(dòng)汽車(chē)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(méi)見(jiàn)哪款電動(dòng)汽車(chē)真正火起來(lái),原因就是電池技術(shù)的徘徊不前。但是之前一個(gè)主要混互聯(lián)網(wǎng)圈的人物，僅僅幾年的時(shí)間，就開(kāi)發(fā)出一款讓傳統汽車(chē)巨頭相形見(jiàn)絀的電動(dòng)汽車(chē)——Tesla Model S，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(chē)工業(yè)簡(jiǎn)直讓人難以置信...

　　不但是我們媒體和普通消費者沒(méi)有搞明白，其他汽車(chē)廠(chǎng)商巨頭也十分困惑：作為毫無(wú)根基的后來(lái)者，Tesla電動(dòng)汽車(chē)是將跑車(chē)級性能、驚人的安全性、智能化操控/高可靠性融為一體，實(shí)現從產(chǎn)品到營(yíng)銷(xiāo)上對傳統巨頭的全面超越。

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

　　ElonMush前后做過(guò)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”于基礎研發(fā)而長(cháng)期無(wú)法突破的行業(yè)。不是解決了基礎問(wèn)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那樣常年執著(zhù)于基礎研發(fā)。Solaercity也沒(méi)有在太陽(yáng)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(jìn)行整合，創(chuàng )造出強大的BMS電池管理系統。而不是Fisker那樣深挖電池的能量密度。

　　先挑一個(gè)因基礎技術(shù)難以獲得突破而長(cháng)期徘徊不前的行業(yè)，恰好這個(gè)行業(yè)的許多廠(chǎng)商也沉迷于基礎技術(shù)研發(fā)，沒(méi)看到跨界整合改進(jìn)現有產(chǎn)品的潛力...

　　這只是第一步。Elon Musk能做出像Tesla Model S這樣顛覆傳統電動(dòng)汽車(chē)的極致產(chǎn)品，閃光的是他解決問(wèn)題的思路。

　　一般的產(chǎn)品經(jīng)理，非常熟悉了歸納和類(lèi)比的產(chǎn)品思維。創(chuàng )新的方式往往類(lèi)比市面上現有的一些產(chǎn)品，然后歸納出來(lái)一些結論：對比自己的產(chǎn)品和市面是幾個(gè)賣(mài)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，就設法在那個(gè)方向上獲得突破，無(wú)論是功能的缺失、創(chuàng )新的有無(wú)、營(yíng)銷(xiāo)的效果，都亦步亦趨總結別人的優(yōu)點(diǎn)、類(lèi)比自己的不足。

歸納和類(lèi)比的思維指導下，傳統廠(chǎng)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，而不是參考現狀，然后推理出來(lái)一個(gè)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。傳統電動(dòng)汽車(chē)，追求高性能，可靠性和安全性就難以保證。反過(guò)來(lái)，追求可靠性/安全性，性能羸弱駕車(chē)體驗太差，性能/價(jià)格比毫無(wú)市場(chǎng)競爭力。性能——安全性/可靠性——成本，三者此消彼長(cháng)的關(guān)系，根本矛盾在于電動(dòng)汽車(chē)的電池能源上。

　　傳統電動(dòng)汽車(chē)廠(chǎng)商為了便于電源管理和獲得跟多的儲電量（提升續航里程），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(wèn)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、安全系數都“失控”。

　　Tesla卻反其道行之，從一開(kāi)始選擇大電池衍生出的一系列問(wèn)題，他們選擇了至今讓許多廠(chǎng)商匪夷所思的、將幾千節18650電池串聯(lián)起來(lái)。這是解決能量密度問(wèn)題即大幅提升電動(dòng)汽車(chē)續航里程的關(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，但也絕非我們日常隨處可見(jiàn)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3100mAh，特別在安全、穩定、可靠性上適配電動(dòng)汽車(chē)上做了一系列改進(jìn)。

　　將幾千節優(yōu)質(zhì)品種的18650電池串聯(lián)起來(lái)，確實(shí)獲得了驚人的動(dòng)力來(lái)源，但是如何管理，才能平衡安全性和可靠性的問(wèn)題？Tesla的解決方案是Battery Management System ，BMS電池管理系統，其設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設計了三級電源管理系統：分別是370個(gè)電池組成一個(gè)電池磚，每?jì)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域，從而組成整個(gè)電池模組。每一級都有相應地保證監控電池運行狀態(tài)、調節溫度、防短路/防外力沖擊的措施。整個(gè)BMS系統在編程管理鋰離子電池的電子系統、使用特殊的防護材料、精巧和低成本的安全結構設計上，都有自己非常獨到和成功的地方。

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

　　TeslaModel S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°角側面碰撞、以及翻滾試驗中獲得全5星評級的汽車(chē)，超過(guò)所有SUV和小貨車(chē)。Tesla的安全設計讓電池組在受到嚴重撞擊破壞后給予車(chē)主5分鐘的時(shí)間離開(kāi)車(chē)子，起火只會(huì )集中在車(chē)身前底部，不會(huì )全車(chē)起火燃燒。還有不得不說(shuō)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汽車(chē)的1%。

Elon之前并沒(méi)有做過(guò)汽車(chē)，卻開(kāi)出一款各方面性能遠超傳統廠(chǎng)商的電動(dòng)汽車(chē)，總結下來(lái)，“顛覆式創(chuàng )新”居然是這樣來(lái)的：回歸問(wèn)題的本質(zhì)，運用跨界思維，重塑一個(gè)更優(yōu)的解決模型。

　　當然，這里所說(shuō)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?？缃绲男Ч?，舉個(gè)例子，眾所周知的蘋(píng)果電腦的磁吸式電源接頭，最早應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計的。喬布斯發(fā)現之后，將其運用到“奢侈”的蘋(píng)果筆記本電腦上。

　　基礎技術(shù)停滯，產(chǎn)品就無(wú)法產(chǎn)生顛覆式創(chuàng )新嗎？并非。還是你層次不夠，沒(méi)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(shí)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(kāi)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(chē)產(chǎn)業(yè)三基工程會(huì )議上，比亞迪股份有限公司總裁王傳福接受了媒體專(zhuān)訪(fǎng)，他認為，比亞迪秦這款車(chē)市場(chǎng)預期遠遠超出了他們的預估，給產(chǎn)能帶來(lái)很大壓力；在新的電池技術(shù)上，比亞迪一直在進(jìn)行新電池、新材料的研發(fā)。

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

　　王傳?；卮鹫f(shuō)，比亞迪現在正在遇到產(chǎn)能的瓶頸，因為對市場(chǎng)的預估有些小心謹慎，沒(méi)有判斷出比亞迪秦這款車(chē)市場(chǎng)如此的火爆，所以，現在的產(chǎn)能遠遠跟不上供應。

　　現在比亞迪秦已銷(xiāo)售了6000余輛，現在每個(gè)月的產(chǎn)能是1000輛，但每個(gè)月的訂單數量在3000至4000輛左右，超出了產(chǎn)能的3至4倍，這就出現了比亞迪秦市場(chǎng)供應的嚴重短缺。這也說(shuō)明新能源車(chē)的市場(chǎng)拐點(diǎn)已經(jīng)到來(lái)了?，F在比亞迪也在積極布局，應對這樣的市場(chǎng)狀況，至少在明年早些時(shí)候能夠解決市場(chǎng)供應的問(wèn)題。

　　說(shuō)到電池材料技術(shù)路線(xiàn)問(wèn)題，比亞迪現在是磷酸鐵鋰的方向，未來(lái)也會(huì )研究其它的技術(shù)。我們現在研究的就是在磷酸鐵鋰路線(xiàn)下的改進(jìn)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)達到了三元材料的密度。另外，我們考慮電池的技術(shù)路線(xiàn)，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(gè)元素的電池價(jià)格會(huì )下不來(lái)。而我們選擇的磷酸鐵錳鋰，這些元素在地球上很富有，不會(huì )存在枯竭的那一天，所以，我們從經(jīng)濟性上來(lái)考慮，就選擇了這個(gè)路線(xiàn)。當然，隨著(zhù)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(xiàn)。

　　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(chǎng)關(guān)注。昨日，比亞迪董秘吳經(jīng)勝接受記者采訪(fǎng)時(shí)表示，該款電池計劃于明年實(shí)現量產(chǎn)，將主要應用于比亞迪的自產(chǎn)車(chē)輛。

　　目前，新能源汽車(chē)所用的動(dòng)力鋰電池主要有磷酸鐵鋰電池和三元材料電池兩大路徑，前者應用于國內大部分新能源汽車(chē)，而后者則應用于特斯拉等車(chē)型。此次比亞迪最新研究出的磷酸鐵錳鋰電池在傳統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。而根據比亞迪董事長(cháng)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，即能量密度被提高了近60%，意味著(zhù)續航里程將大大提高。這一技術(shù)突破也讓市場(chǎng)感嘆，“再也不用擔心新能源車(chē)的續航問(wèn)題了”。

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

　　從過(guò)往的價(jià)格來(lái)看，傳統磷酸鐵鋰電池的價(jià)格遠低于三元材料電池。由于三元材料中的鈷元素是相對稀有的金屬，因此價(jià)格一直處于高位。反觀(guān)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，應用環(huán)節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(chē)載電池的數量。另一方面，由于電池自重較重，電池減少還能有效降低車(chē)身重量，從而進(jìn)一步節約能耗?！鄙鲜鰳I(yè)內人士說(shuō)，“目前新能源車(chē)中電池的成本占比超過(guò)三分之一，降低的成本將直接反映在車(chē)價(jià)和用車(chē)成本中?！?/p>

　　自新能源汽車(chē)在國內市場(chǎng)面世以來(lái)，價(jià)格始終是消費者最為關(guān)注的焦點(diǎn)之一。目前新能源汽車(chē)由于得到了國家與地方的雙重補貼，價(jià)格比較有競爭力，但根據規劃，新能源汽車(chē)的補貼力度將隨時(shí)間推移而降低。

　　去年，財政部等四部委下發(fā)的《關(guān)于繼續開(kāi)展新能源汽車(chē)推廣應用工作的通知》中規定，新能源車(chē)的補助標準將逐年下降，2014年和2015年各類(lèi)新能源乘用車(chē)的補助標準在2013年的基礎上分別下降10%和20%。此后，今年的下降幅度于年初被調整為下降5%和10%。

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

　　比亞迪電動(dòng)汽車(chē)為何選用磷酸鐵鋰電池？

　　電池和充電是新能源車(chē)發(fā)展戰略的兩大瓶頸。相對充電站建設來(lái)說(shuō)，電池性能的改進(jìn)更需要"硬實(shí)力"。在電池技術(shù)上，業(yè)內也有一些不同的聲音，基本的共識是鋰電池是發(fā)展方向，國內應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(diǎn)呢？

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

目前國內主流新能源整車(chē)廠(chǎng)家有江淮、長(cháng)安、北汽、上汽榮威、比亞迪等，"這些廠(chǎng)家主要生產(chǎn)純電動(dòng)車(chē)、插電式混合動(dòng)力，這與國家的新能源汽車(chē)戰略非常契合。"長(cháng)安汽車(chē)股份有限公司副總裁杜毅表示，國家大力發(fā)展新能源車(chē)，主要是希望純電動(dòng)車(chē)能盡快達到國際汽車(chē)先進(jìn)水平，實(shí)現彎道超車(chē)。

　　磷酸鐵鋰電池優(yōu)勢明顯

　　"目前國內主流新能源廠(chǎng)家使用的基本都是磷酸鐵鋰電池。"江淮汽車(chē)乘用車(chē)營(yíng)銷(xiāo)公司新能源營(yíng)銷(xiāo)部副部長(cháng)方良海向記者介紹說(shuō)。

　　榮威550PLUG-IN插電式混合動(dòng)力車(chē)，采用的也是磷酸鐵鋰動(dòng)力電池。

　　為什么眾廠(chǎng)家同時(shí)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(cháng)、安全性好、自放電小以及綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。具體來(lái)說(shuō)，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90%以上；循環(huán)壽命達到2000次以上，標準充電（5小時(shí)率）使用，可達到2000次，性能價(jià)比超過(guò)普通電池的4倍以上；安全性好，性能比較穩定，目前，北汽E150EV產(chǎn)品已經(jīng)示范運營(yíng)行駛2000萬(wàn)公里，無(wú)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(wú)毒，無(wú)污染；另外，高溫性能好，電池穩定工作溫度環(huán)境-20℃至75℃。

　　江淮電動(dòng)車(chē)選擇的也是磷酸鐵鋰電池。方良海認為其技術(shù)相對成熟、價(jià)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(dòng)車(chē)依靠電池來(lái)驅動(dòng)，那么電池的使用壽命到底能有多長(cháng)？是否使用幾年后電池就不行了？

　　江淮純電動(dòng)車(chē)愛(ài)意為是較早投放市場(chǎng)的新能源車(chē)之一，已有豐富的市場(chǎng)經(jīng)驗。方良海介紹，目前有的江淮純電動(dòng)車(chē)已經(jīng)跑了10萬(wàn)公里，經(jīng)過(guò)測驗發(fā)現，電池損耗還不到20%。換句話(huà)說(shuō)，江淮iEV一次充滿(mǎn)電可以跑100公里，但跑了10萬(wàn)公里后，充滿(mǎn)電還能跑80公里。

　　林逸也表示，磷酸鐵鋰電池可滿(mǎn)充滿(mǎn)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，據記者了解，新能源車(chē)有5年/10萬(wàn)公里的質(zhì)保，如果在此期間電池出現問(wèn)題，廠(chǎng)家免費更換電池。

　　"其實(shí)更換電池并不像大家想象的那么復雜，一組電池是由單體組成的，一般不會(huì )整組電池出現問(wèn)題，只要換單體就行了，成本價(jià)只要一兩百元。"方良海表示，廠(chǎng)家會(huì )盡最大可能給消費者提供便利。

　　電池性能由管理系統決定

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

　　上汽乘用車(chē)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(dòng)力車(chē)所用的動(dòng)力電池經(jīng)過(guò)了嚴苛的碰撞、火燒等試驗檢測，同時(shí)整車(chē)設計了多層次高壓安全防護體系。另外，還配備了遠程實(shí)時(shí)監控系統，一旦出現電池電量過(guò)低、車(chē)輛數據異常、系統報警等情況，車(chē)輛智能信息控制系統會(huì )點(diǎn)亮報警燈，提醒駕駛員車(chē)輛出現異常，從根本上保護駕乘者的安全。

　 正如方良海所說(shuō)："電池是死的，管理系統才是最核心的。"例如有時(shí)候車(chē)輛會(huì )突然掉電，這可能是車(chē)輛溫度高了。江淮給電池設定了自動(dòng)保護系統，這只是江淮iEV電動(dòng)車(chē)為電池設定的安全保護措施中的一個(gè)方面而已，"這些都是江淮純電動(dòng)車(chē)經(jīng)過(guò)市場(chǎng)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(wàn)元，現在一輛車(chē)有兩組電池，重約200kg。

　　上汽：加入電池組后，榮威550PLUG-IN車(chē)重增加了約200kg。榮威550PLUG-IN正常使用狀態(tài)下充滿(mǎn)電大約需要9-10度電，以電費0.5元一度計算，充滿(mǎn)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(chē)電池成本大概13萬(wàn)元。

　　充電時(shí)間以及快速充電

　　從電池零電量到完全充滿(mǎn)大約需要8個(gè)小時(shí)左右，這是在試驗條件下得來(lái)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(shuō)，正常使用時(shí)一般6小時(shí)左右便可充滿(mǎn)。

　　現在，有不少人希望能實(shí)現快速充電，即用半個(gè)小時(shí)或者一個(gè)小時(shí)就充滿(mǎn)電。汽車(chē)廠(chǎng)家并不贊同這種方式，因為這會(huì )損害電池的使用壽命。