電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
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沒有完美，惟有取舍
在電池設計環節，廠商可以通過調整正極、負極和電解液的材料來達到不同的目的。不過，凡事都有取舍，完美電池并不存在。倘若要強調安全性，那么就要犧牲能量密度，倘若要獲得重量方面的優點，那么就會導致更高的成本。總之，廠商要在能量密度、安全性、重量、電壓水平、成本等方面做好平衡，一方面最大化自己選擇的優點，另一方面又要優化電池系統的整體表現，提升屬性取舍所造成的短板。
剖析特斯拉的BMS
瑞銀的拆解試驗顯示，特斯拉的電池管理系統是當今最成熟的系統。得益于深度學習和人工智能的充足使用，特斯拉的BMS可以不斷獲得實際駕駛的大數據，然后對算法進行自我強化，從而使特斯拉電池包的續航時間相對更長。續航里程是目前電動車滲透率提升所面對的緊要問題，而特斯拉依賴領先的設計概念，在這一點上已顯露出差異化的競爭優點。
特斯拉Model3的BMS具有以下五大物理特性：
1、4416顆低容量的小電池支撐起75千瓦時的系統。使用大量小電芯的好處是：更易保持電池系統的整體穩定性；可新增對將來設計及材料變化的適應性；可彌補材料的負面屬性。下圖為拆自Model3的電池組：
2、特斯拉自己研制的半導體和軟件是實現精確管理的關鍵要素。基于內部研發的技術，特斯拉可以對每一顆電芯進行溫度管理。
特斯拉研制的兩個芯片分別叫蝙蝠俠和羅賓漢，他們的詳盡功能仍舊是深奧的。但瑞銀猜測，惟有38針的羅賓漢負責收集數據，而擁有64針的蝙蝠俠負責解決羅賓漢送過來的數據、監測電池的充電狀態、管理電芯的平衡及統籌多系統的數據共享與合作。
3、采用兩階段法進行電芯平衡，這對串聯很緊要。倘若沒有電芯平衡技術，不同電芯的電量會出現較大的差異，在充電時，同一組電芯有的洋溢至100%，而有的可能只充了60%，這時候為戒備持續充電而造成溫度失控，就不得不停止充電，從而造成了容量的浪費。
而特斯拉一方面對大量的電芯進行篩選和分類，將質量相似的電芯捆綁在一起使用，另一方面采用了精確控制的電芯平衡技術，使得不同電芯組之間在并聯時的電壓差異惟有2-3mV，相當于惟有0.05-0.08%的偏差。通過這些努力，特斯拉的電池包不僅獲得了更高的利用效率，還具備了相對較低的衰減速度。
再說說兩階段的電芯主動平衡技術。實際上，蝙蝠俠與羅賓漢的CP組合并不是惟有一對，而是擁有多對。首先，在每個模組的基板上都會有他們的身影，從而在模組層面實現精確控制。然后在高電壓控制面板上，蝙蝠俠與羅賓漢會再次發揮用途，使四個電池模組實現同步運作，進一步提高系統的穩定性。
4、NCA電池的弱點在于相對易燃性，但特斯拉通過使用不導熱材料以及嵌入溫度計的設計，降低了該弱點的影響。
5、特斯拉可以積累與BMS建設相關的所有數據，包括駕駛、充電、電池溫度、電池容量變動等。略微懂一點深度學習和人工智能的朋友應當知道，這一點是多么的緊要。而且，電池是能力儲存及釋放的裝置，會循序一定的化學反應及物理定律，這些數據之間的關聯是可以被相關經驗數據所驗證的，因此特斯拉設計的BMS在將來仍具有很大的發展潛力。
五大特性帶來了以下六大優點：
1、市面上的多數電動車，在使用的4至8年內，電池容量會下降至80%以下，但大多數特斯拉的產品仍能保持在90%以上。
上圖是特斯拉ModelS用戶的電池使用數據圖，在行使10萬公里后，電池容量下降至90%-95%，行使20-30萬公里后，電池容量仍在90%以上。電池的容量雖然在衰減，但特斯拉的衰減率實在令人滿意。相比之下，日產Leaf的電池表現就差多了。由于電池組的不成熟設計（沒有液冷系統），Leaf電池的衰減速度是出了名的快。
2、特斯拉BMS的設計理念是準許出錯的，因此具有很高的風險容忍度。系統事先已假定電芯會以一定的速率出現故障，所以會最大限度利用大數據來維護和管理大量的電芯，導致即使有一定程度的電芯出現故障，對整體系統的影響也會很小。由于使用了大量的小電芯，從統計上看，更容易減少不可控的范圍。
特斯拉的車型比其他品牌的車型多出了10倍的電芯數量，同樣損壞一定數量的電芯，特斯拉的系統不痛不癢，而其他廠商的系統可能就崩潰了。在傳統的設計辦法中，電芯的故障是“不可接受的”，因此他們會嚴格要求電池供應商的供貨質量，希望將故障率降至零。
3、基于BMS的設計框架，電池系統容量的新增可謂輕而易舉。特斯拉系統可使用相同的電池來滿足轎車、卡車、跑車、SUVs及其他類型汽車的需求，只需調整并聯和串聯的配置即可。
4、盡管NCA電池相對易燃，但依賴大數據的BMS可以戒備金屬沉積的形成以及溫度的升高，從而使電芯容量的利用程度能夠接近極限水平。
5、在采用固態電池的情景下，差異化的電芯平衡技術將顯得更為緊要。Model3具備的技術，例如自行設計的控制芯片及軟件、兩階段電芯平衡管理，以后將出現更為緊要的用途。
6、特斯拉的精控軟件及硬件是自行研制的，而傳統的汽車加工商大多將其外包給軟件及半導體公司，這使得特斯拉更加有能力應對將來市場的變化。
特斯拉的BMS可補償電芯設計的短板
1、不斷優化和升級。特斯拉的電芯無論在材料還是形狀，都在追求更高的能量密度，輔以先進的電池管理系統來彌補電芯設計的短板。事實上，特斯拉BMS的調整每天都在進行，并通過遠程管理進行升級。
2、人工智能算法的優點或將張大。特斯拉將與亞馬遜合建一座4.8MWh的儲能系統，屆時特斯拉將獲得為CPUs、DRAMs、空調等電子元件供電的大數據。特斯拉已經擁有利用人工智能來管理大型數據中心的豐富相關經驗，結合即將獲得的更高量級的數據，特斯拉可以輕松獲得有關新想法的算法，或是僅通過汽車行駛數據無法獲得的先進技術。
3、電池利用效率仍有提升空間。隨著特斯拉BMS精控管理能力的提升，有望通過降低安全裕度來實現電池包容量的提升。事實已證明，特斯拉有能力通過軟件的管理來控制汽車的可用容量。例如在去年九月的佛羅里達颶風來臨時，特斯拉為車主提升了電容15千瓦時，可額外行駛48公里的里程。
特斯拉電池組的弱點
上面說了許多特斯拉BMS的厲害之處，但其弱點也是十明顯顯的。
1、電芯的安全性相對較差。特斯拉使用的NCA電芯更易燃，這是無法否認的。過去，ModelS和ModelX都發生過多起燃燒事故。事實證明，火勢一旦蔓延到電池組，燃燒很容易就會加劇。因為電池里洋溢了液態的乙二醇，這是容易導熱的材料。不過，在新款的Model3中，所有的電芯都用阻燃材料做了固定，相比過往的ModelS和ModelX而言，變得更難燃燒。
2、模組更換成本高。一般而言，在并聯電路中，壞一些電芯并不會影響電池組的整體性能，但倘若是模組損壞了，更換模組的成本會比Bolt更貴一些。因為Bolt有10個模組，而特斯拉惟有4個模組。
3、有瞬間失控的風險。特斯拉擁有卓越的電力控制技術，能夠將所有數據聚合，并優化整個系統的運作表現。但問題是，電力控制系統也是要電力供應的。一旦出現短暫的電力缺失，電力控制系統有可可不可以及時激活，從而使安全保護和溫度控制的功能失效。
4、網絡安全風險。隨著汽車通信網絡的普及，惡意軟件和病毒所帶來的風險也會新增。這些程序可能有機會重寫電池管理系統的程序，通過停用功能、猛然改變電池容量來導致電池變形或著火。
雪佛蘭的Bolt又要怎么樣？
Bolt的BMS與特斯拉相比，有六個方面的差異值得留意：
1、特斯拉的芯片是自行設計的，而Bolt的芯片卻是外購的。例如，BoltBMS中監控電壓及溫度的芯片是LG化學設計的，然后交由半導體制造商ST微電子加工。自行設計的產品可以有更好的適應性及更快速的調整能力。
2、Model3擁有18個BMSMCUs，而Bolt有25個。通過估算，Model3的BMSMCUs價值72美元一個，而Bolt使用的MCUs價值84美元一個，差別不大。不過不排除特斯拉的成本更高，因為專利費用沒有蘊含在估算模型內。
3、Model3的電芯平衡采用兩階段法，而Bolt惟有一個階段。由于Bolt惟有單階段的電芯平衡，倘若新增電池容量，則容易會造成電芯平衡精確度的失衡，從而帶來更快的衰減速度。
4、特斯拉的BMS是分布式的，而Bolt的BMS是聚集式的。特斯拉為了保險起見，安裝了兩個BMS的控制芯片，即使一個出現了故障，整個系統仍舊能夠正常運作。而聚集式的BMS可能會有較低的抗風險能力。
綜合而言，特斯拉的BMS實在非常優秀。
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