20万英里后电池衰减不到15%特斯拉如何做到?

近日,国新办举行新闻通气会,解读《政府工作报告》有关情况。其中提出要“推动消费持续恢复”,三大举措中,推动新能源汽车消费成为重要组成部分,《政府工作报告》指出要稳定增加大宗消费,在去年新能源汽车销售“井喷”的形势下,今年继续支持新能源汽车消费。

与此同时,在国内外共同关注的2022全国两会上,“新能源”也再次成为热议话题,竖起绿色风向标。作为目前新能源汽车主流动力来源之一,锂电池、锂电资源引起多位代表的关注,提出加快国内锂矿开发等建议,避免因锂价上涨、影响动力电池行业而抑制新能源汽车普及速度。

动力电池对电动汽车有多重要?又有着怎样的发展历程?从特斯拉的故事中,我们可以一窥究竟。

从通用EV1到特斯拉Roadster(参数丨图片),从“无奈退场”到“高调出场”

1996年,世界第一辆现代电动汽车通用EV1量产,成为电动汽车发展历史上的重要里程碑。

EV1第一代车型采用的是铅酸电池,它能产生137马力,最大转速可达13000转,这让EV1在8秒左右就能完成百公里加速,1994年的原型测试车还创造了296公里/时的极速成绩。强劲的性能、没有传统汽车发动机的抖动和噪音、不需要格栅、风阻系数只有0.19,这一切对当时的人来说都是那么新奇。

然而,作为电动汽车的先行者,EV1也难免有着技术上的缺陷,比如它的电池重达522公斤,加上车身重量,总重接近1.4吨,续航里程只有145公里,价格也十分昂贵,更致命的是存在安全隐患,无法满足乘用车的需求,通用只能采取租赁的方式,在美国两个州向用户提供服务。几年后,因为政策与市场环境的不成熟,加之电池本身的不足,EV1还是遗憾退场。

但动力电池与电动汽车的潜力被更多人看到,进入了如火如荼的发展期。1997年,丰田首先使用高功率镍氢电池,推出普锐斯混合动力汽车,开启了动力电池在乘用车上的商业化道路。

2006年以前,动力电池发展方向都处于摇摆不定的阶段,而特斯拉Roadster的出现,让全球车企与电池巨头将目光瞄准了锂电池。

当年,打造EV1的工程师们没有熄灭梦想,仍在坚持开发电动汽车,首席设计师Al Cocconi更是带着团队出走,生产了一款铅酸电池车T-Zero。但是,不仅是Al Cocconi,整个电动汽车的产业都陷进了一个怪圈:沿着之前的道路专注于铅酸电池和镍氢电池的研发,但纯电动汽车的续航能力仍然很低,而电池成本却一直居高不下。

此时,一名来自硅谷的工程师为Al Cocconi投资了15万美元,并建议T-Zero换用了锂电池,行驶里程终于产生突破,超过了480公里。这让锂电池第一次成为电动车的动力之源,而这名工程师,就是特斯拉的联合创始人和第一任首席执行官马丁·艾伯哈德。

自此,特斯拉就走上了超级电池的道路,把钴酸锂电池用在了第一辆生产的电动汽车Roadster身上,成为世界上第一个采用锂离子电池的电动汽车公司。特斯拉在续航里程、车辆性能与安全性上的多点突破,真正让属于电动汽车的时代来临了。

特斯拉采用了18650 型三元锂离子电池,也是最早选用圆柱型三元锂电池的车企,这可以追溯到特斯拉最初与松下合作的年代。

当特斯拉通过智能的电池管理系统,“征服”了被业界认为无法管理的大量18650电池后,特斯拉没有就此满足,正如特斯拉CEO马斯克表示,“安全是特斯拉的首要目标”,特斯拉立刻开始着手提升18650电池的安全性能和寿命。

特斯拉自主研发了领先的热管理系统和电池管理系统,确保电池在最优化、最一致的温度区间工作,即使在低温低电量时,电芯也能保持均衡一致性,并延长电池循环寿命。

为使电芯稳定性更好,特斯拉还在每节电芯、每个电池砖、每个电池片的两端均设置有保险丝,一旦电池过热或者电流过大则立刻熔断,断开输出避免因某个电池出现异常情况而影响到整个电池包的正常运行。

这已经成为特斯拉电池的核心技术,特斯拉开放专利后,更是为后来的许多造车新势力和动力电池企业提供了学习的模型。

电动汽车对电池的要求,是安全系数高、单次充电续航里程长、性能稳定可靠、可循环充电次数多。保障了安全之后,特斯拉得以继续在电池其他方面的性能表现上下功夫。

尽管都叫三元锂电池,而特斯拉车辆所采用的三元锂电池,拥有自己的独特配方和工艺,相比起其他三元锂电池,使用寿命更长、充放电性能更好、能量密度更大,这也意味着特斯拉车辆整体电池更轻、充电快、加速性能好。

特斯拉电芯成功应用了硅碳负极材料,大大提升了电芯能量密度,以更小的体积储存更多能量。电池包上,特斯拉创新研发的大模组设计,不但有效提高体积利用率,也可以容纳更多电芯,并将电芯并联成组,提高电池包瞬间放电能力,以及单次充电的续航里程。

众所周知,和手机一样,电动汽车的电池寿命和平时的用车习惯有很大关系。这就要求车企不仅在硬件设计上用功,还要有先进软件的辅助。特斯拉的BMS电池管理系统管控着每个电池充放电,调节满足最佳性能,同时在充电时减少或者避免对电池的损害。同时,特斯拉还以先进的热量管理系统,精准及时地控制电池包温度,使其工作在最佳温度,减少温度因素对电池的伤害,延长电池寿命。

先前,热心网友还统计了特斯拉车辆的电池衰减情况,从图表中可以看出,经过5万英里的行驶,大部分特斯拉车辆(统计车型为特斯拉Model S/X/3)电池仅衰减了5%,10万公里后,则仅不到10%,即使在20万英里后,也大多不到15%。

《2020特斯拉影响力报告》中,也给出了官方数据。图表显示,经过20万英里的行驶后,特斯拉Model S/X的电池衰减水平仍保持在85%左右,与上述数据相符。

如今,特斯拉在电池技术上更进一步,Model 3率先搭载了21700三元锂电池,直径21毫米、长度70毫米,能量密度接近300Wh/kg,这也让Model 3成为了全球能耗最低的车型,性能也获得极大提升,Model 3高性能版续航里程高达675公里,百公里加速仅需3.3秒,这几乎是目前主流电动汽车中最长的续航里程、最强劲的性能。

此外,特斯拉后轮驱动版Model 3和Model Y也开始采用磷酸铁锂电池。磷酸铁锂电池的循环性能更好,一般充放电循环次数可以达到3500-4000次左右,使用寿命更长,同时还有耐高温、安全稳定性强等优点,加之技术的进步使磷酸铁锂能量密度不断提升,能够满足消费者的日常出行需求。

作为新能源汽车、电动汽车的资深用户,山西太原的周先生对此有很深的感受。“电动车我开过好几辆,一开始是蔚来,后来换成了特斯拉Model Y,也试驾过Model 3和小鹏的车,”他说,“纸面上的续航数据就有明显差距,实际开起来,特别是冬天,特斯拉的电池更‘抗造’,有电池预热功能,续航里程也比其他品牌的车高不少。”

在特斯拉等车企、电池企业的共同努力下,电动汽车走进了越来越多消费者的生活,动力电池技术也在国家政策与消费趋势的推动下迅速发展。技术的提升往往伴随着可靠性的提升与成本的降低,我们相信,今后电动汽车将和传统燃油车一样成为我们信任、喜爱的出行伙伴,甚至成为超越燃油车的最佳出行方案。

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