鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：647次 | 2021年10月11日
特斯拉電動汽車進(jìn)軍我國 電池容量突破技術(shù)限制
最近，美國特斯拉電動汽車進(jìn)軍我國市場的新聞屢屢登上媒體頭條。那么，特斯拉有何過人之處？它是否符合汽車發(fā)展的潮流？其安全系數(shù)如何？作為先后混跡于美國三大汽車公司（福特、通用、克萊斯勒）的工程師，筆者也想談?wù)勛约簩μ厮估目捶ā?/p>
在討論特斯拉之前，先簡單介紹一下電動汽車相關(guān)的背景知識。這篇文章中所說的電動汽車，單指自帶驅(qū)動電源的純電動汽車，不包括混合動力汽車和有外接電源的車輛（如有軌電車）。
假如拿人走路打比方的話，發(fā)動機(jī)和電池相當(dāng)于輸出能量的心臟，中間的傳遞系統(tǒng)相當(dāng)于傳遞能量的骨骼和肌肉，最后帶動雙腳——車輪前進(jìn)。如上圖所示，電動汽車和汽油車都有“心臟、骨骼、肌肉、雙腳”，但兩者的能量傳遞路線是不相同的。
電動汽車不出現(xiàn)尾氣
電動汽車的優(yōu)點(diǎn)不少：
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
第一是節(jié)能。眾所周知，傳統(tǒng)汽車的能量來源是石油。相有關(guān)其他重要能源形式，石油儲量少且不可再生。盡管近幾十年來，圍繞“剩余石油還夠開采多少年”這個問題，專家們展開了多次爭論，但是原油儲量不斷減少，并且產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到峰值卻是不爭的事實(shí)。相信車主們面對不斷攀高的油價，一定會認(rèn)同這一點(diǎn)。
同時，由于重要石油產(chǎn)地（中東地區(qū)、俄羅斯、中亞國家）和重要石油消費(fèi)地（美國、西歐、東亞）的不一致，圍繞著石油的控制權(quán)，數(shù)十年來各相關(guān)國家展開了激烈的政治、經(jīng)濟(jì)甚至博弈。這個問題對我國來說也至關(guān)重要。2013年，我國超過美國，成為世界最大的石油進(jìn)口國，石油對外依存度逼近60%。因此，發(fā)展電動汽車，降低石油對外依存度，對我國的經(jīng)濟(jì)安全、地緣政治安全有重大意義。
電動汽車用的是二次能源——電能。電能的來源十分廣泛，除了儲量比石油豐富很多的煤以外，還有可再生的水能、風(fēng)能、太陽能，以及潛力巨大的核能。因此，假如電動汽車能廣泛普及，不僅會對人們的生活方式出現(xiàn)重大改變，對全球地緣政治格局也會有所改變。
電動汽車的第二個優(yōu)勢是幫助對付霧霾。汽車尾氣是城市霧霾的重要來源。目前，各國對汽車尾氣排放的標(biāo)準(zhǔn)越來越嚴(yán)。而電動汽車在運(yùn)行時自身不排放尾氣，在城市的空氣污染治理方面優(yōu)勢明顯。就總的污染量來說，雖然燃煤發(fā)電也會有污染物，但是用大型發(fā)電廠和分散的內(nèi)燃機(jī)汽車相比，能源利用效率更高，發(fā)電廠有關(guān)廢氣的集中處理也能讓廢氣排放量降低。
第三點(diǎn)是傳動和控制的優(yōu)勢，這一點(diǎn)涉及電動汽車傳動的一些特點(diǎn)。舉例來說，汽油發(fā)動機(jī)運(yùn)行在上千攝氏度、幾十個大氣壓的惡劣工況下，要精密的制造技術(shù)、控制技術(shù)，和復(fù)雜的潤滑系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)（散熱系統(tǒng)還不停地把寶貴的汽油燃燒的熱量白白散發(fā)到大氣中）。發(fā)動機(jī)要定期保養(yǎng)，換機(jī)油。而且發(fā)動機(jī)要通過復(fù)雜的變速箱、傳動軸、減速器，才能把能量傳遞給車輪。大部分傳遞過程都是通過金屬的齒輪和軸承的“硬連接”。所有的部件都要復(fù)雜的制造工藝并且容易損壞（想想各大車廠因為自動變速箱出問題搞了多少次召回）……
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備
所有這一切的麻煩，在電動汽車這里都不是問題。電動汽車的電池、電動機(jī)會發(fā)熱，但是比起內(nèi)燃機(jī)的散熱要容易處理得多。電動汽車的能量傳遞也不要復(fù)雜易損的“硬連接”，“軟”的導(dǎo)線就好了。由于電系統(tǒng)的控制技術(shù)相對更為成熟，電動汽車的控制相對來說容易很多。
比如，很多人都了解，電動汽車加速性能比汽油車要好。這是因為電動機(jī)調(diào)節(jié)功率比內(nèi)燃機(jī)容易。再舉個例子，電動汽車可以比較容易實(shí)現(xiàn)在每個輪子上都單獨(dú)裝一個電動機(jī)，分別控制每個輪子的轉(zhuǎn)速。這樣車的轉(zhuǎn)向性能會出現(xiàn)飛躍。而由于傳動問題，這在傳統(tǒng)汽油車上幾乎無法實(shí)現(xiàn)。
再比如，傳統(tǒng)汽油車上，也要安裝一套發(fā)電—電池系統(tǒng)，用于車上各種電子控制系統(tǒng)、車載娛樂系統(tǒng)的電源。而電動汽車就可以合二為一，大大降低成本。
前面講了這么多電動汽車的優(yōu)點(diǎn)，那么它有沒有缺點(diǎn)或隱憂呢？應(yīng)該說，問題很大，非常之大。電動汽車目前所有的問題，都可以歸結(jié)到電池上。
首先，由于技術(shù)的限制，現(xiàn)在的電池容量有限。也就是說，在一定的重量/體積/成本下，目前的車載電池可以儲存的電能量有限，而這卻與電動汽車的行駛里程直接相關(guān)。根據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署（EPA）的測試數(shù)據(jù)，單次充滿電后，美國特斯拉公司“modelS”型車的行駛里程為426公里；日本日產(chǎn)公司的“Leaf”型車是121公里；德國寶馬公司的“ActiveE”型車為151公里。由此可見，除了特斯拉，其他電動汽車的行程都比較有限。但是，特斯拉為此是下了血本的。
其次，現(xiàn)在的電池以鋰離子電池為主。目前鋰離子電池的生產(chǎn)（包括鋰礦開采）、使用和回收過程對環(huán)境的影響有很多爭議。同時，鋰礦在全球的分布極不平均，改為電動汽車以后，會不會受制于產(chǎn)鋰國，也是很多國家擔(dān)心的問題。
電池組保修8年有點(diǎn)懸
前文提到，電池容量是電動汽車的核心問題。可惜萬人矚目的特斯拉電動汽車在電池方面并無過人之處。和諸多同行自行研制生產(chǎn)（如比亞迪）或者合資生產(chǎn)電池相比，每輛特斯拉使用了數(shù)千顆從日本松下公司購買的18650型鋰離子電池。
要了解，18650電池組應(yīng)用最多的是筆記本電腦，而筆記本電腦的電池通常也就用個三四年，特斯拉卻為ModelS的電池組供應(yīng)了長達(dá)8年的質(zhì)量保修。姑且不談電池這樣的核心部件受制于供應(yīng)商的問題，即便是特斯拉的電池管理技術(shù)十分出眾，筆者也很擔(dān)心，特斯拉這一承諾有點(diǎn)懸，將來可能會為此背上沉重包袱。
在電池管理技術(shù)和控制技術(shù)方面，電池管理系統(tǒng)（BMS）的重要任務(wù)是提高電池的利用率，防止電池出現(xiàn)過度充電和過度放電，延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。此外，電池管理系統(tǒng)還要監(jiān)控電池系統(tǒng)的溫度，控制散熱系統(tǒng)，防止過熱等。
前文表格為筆者整理的、目前市場主流電動汽車的電池容量、行程和平均每公里的耗電量。從每公里的耗電量這一項，可以大致看出生產(chǎn)廠電池管理和控制技術(shù)的水平：特斯拉和其他主流車型相比，并無明顯優(yōu)勢。
另外值得一提的是，比亞迪雖然在控制技術(shù)上和德國、美國、日本的大公司有一定差距，但比亞迪強(qiáng)勢的電池技術(shù)彌補(bǔ)了其不足，在中低端電動汽車市場上，行程有較大優(yōu)勢的比亞迪會有較強(qiáng)競爭力。
另外，在安全問題上，特斯拉的車一直有較大爭議。在數(shù)起碰撞—著火事故發(fā)生以后，美國交通部下屬的高速公路交通安全管理局對特斯拉的ModelS型車進(jìn)行了安全調(diào)查。
據(jù)《》報道，在特斯拉表示會為電池新增額外的保護(hù)層之后，高速公路交通安全管理局結(jié)束了對ModelS型車的安全調(diào)查。
無人駕駛會成為主流
作為汽車行業(yè)工程師，筆者認(rèn)為在可預(yù)見的未來，汽車行業(yè)重要會有兩方面的進(jìn)展。
一是動力方向。廠商會一邊持續(xù)改進(jìn)汽油發(fā)動機(jī)，以滿足政府在燃油經(jīng)濟(jì)性和尾氣排放方面日益嚴(yán)格的要求；一邊繼續(xù)投入研發(fā)混合動力和電動汽車（包括鋰離子電池和燃料動力鋰電池）。雖然未來的大趨勢是電動，但由于電池性能改進(jìn)的緩慢和不確定，未來電動汽車是否能成為主流，形勢并不明朗。
除了動力方向這些“心臟、肌肉、骨骼”方面的改進(jìn)，汽車行業(yè)未來發(fā)展的另一個大方向是升級車的“神經(jīng)系統(tǒng)”。目前，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容包括給汽車安裝“眼睛”——攝像頭和“耳朵”——。以后的重要工作是逐步增強(qiáng)汽車“大腦”的功能，使它逐步能識別自己“看到”和“聽到”的事物，并且學(xué)會自己安全地“走路”。
從目前已經(jīng)開始大規(guī)模推廣的主動安全（防碰撞、自動泊車）這樣的“賣點(diǎn)”，逐步過渡到自動巡航，最后達(dá)到自動/無人駕駛。這些性能的實(shí)現(xiàn)重要依賴于軟件的改進(jìn)，不像電池、汽油發(fā)動機(jī)的改進(jìn)受限于材料學(xué)、熱力學(xué)方面的“硬”條件。從主動安全到無人駕駛，目前已經(jīng)有比較清晰的路線圖。
個人認(rèn)為，10至20年內(nèi)，無人駕駛就會成為主流。
