中國儲能網(wǎng)訊：本文為北京理工大學(xué)電動車輛國家工程實驗室、北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院副教授、中國電工技術(shù)學(xué)會電動車輛專業(yè)委員會委員孫立清所做的研究報告。原文標(biāo)題為《當(dāng)前新能源汽車及相關(guān)領(lǐng)域存在的問題或熱點剖析及建議》，篇幅較長，我們分兩期刊發(fā)，本文為第二篇。(第一篇《剖析新能源汽車熱點：16條技術(shù)干貨與產(chǎn)業(yè)建議》)
對于當(dāng)下熱點TESLA電動汽車，筆者綜合各方觀點認(rèn)為：
(1)TESLA采用的電池和管理系統(tǒng)價格偏高，集成后安全問題猶在。
以ModelS系列為例，電池成本約占到整車總成本的50%，其次為BMS系統(tǒng)，約25%左右，其余包括車身等構(gòu)件總計約25%?？梢婋姵叵到y(tǒng)為特斯拉電動車最核心的成本構(gòu)成。目前特斯拉應(yīng)用的電池由日本松下公司提供，松下為特斯拉供貨的鋰電池型號為NCR18650A，屬于較常見的鎳鈷鋁三元鋰電池，其次為BMS系統(tǒng)，這部分成本比較固定。以高配版汽車為例，其使用的7410節(jié)左右松下NCR18650A電池成本就達(dá)到了18.5萬元(按電池價格25元/節(jié)計算)，占到了電池總成本的70%。另外電池管理系統(tǒng)成本約為8萬元。
特斯拉電池
雖近年來隨著鋰電池市場需求的不斷擴(kuò)張，鋰電池成本不斷降低，以日本為例，1995到2010年，15年間，日本鋰電池平均成本年率下滑幅度為11.2%。但受制于鈷資源，情況并非如此。倫敦金屬交易所鎳的期貨價格接近6萬美金，現(xiàn)在價格1.8萬美金，現(xiàn)在的價格只有最高價位的三分之一，另外一點就是鈷的加快只有三分之一，鎳和鈷的價格一旦漲起來，這個NCA一定遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過磷酸鐵鋰，這個價格之外都有用到鈷研究人不多，2011年鈷產(chǎn)量82200噸，對于這個8.22萬噸沒有什么概念，化學(xué)品大概占58%，化學(xué)品里面絕大部分都是用到了電池主要消費(fèi)類電子，每個人手上手機(jī)平板電腦、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)基本上都有這個元素。
如果我們把這個鈷元素用到電動汽車上面產(chǎn)生什么后果，這個按照30度電的乘用車來算，每輛車金屬鈷的使用量大概20%，金屬鈷的使用量8公斤，一輛車8公斤，一千萬輛車就是八萬噸，不可能用八萬噸，可能三萬噸的時候、四萬噸的時候就會引起鈷的價格飛漲，三四萬噸充其量可以支撐三四百萬輛電動汽車的發(fā)展，我想我們的這個行業(yè)的目標(biāo)肯定不是只做三四百萬輛，所以這個方式只能特斯拉做小眾車沒有辦法做普通大眾使用的車。比起目前其它類型的動力電池能量密度可每年提升9%，tesla電池的優(yōu)勢并不會持久，也難以大眾化。
按目前技術(shù)看，特斯拉自身擁有的核心技術(shù)是BMS系統(tǒng)，具有一定的領(lǐng)先優(yōu)勢，但它根本上沒有擺脫電池并聯(lián)，相反以昂貴的已經(jīng)證明并非百分百安全的PACK系統(tǒng)(不是指對人)獲得了所謂的優(yōu)勢。國外目前BMS系統(tǒng)主要采用的是定位于高端的主動式BMS均衡系統(tǒng)，而國內(nèi)目前主要采用的是定位于中低端的被動式或者只是起到顯示作用的不帶均衡功能的BMS。從可以看出，我國目前在BMS的開發(fā)和應(yīng)用方向還有很長的一段的路要走。
但從國外的BMS發(fā)展?fàn)顩r中，我們可以看到，價格與技術(shù)含量高的主動式BMS，是我國未來BMS發(fā)展的方向。在目前我國經(jīng)濟(jì)處于轉(zhuǎn)型升級的特殊時期，我們應(yīng)該結(jié)合我國的工業(yè)生產(chǎn)狀況來發(fā)展具有高附加值的主動BMS。國外BMS的成本在整個電池系統(tǒng)中的成本占比大約是30%左右。而假如采用國內(nèi)的被動式BMS，差不多只占到總成本的3%左右。對于Tesla這樣的強(qiáng)調(diào)電子信息技術(shù)的公司，BMS的造價甚至高達(dá)2萬美金，價格遠(yuǎn)遠(yuǎn)的高于市場上一般的主動式BMS. SOC準(zhǔn)確性因為沒有真正做到電荷量的精確計量而值得懷疑！
(2)TESLA的電池技術(shù)并非先進(jìn)，安全性值得商榷
就電動車的核心技術(shù)電池而言，特斯拉所使用的電池是鈷酸鋰系列的鋰電池，優(yōu)點是單位重量的比能更高，這就使得特斯拉使用同等單位體積和重量的電池，可以產(chǎn)生更多的能量。也正是因此，ModelS擁有了483KM的續(xù)航里程。特斯拉所使用的電池包在使用過程中安全性較低，鋰電池的燃燒爆炸問題一直是影響安全性的主要因素。
燃燒爆炸原因在于：一、局部損壞和短路導(dǎo)致溫度升高，有機(jī)電解液發(fā)生燃燒泄漏。二、幾百上千塊電池串并聯(lián)，熱管理和充放電管理BMS難度較大。針對這方面的擔(dān)憂，特斯拉ModelS啟用了電池組水冷系統(tǒng)，就系統(tǒng)本身而言，也并不是特別有技術(shù)優(yōu)勢和亮點。目前這項技術(shù)國內(nèi)也有一些電池生產(chǎn)企業(yè)在用，因此，這一技術(shù)并不是非常先進(jìn)。
特斯拉用最火的電池NCM和NCA，但安全問題值得商榷。鈷酸鋰電池危險在什么地方，相信人們都心知肚明。因為鋰離子電池充電的時候，這個鋰離子會走掉，走調(diào)之后最后導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)就是結(jié)構(gòu)沒有辦法維持原有的結(jié)構(gòu)，這樣造成的問題是氧以氧氣形式出來，初中化學(xué)學(xué)過的燃燒三個要素第一可燃物，所有的電池里面都是可燃物的，里面的電解液非?？扇嫉模ㄘ?fù)極材料碳材也是可染的，另外有氧氣，本來電池密封沒有氧氣，因為化學(xué)反應(yīng)釋放出來的燃?xì)饬硗膺_(dá)到燃點，如果用材料，本身電池如果不破裂可以滿足燃燒的三個條件，而爆炸的兩個條件，一個是密閉空間。
第二點能量的劇烈釋放我們用NCM或者NCN的電池理論上面我們沒有辦法規(guī)避內(nèi)升爆炸機(jī)制，這個電池不管怎么樣做，這個里面當(dāng)然如果做的特別好有可能對于乘用車來說人來得及逃生，但是對于電動大巴來說這個逃生的時間比較長，不一定可以達(dá)到這個過程。相對來講磷酸鐵鋰材料來說這個氧和磷緊密結(jié)合在一起，磷酸鐵鋰電池會起火燃燒但絕對不會爆炸；而固體電解質(zhì)電池由于沒有電解液，加之安全機(jī)制，會安全很多。電池廠包括很多的專家用NCM和NCA的電池，做材料十年的經(jīng)驗告訴大家，使用NCM和NCA電池是暫時的情況，沒有它續(xù)駛里程的優(yōu)勢也就無從談起。
(3)TESLA并沒有從電池管理角度解決低溫充電問題，對于NCA電池低溫充電更是致命的。
液態(tài)電介質(zhì)電池在較低溫度下如-10度甚至更低的溫度下充電會初事故。這是由于，電池中的電解液離子遷移速率變得緩慢，那么在這樣的低溫環(huán)境下對電池進(jìn)行充電時，容易出現(xiàn)電池中的鋰離子在負(fù)極表面沉積形成金屬鋰的狀態(tài)，而這種金屬鋰的存在不僅對電池的使用壽命和性能造成很大的影響，更重要的是這種金屬鋰容易引起電池內(nèi)部短路，造成電池的安全事故。顯然TESLA并沒有從電池管理角度解決低溫充電問題，對于NCA電池低溫充電更是致命的。
(4)TESLA的充電機(jī)是單向的，并非像VOTE一樣，可以作為電源對住宅供電
(5)電機(jī)所采用銅轉(zhuǎn)子交流異步電機(jī)沒有獲得太大優(yōu)勢，TESLA高價噱頭值得懷疑。
文獻(xiàn)研究《采用鑄鋁轉(zhuǎn)子和鑄銅轉(zhuǎn)子時鼠籠式異步電機(jī)的損耗特性對比》表明，以1臺5.5 kW三相異步電機(jī)為例,計算分析采用鑄鋁轉(zhuǎn)子和鑄銅轉(zhuǎn)子時電機(jī)各項損耗及效率的變化特點。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：空載時,2種轉(zhuǎn)子的各項損耗并無太大差別;滿載時,定子銅耗和鐵耗差別不大,銅轉(zhuǎn)子基波銅耗大幅降低,但諧波銅耗略微增加,最終使得電機(jī)總損耗降低約60W,效率增加約1%。可見所采用銅轉(zhuǎn)子交流異步電機(jī)沒有獲得太大優(yōu)勢，尤其在低速功率相對較小的中低端電動汽車上， TESLA拿銅轉(zhuǎn)子做高價噱頭值得懷疑。而實際上，采用六相制交流異步電機(jī)采用銅轉(zhuǎn)子可以獲得很高的效率優(yōu)勢。
(6)TESLA電機(jī)電控一體化并未實現(xiàn)
近日，三菱重工宣布他們研發(fā)出了世界上最小的電動車用電機(jī)與逆變器組合系統(tǒng)。三菱重工實現(xiàn)電機(jī)與逆變器小型化的秘訣有兩點，首先是優(yōu)化逆變器內(nèi)的晶體管與二極管制造材質(zhì)。目前的逆變器內(nèi)部元件材質(zhì)多為硅，這次三菱重工將其加以改變，使用碳化硅(官方預(yù)估到2018年，碳化硅的元件生產(chǎn)制造成本就會與現(xiàn)有硅材料生產(chǎn)制造成本持平)代替硅。在保證逆變器工作效率的同時，新材料的引入使得逆變器與電機(jī)整體尺寸減小了44%，且發(fā)熱量更低。三菱重工縮小電機(jī)以及逆變器尺寸的第二個秘訣在于優(yōu)化了冷卻系統(tǒng)，傳統(tǒng)的逆變器與電機(jī)采用分體設(shè)計，冷卻時冷卻水先流向溫度較高的逆變器，隨后冷卻水為電機(jī)進(jìn)行冷卻。這次三菱重工將電機(jī)與逆變器進(jìn)行整合，將之組合成了一個類似圓筒的結(jié)構(gòu)，這樣冷卻水可以一次性為逆變器與電機(jī)進(jìn)行冷卻。同時，考慮到逆變器工作時的發(fā)熱量更大，冷卻水路在流經(jīng)逆變器部分相比流經(jīng)電機(jī)部分管路布置更加密集。TESLA的驅(qū)動組件可以看出其尚未達(dá)到電機(jī)電控一體化。
(6)充電制式復(fù)雜繁多，無法兼容和實現(xiàn)雙向(V2G)
(7)車載能源系統(tǒng)沒有做到互聯(lián)和集成控制
電機(jī)電控，動力轉(zhuǎn)向，水冷系統(tǒng)和空調(diào)以及懸架控制系統(tǒng)，沒有做到互聯(lián)和集成控制(指功率級別)。
(8)觸控技術(shù)并非TESLA的獨門絕技，實現(xiàn)起來也沒有必要繞彎子多點觸控技術(shù)并不是那么容易實現(xiàn)的，它是從硬件到軟件的一個有機(jī)的整體，可以說是一個系統(tǒng)工程。微軟在大談多點觸控的應(yīng)用前景，即將發(fā)布的Windows 7(Vista的升級產(chǎn)品)將全面支持多點觸控技術(shù)。多點觸控技術(shù)是一場觸控技術(shù)方面的革命，說白了就是屏幕將能識別你的五個手指同時做的點擊、觸控動作。我們知道一個手指可能只能做點擊的動作，可是五個手指衍生出的動作將是很多很豐富的。
很遺憾市面上還沒有見到這種多點觸控的電腦，據(jù)說惠普做了一款能支持兩個手指動作的觸控屏幕。iPhone為什么這么熱銷，關(guān)鍵就是它的多點觸控屏技術(shù)，這個對于其他手機(jī)廠家來說是很致命的。蘋果公司已經(jīng)為多點觸控技術(shù)申請了兩個專利。盡管如此，觸控技術(shù)我們并不陌生，早就有了。銀行的取款機(jī)大多是觸摸屏，很多醫(yī)院、圖書館等的大廳都有這種觸控技術(shù)的電腦。而支持觸摸屏的手機(jī)、MP3、數(shù)碼相機(jī)也很多。觸控技術(shù)，用手指代替了鍵盤、鼠標(biāo)，既顯示出了最大的人性化，又在特定的場合減少了鼠標(biāo)、鍵盤的空間。但是這些已經(jīng)存在的觸控屏幕都是單點觸控，也可以說是電阻式觸控。他的缺點主要是只能識別和支持每次一個手指的觸控、點擊。
(9)價格太高
特斯拉宣布了其在香港的售價，由于香港市場的定價將比照中國定價原則，入門款只售不到58萬港幣，約等于452,200人民幣，比中國定價73.4萬的價格便宜了28萬。 據(jù)了解，配備60kWh電池的Model S在香港將會以港幣579,000元開賣，85kWh電池的車款定價港幣657,000元；Model S Performance 85定價則是761,800元。電池管理系統(tǒng)價格也高的離譜！
(10)無法享受補(bǔ)貼和難以擺脫地方保護(hù)
(11)高速動力學(xué)控制問題
K&C問題似乎存在，所以高速飄和令人暈
(12)空調(diào)系統(tǒng)不好，后排舒適性差
這些注定了(1)其品質(zhì)與寶馬的差距，不管穿何種外衣；(2)其必須要依附本土車企才能成長。特斯拉成功的最核心資源在于其資源的整合力，商業(yè)模式的創(chuàng)新和應(yīng)用上有別于大部分電動車廠商運(yùn)作模式，使其并非特別亮眼的技術(shù)構(gòu)成部件，組合起來卻具有了令人震撼的澎湃動力。土豪可以因有錢，無所顧忌，TESLA給富人帶來無敵玩具，但對于大多數(shù)，中國人，莫過于蝴蝶效應(yīng)。
作為科技界，我們佩服馬斯克先生，但不得不提醒，變化無窮飛速發(fā)展的今天，任何被顛覆都是可能的，豐田和松下支持和參股下TESLA也有成為業(yè)界的先驅(qū)的可能。但其若已經(jīng)擁有或開始著手更具競爭力的技術(shù)，如車載能源互聯(lián)技術(shù)，或者TESLA老本行的交流電技術(shù)(如電能數(shù)字化傳輸和變換)這些下一代電動汽車技術(shù)，本土企業(yè)也許付出巨大努力才能改變傳統(tǒng)汽車的宿命。過去我們可以靠市場，現(xiàn)在更要靠技術(shù)，這些年的巨大汽車市場，似乎還沒有換來真正的立得住的自主技術(shù)，值得我們深思。
最后聲明，本人受條件局限，未對TESLA電動汽車進(jìn)行實驗或測試，歡迎有條件的企業(yè)測試后對本文扶正，萬分感謝。更進(jìn)一言，有條件的企業(yè)需要對TESLA電動汽車進(jìn)行對標(biāo)研究，否則無端藐視和過度崇拜都會顯得很愚鈍。Tesla也更應(yīng)該讓中國消費(fèi)者或者技術(shù)界了解更多更詳細(xì)，這利大于弊，以避免對其可能粗淺或錯誤的認(rèn)識改變其在中國消費(fèi)者或者技術(shù)界的形象。
