寶馬/三星/特斯拉/松下對(duì)比 電池哪家好?

時(shí)間:2016-07-26

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導(dǎo)語(yǔ): 電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域決勝的關(guān)鍵在于:哪家公司的電池技術(shù)處于領(lǐng)先地位。暫時(shí)撇開(kāi)通用汽車(chē)和LG Chem在電池方面的合作不談,近來(lái)CleanTechnica網(wǎng)站的評(píng)論提出了一個(gè)值得探討的問(wèn)題,寶馬+三星電池VS特斯拉+松下電池哪家更強(qiáng)?

電動(dòng)車(chē)領(lǐng)域決勝的關(guān)鍵在于:哪家公司的電池技術(shù)處于領(lǐng)先地位。暫時(shí)撇開(kāi)通用汽車(chē)和LGChem在電池方面的合作不談,近來(lái)CleanTechnica網(wǎng)站的評(píng)論提出了一個(gè)值得探討的問(wèn)題,寶馬+三星電池VS特斯拉+松下電池哪家更強(qiáng)?

每千瓦時(shí)的花費(fèi)(Price/kWh)是關(guān)鍵問(wèn)題

電動(dòng)車(chē)成本競(jìng)爭(zhēng)力是最重要的因素。如果汽車(chē)制造商掌握了低成本電池的技術(shù),便能生產(chǎn)出比燃油汽車(chē)有競(jìng)爭(zhēng)力的汽車(chē),在產(chǎn)品價(jià)格和產(chǎn)品參數(shù)/型號(hào)方面有很好的平衡,并且能夠提供一般消費(fèi)者能接受的續(xù)航里程范圍。(如果消費(fèi)者能夠意識(shí)到電動(dòng)車(chē)更深層的好處,燃油車(chē)很難與之抗衡??上M(fèi)者一般都意識(shí)不到這些優(yōu)點(diǎn),因此,這是個(gè)爭(zhēng)論未決的問(wèn)題。)

多年來(lái),特斯拉一直致力降低該公司電池的每千瓦時(shí)成本(雖然幾年前據(jù)預(yù)估,該項(xiàng)數(shù)據(jù)與日產(chǎn)汽車(chē)相近)。據(jù)特斯拉最近聲明稱(chēng),該公司電池組的成本已經(jīng)低至每千瓦時(shí)190美元——該數(shù)據(jù)與即將上市的使用GM/LGChem電池組的ChevyBolt汽車(chē)相仿(據(jù)通用公司稱(chēng),LGChem電池每千瓦時(shí)成本為145美元,而維持電池組需要額外30%的花費(fèi),因此總成本為每千瓦時(shí)189美元)。

因?yàn)樘厮估蚅GChem已經(jīng)公布了會(huì)生產(chǎn)售價(jià)低于40,000美元的長(zhǎng)續(xù)航里程電動(dòng)汽車(chē),所以我們有理由相信這兩家公司已經(jīng)就低成本電池簽訂相關(guān)合同,以確保能夠生產(chǎn)出自己宣稱(chēng)的電動(dòng)汽車(chē)。寶馬和日產(chǎn)可能也掌握了相關(guān)技術(shù),但是他們不愿意公開(kāi),怕壓低自己的產(chǎn)品售價(jià)。

目前,消費(fèi)者能夠以66000美元的價(jià)格購(gòu)買(mǎi)到續(xù)航里程數(shù)大于200公里的特斯拉大型純電動(dòng)豪華汽車(chē)(未計(jì)額外的獎(jiǎng)勵(lì))。續(xù)航里程數(shù)只有100公里的寶馬微型汽車(chē)i3售價(jià)為51,400美元。當(dāng)然,還有其他一些因素對(duì)售價(jià)也有影響,比如寶馬i3使用了昂貴的碳素纖維材料,特斯拉的ModelS使用了超級(jí)充電器。但是,我們就此可以得出結(jié)論,寶馬的電池比特斯拉的電池昂貴。

每千瓦時(shí)成本并不意味著一切

雖然推測(cè)出了每千瓦時(shí)的成本,我們必須明確這只是初始容量,并不意味著一切。

電池專(zhuān)家,多功能能源供應(yīng)商(VersatileEnergyProvider)公司創(chuàng)始人及CEO丹尼斯-拉克切耶夫(DenisRakcheev)介紹稱(chēng),功率密度(powerdensity,單位為kWh/kg)也是應(yīng)當(dāng)考慮的重要參數(shù)之一。特斯拉的組件相對(duì)便宜(雖然可以找到更便宜的鋰電池,但是功率及熱性能不是很好)??傮w來(lái)看,特斯拉的電池是最高效的電池之一。

汽車(chē)重量越重,所需要的驅(qū)動(dòng)力越大。不同汽車(chē)制造商采用不用的方法處理這個(gè)問(wèn)題。特斯拉采用了一種高明的方式:主體為鋁,加上高比能量電池(能量密度高達(dá)140Wh/kg,與日產(chǎn)Leaf汽車(chē)相近)。

寶馬i3汽車(chē)車(chē)身是所有汽車(chē)中最輕的,是由碳素纖維材料制造而成的,但是采用了低密度電池(95Wh/kg)。起亞Soul汽車(chē)采用了老式鋼鐵框架以及高密度鋰聚合物電池(200Wh/kg)。因而,對(duì)于消費(fèi)者來(lái)說(shuō),最理想的汽車(chē)應(yīng)該就是把各家公司的優(yōu)點(diǎn)都集于一身。

此外,值得注意的是,小型初創(chuàng)公司VEP-Tech使用了三星SDI的電池,能量密度為112Wh/kg,每千瓦時(shí)成本為210歐元)

除了功率密度以及原始容量每千瓦時(shí)成本,如果電池只能循環(huán)使用(完全放電并充電)10次就失去了20%電池容量,那這些電池就是失敗產(chǎn)品,使用它們的汽車(chē)必將很快出現(xiàn)在廢車(chē)場(chǎng)。

長(zhǎng)期規(guī)劃,是個(gè)技術(shù)活

值得關(guān)注的是特斯拉+松下電池,這款電池目前表現(xiàn)良好。而且特斯拉還為該電池提供了一項(xiàng)8年內(nèi)不限里程數(shù)保修服務(wù)。然而,這并不意味著特斯拉擁有市面上電動(dòng)汽車(chē)最好的電池。

最近評(píng)論家JennySommer提到一篇2013年對(duì)BMZ公司首席執(zhí)行官鮑爾(SvenBauer)的采訪(fǎng),該公司當(dāng)時(shí)是歐洲最大的電池生產(chǎn)商(現(xiàn)在仍有可能是最大的)。鮑爾當(dāng)時(shí)表示,特斯拉公司汽車(chē)使用的18650型傳統(tǒng)鋰電池壽命并不長(zhǎng)。鮑爾補(bǔ)充道,寶馬i3使用的電池元件是最先進(jìn)的,能夠使用20年。

不知道鮑爾對(duì)特斯拉電池了解多少,竟然暗示特斯拉使用的電池跟筆記本電腦一樣,而我們明顯可以看出特斯拉電池跟筆記本使用的不一樣。

關(guān)鍵問(wèn)題是特斯拉汽車(chē)的電池是否只能支撐八年?能否撐到20年?寶馬的電池是否真的能夠使用20年而不會(huì)損失大量續(xù)航里程?這里暫且不討論寶馬i3使用了多少塊電池,僅討論電池質(zhì)量。

沒(méi)人知道這些問(wèn)題的確切答案,然而鮑爾對(duì)自己的觀點(diǎn)深信不疑。當(dāng)被問(wèn)起寶馬i3電池20年使用壽命,鮑爾稱(chēng)消息可靠,只需要一個(gè)月便能證明。確切的說(shuō),電池壽命具體時(shí)間為20年零9個(gè)月。而在此時(shí)間之后,電池充電后依然能夠達(dá)到原始容量的80%。

在否認(rèn)了鮑爾的觀點(diǎn)之后,DenisRakcheev補(bǔ)充稱(chēng),鮑爾未提及一個(gè)重要的問(wèn)題,關(guān)于電極的設(shè)計(jì)。高能量密度值是由鋰離子能夠吸附的表面積定義的。該比表面積是可操控的,例如通過(guò)納米結(jié)構(gòu)增加電極表面孔隙率從而增加更多電極材料層級(jí)。

增加電極表面是個(gè)昂貴的過(guò)程,要求謹(jǐn)慎測(cè)試以確保元件的耐熱性以及動(dòng)力特性。于是,人們?cè)谀芰棵芏纫约肮β拭芏戎虚g使用黃金材料。寶馬通過(guò)使用低能量密度電池達(dá)到了目的。這是個(gè)強(qiáng)強(qiáng)對(duì)決,在電池元件的主要細(xì)節(jié)都被對(duì)比過(guò)之后,到底誰(shuí)的弱點(diǎn)更大?

鮑爾在2013年的采訪(fǎng)中稱(chēng),對(duì)于這些壽命長(zhǎng)的電池而言,存在價(jià)格權(quán)衡問(wèn)題。但他沒(méi)有說(shuō)明價(jià)格,只是提到寶馬電池元件比特斯拉貴。寶馬i3使用的壽命高達(dá)20年的電池元件,明顯能夠提供高性能,缺點(diǎn)是每千瓦時(shí)的花費(fèi)也更高。

但是在電池管理方面他們不需要花費(fèi)太多精力。只需要每千瓦時(shí)250-300歐元的成本,電池就能擁有高性能以及更長(zhǎng)的壽命。(值得注意的是,該采訪(fǎng)是2013年發(fā)布的,現(xiàn)在的價(jià)格肯定不一樣了。)

DenisRakcheev對(duì)此的回應(yīng)是,如果鮑爾不能提供寶馬跟特斯拉電池在每千瓦時(shí)成本,kWh/kg以及kWh/m3的重要參數(shù)對(duì)比,那么他的話(huà)就不可信。電池壽命逐漸變成電池管理問(wèn)題(耐熱性,80%荷電狀態(tài),80%隨選排量,最高耗量管理),減少對(duì)鋰離子化學(xué)過(guò)程的依賴(lài)(除非談及不同的化學(xué)過(guò)程,如鋰-空氣電池,液流電池或其他混合電池)。

鮑爾稱(chēng),特斯拉電池使用了不可能使用20年的18650鋰電池。該電池如果小心點(diǎn)使用,最多只能使用八年;而如果經(jīng)常使用或者在相對(duì)比較熱的地區(qū)使用(如地面溫度可高達(dá)六七十?dāng)z氏度的加州),那么電池的使用壽命只能有四五年。不得不說(shuō),如果特斯拉電動(dòng)車(chē)的電池真的如聲稱(chēng)的最多可以使用八年,卻提供了八年的保修就有點(diǎn)奇怪,不過(guò),如果電池壽命只有四五年,那就說(shuō)得通了。這里重申一下,鮑爾的評(píng)論是基于特斯拉使用了標(biāo)準(zhǔn)18650鋰電池,而特斯拉所采用的電池元件明顯與此不同。

如DenisRakcheev所說(shuō),還需要考慮一些別的參數(shù)。而鮑爾似乎并不知道這些額外的參數(shù)是什么,并且做出了奇怪的假設(shè)。

可惜,只收到了一篇發(fā)布在主流媒體上的文章鏈接,該文章討論的是特斯拉能源的固定式蓄電池產(chǎn)品,與特斯拉汽車(chē)使用的電池完全不同,對(duì)于解釋清楚問(wèn)題所在并無(wú)幫助。

因此,特斯拉并未給出電池問(wèn)題的相關(guān)細(xì)節(jié)。根據(jù)資料,特斯拉電池保修期為八年(保證電池容量在八年內(nèi)不會(huì)降低到原始容量的80%以下)。如果不是特斯拉宣稱(chēng)電池壽命僅為八年(實(shí)在太短了),筆者認(rèn)為電池壽命至少應(yīng)該為十年。

電動(dòng)車(chē)電池哪家更強(qiáng)?

更強(qiáng)只是一個(gè)主觀詞,我們必須客觀地通過(guò)成本,性能以及壽命的平衡進(jìn)行評(píng)價(jià)。我們無(wú)法直接斷定寶馬的電池性?xún)r(jià)比更高,因?yàn)樘厮估诤廊A轎車(chē)銷(xiāo)量上排行第一,而寶馬i3的銷(xiāo)量只是中等水平。

就算不考慮特斯拉電池的高功率密度,寶馬i3前期成本太高也不受消費(fèi)者歡迎。而消費(fèi)者買(mǎi)車(chē)的時(shí)候,都不會(huì)考慮得太長(zhǎng)久,很少有人買(mǎi)車(chē)(或者租車(chē))的時(shí)候考慮到汽車(chē)20年后的狀況。

也就是說(shuō),我們根本無(wú)從判斷是否寶馬i3汽車(chē)的電池壽命真的是特斯拉電動(dòng)車(chē)的兩倍長(zhǎng),而且特斯拉汽車(chē)的續(xù)航里程數(shù)就算從250公里降至200公里(降低了總里程數(shù)的20%),也比寶馬i3從80公里降至64公里強(qiáng)。可以明顯預(yù)測(cè)出特斯拉汽車(chē)在二手車(chē)市場(chǎng)的表現(xiàn)也會(huì)比寶馬i3好。

盡管如此,討論汽車(chē)制造商應(yīng)該采用何種電池技術(shù)依然十分有趣。幾年過(guò)后如果我們?cè)賮?lái)對(duì)比下特斯拉的ModelS和寶馬的i3,就會(huì)涌現(xiàn)更多的觀點(diǎn),那時(shí)會(huì)有更多寶馬i5以及其他電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行對(duì)比。

寶馬公司是否能夠如寶馬i5首位車(chē)主TomMoloughney所希望的那樣,生產(chǎn)出價(jià)格可以與特斯拉Model3一爭(zhēng)高下的產(chǎn)品?或者說(shuō)這個(gè)要求太過(guò)分,因?yàn)閷汃R使用了壽命很長(zhǎng)的三星SDI電池?幾年后,特斯拉電池是否能繼續(xù)有超出預(yù)期的表現(xiàn),還是嚴(yán)重退化導(dǎo)致車(chē)主想要升級(jí)而且該車(chē)在二手市場(chǎng)貶值太快?這些都是筆者希望在未來(lái)得到答案的問(wèn)題。

最后,還有一點(diǎn)值得一提。丹尼斯-拉克切耶夫(DenisRakcheev)曾經(jīng)提到過(guò),電池組組裝方式也能影響電池成本、性能、甚至壽命。

特斯拉使用了數(shù)以萬(wàn)計(jì)的18650型鋰電池,每塊特斯拉電池3.2-3.4安,而其他公司使用的為60-94安電池。這兩種方法各有利弊。特斯拉的矩陣式組裝很貴,換一個(gè)小元件很便宜,單元級(jí)控制溫度更簡(jiǎn)單。

而其他公司的設(shè)計(jì)方式大致相反:組裝很便宜,換一個(gè)大元件很貴,由于大尺寸元件擴(kuò)散速度很慢,會(huì)導(dǎo)致熱控制不均衡或者成本很高。

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