【導(dǎo)讀】我們都知道85kW/h版本的Tesla電池組由近7000節(jié)18650鋰電池構(gòu)成。但電池組的實(shí)際情況，卻沒(méi)多少人見(jiàn)過(guò)。之前網(wǎng)上發(fā)布的電池分析大都是基于Tesla的電池專利而分析得出的。這次就由GeekCar的小伙伴為大家揭開Tesla電池的最后一層神秘面紗。
不知各位是否記得國(guó)內(nèi)有個(gè)叫游俠汽車的團(tuán)隊(duì)在打造純電動(dòng)車，2個(gè)月前他們的Demo已經(jīng)能跑起來(lái)了。但說(shuō)白了，那只是一輛從二手現(xiàn)代酷派跑車改裝過(guò)來(lái)的電動(dòng)車，他們距離真正制造一輛電動(dòng)車還有很長(zhǎng)的路要走。
不過(guò)，前一陣子GeekCar的小伙伴聽(tīng)說(shuō)游俠汽車拆解了一輛Tesla。俗話說(shuō)得好，要成功必須向成功者學(xué)習(xí)。所以游俠汽車用這種“簡(jiǎn)單粗暴”的方式向Tesla學(xué)習(xí)的精神倒是挺值得稱贊的。
于是我們實(shí)地走訪了游俠汽車的“制造工廠”，終于見(jiàn)到了這輛被完全拆散的Tesla。這一次先和大家分享一下Tesla的電池部分。
我們都知道85kW/h版本的Tesla電池組由近7000節(jié)18650鋰電池構(gòu)成。但電池組的實(shí)際情況，卻沒(méi)多少人見(jiàn)過(guò)。之前網(wǎng)上發(fā)布的電池分析大都是基于Tesla的電池專利而分析得出的。這次就由GeekCar的小伙伴為大家揭開Tesla電池的最后一層神秘面紗。
電池模塊
圖1：Model S底盤整個(gè)電池組的全景圖
這張圖是Model S底盤整個(gè)電池組的全景圖，Model S一共有16塊電池組，最下面的空擋那塊原來(lái)有兩塊電池，上圖中已經(jīng)被游俠汽車拆了下來(lái)。
Tesla在每一塊電池組上都覆蓋一塊玻纖板對(duì)電池進(jìn)行簡(jiǎn)單的保護(hù)。每?jī)蓧K電池之間都有金屬梁隔開。圖中左下角是整個(gè)電池組的保險(xiǎn)絲，右側(cè)是電池的冷卻液接口和冷卻液加注口。
單塊電池組
圖2：?jiǎn)螇K電池組
這塊兒就是Tesla非常高大上鋰電池組，在這塊板上一共有444節(jié)電池，每74節(jié)并聯(lián)成一組，整塊電池板由6組電池串聯(lián)而成。所以我們可以算出在這款Tesla Model S 85車型上一共有7104節(jié)18650鋰電池。
圖3：電池組的6塊分區(qū)圖
電池組的6塊分區(qū)排布見(jiàn)上圖紅線部分。這塊電池板正反面的構(gòu)造是呈中心對(duì)稱的，至于為什么排列成這樣，想必一定是經(jīng)過(guò)大量測(cè)試和驗(yàn)證的。GeekCar猜測(cè)這么排列是為了獲取更低的平均電阻率以及配合散熱管道實(shí)現(xiàn)更好的散熱。
圖4：電池組高溫保護(hù)措施
電池組中間的那幾根線一邊連接著電池的極板，另一頭連到電池控制模塊，這些線是用來(lái)檢測(cè)電池組的電壓，從而保證電池組正常工作的。
再仔細(xì)看可以發(fā)現(xiàn)，每一節(jié)電池上都有一根很細(xì)的保險(xiǎn)絲，這個(gè)是用來(lái)保護(hù)整個(gè)電池組的，當(dāng)單節(jié)電池出現(xiàn)溫度過(guò)高之類的異?，F(xiàn)象時(shí)，保險(xiǎn)絲會(huì)自動(dòng)熔斷，以達(dá)到保護(hù)整個(gè)電池組的目的（每節(jié)電池的正負(fù)極都會(huì)有一根保險(xiǎn)絲）。
這么多保險(xiǎn)絲需要焊接在電路板上是一項(xiàng)非常大的工程，從工藝上來(lái)看應(yīng)該是由專門的機(jī)器人使用超聲波焊接完成的。
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BMS主控芯片
圖5：Tesla的電池主控模塊
Tesla的電池主控模塊，從PCB板上印刷的logo來(lái)看，這塊電路板是完全由Tesla自行研發(fā)的。電路板上使用了大量的電阻和電容進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，光是在我們看到的這一面就有6組電信號(hào)的采集線路。
由于Tesla使用的是18650鋰電池，這種鋰電池就是我們筆記本電腦中使用的電池，所以其電控方面的技術(shù)是非常成熟的，雖然我想了很多辦法還是無(wú)法看清楚主板上芯片的型號(hào)，但還是能推測(cè)出上面主要有充放電管理芯片和電池計(jì)量管理芯片，相比筆記本電池，其復(fù)雜的地方應(yīng)該在多路的電池信號(hào)采集和控制算法上，畢竟電動(dòng)汽車成百上千節(jié)電池的監(jiān)控和筆記本電腦10節(jié)左右的電池監(jiān)控不在一個(gè)數(shù)量級(jí)上。
Tesla的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)
在之前各大媒體公布的消息中，我們得知Tesla是有一套專門的液體循環(huán)溫度管理系統(tǒng)圍繞著每一節(jié)單體電池的，但其具體構(gòu)造，卻始終未能見(jiàn)到。有媒體在報(bào)道中是這么說(shuō)的“據(jù)Tesla專利說(shuō)明介紹，隔離板內(nèi)部的水可以是靜態(tài)的也可以是流動(dòng)的，可以直接存儲(chǔ)在隔離板內(nèi)部管腔，也可以被裝到特定的水袋中。如果是流動(dòng)狀態(tài)，可以與電池組的冷卻系統(tǒng)連接在一起，也可以自建循環(huán)系統(tǒng)。”
游俠汽車拆解的車型是Model S 85型，并未選配寒冷氣候套裝。在工程師的介紹下，我們終于看到了Tesla熱管理系統(tǒng)的內(nèi)部構(gòu)造。
圖6：電池組外殼部分已經(jīng)被游俠汽車暴力拆解
圖7：部分電池被取出。
感謝暴力拆解，使我們終于看到了電池組內(nèi)部的構(gòu)造，在鋰電池組內(nèi)部，灌注水乙二醇的導(dǎo)熱鋁管呈S形狀環(huán)繞，圖中左右兩側(cè)的接口為水乙二醇液體的循環(huán)接口，在鋁管外還包裹著一層橘黃色的絕緣膠帶。為防止絕緣膠帶意外破裂，導(dǎo)致鋁管與鋰電池外殼接觸造成短路，Tesla在鋁管外部還加了一層絕緣膠進(jìn)行隔離。在其他沒(méi)有鋁管通過(guò)的電池之間，也使用了一層絕緣膠進(jìn)行隔離。
在我第一眼看到Tesla的電池做這么多層的絕緣隔離時(shí)，我還是非常驚訝的。想了一下才明白過(guò)來(lái)，Tesla使用的18650鋰電池是定制的，不像我們平時(shí)看到的鋰電池一樣有一層絕緣外衣，其裸露在外的電池外殼都是電池負(fù)極，一旦外殼被導(dǎo)體連上，就可能造成短路，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生起火事故，其后果將不堪設(shè)想。
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所以Tesla在電池組內(nèi)部做的多層絕緣防護(hù)還是非常必要的，從目前看到設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)Tesla的防護(hù)措施是值得信賴的。
圖8：未拆解的鋰電池組細(xì)節(jié)圖
不會(huì)流動(dòng)的“冷卻液”？
在拆解完Tesla之后，游俠汽車的小伙伴告訴了我一個(gè)令人非常驚訝的消息，Tesla散熱鋁管內(nèi)的“冷卻液”并不會(huì)流動(dòng)！
當(dāng)我聽(tīng)到這個(gè)消息的時(shí)候，第一反應(yīng)是震驚，Tesla費(fèi)了這么大的周折把鋁管弄到電池中間去，卻只是包裹著電池，其中的“冷卻液”不會(huì)流動(dòng)？這就是世界上最先進(jìn)的汽車鋰電池?zé)峁芾矸桨竼幔?br />
帶著震驚和疑問(wèn)，我仔仔細(xì)細(xì)的檢查了散熱鋁管的每一部分，很遺憾，我沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何類似泵和溫度控制的器件。Tesla電池的“冷卻液”就是不會(huì)主動(dòng)流動(dòng)的。
我眼前擺放的這套目前世界上最先進(jìn)的汽車鋰電池?zé)峁芾矸桨?，著?shí)讓我震驚了一下。但既然Tesla這么做了，那就一定有他的道理。
圖9：鋰電池工作液體接口
那包裹著電池的水乙二醇“冷卻液”究竟是做什么用的呢？
帶著疑問(wèn)我查閱了一些相關(guān)資料，又和游俠汽車的小伙伴進(jìn)行了一下交流。我們得出的結(jié)論是，“冷卻液”是用來(lái)保持電池的溫度一致性的。由于Tesla電池的密集擺放，中心區(qū)域聚集的熱量相比周邊必然會(huì)多很多，若是沒(méi)有鋁管傳遞熱量來(lái)保持電池溫度的一致性，必將造成各單體電池之間的溫度不均衡，最終會(huì)影響電池性能的一致性及電池荷電狀態(tài)（SOC）估計(jì)的準(zhǔn)確性，從而影響到電動(dòng)車的系統(tǒng)控制。
雖然Tesla使用的是電池一致性極高的18650鈷酸鋰鋰電池。對(duì)于這種電池坊間甚至戲稱“你買了同一批次的18650鋰電池，若是儀器檢測(cè)出電池性能不一致，你首先要懷疑是不是你的儀器出問(wèn)題了？”
但是即便Tesla使用的是一致性如此高的電池，也無(wú)法保證電池在實(shí)際工作中的一致性。因?yàn)殡姵卦诓煌瑴囟认碌臒岷穆剩慨a(chǎn)生1kW·h的電能所消耗的熱量）是不一樣的，這是由于電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)與溫度是密切相關(guān)的。如果電池在絕熱或者高溫等熱傳遞不充分的內(nèi)部環(huán)境中運(yùn)行，電池溫度將會(huì)顯著上升，從而導(dǎo)致電池組內(nèi)部形成“熱點(diǎn)”，最終可能產(chǎn)生熱失控。
而電池一致性一旦出現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)于整個(gè)電池組的壽命將會(huì)產(chǎn)生很大的影響。所以Tesla使用了高傳熱效率的鋁管和高比熱容的液體冷卻方案來(lái)保持電池溫度的一致性，這樣做不僅是出于安全，對(duì)電動(dòng)車的續(xù)航也是至關(guān)重要的。
據(jù)稱Tesla使用的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)可以將一塊電池組內(nèi)各單體電池的溫度差異控制在±2℃以內(nèi)。在2013年6月的一份報(bào)告中顯示，在行駛10萬(wàn)英里后Tesla Roadster的電池組容量仍能維持在初始容量的80%-85%，而且電池容量的衰減只與行駛里程數(shù)明顯相關(guān)，與環(huán)境溫度和車齡的關(guān)系不明顯?？梢?jiàn)Tesla對(duì)電池衰減的良好控制，離不開電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的有力支撐。
圖10：鋰電池組工作液體接口及工作液體灌注接口
據(jù)相關(guān)資料顯示，Tesla鋁管內(nèi)的工作液體配方是由50%的水和50%的乙二醇組成的。這是為了避免在低溫環(huán)境下工作液體結(jié)冰的情況發(fā)生。上圖中從管道中流出的綠色液體就是Tesla的工作液體。
Tesla的“冷卻液”到底會(huì)不會(huì)流動(dòng)？
在Tesla的專利中指出“隔離板內(nèi)部的水可以是靜態(tài)的也可以是流動(dòng)的”。
雖然那份專利是在很早以前提交的，但是關(guān)于電池工作液體（冷卻液）循環(huán)部分還是有些地方值得思考的。我們看到的這款Model S采用的是被動(dòng)式的溫度管理系統(tǒng)，設(shè)施比較簡(jiǎn)單，相對(duì)成本也較低。那Tesla是不是也有一套主動(dòng)的溫度管理系統(tǒng)呢？這么做雖然會(huì)附加一些的功率元件，但是讓汽車內(nèi)的工作液體流動(dòng)起來(lái)，其整體熱管理系統(tǒng)將會(huì)更加的有效。
對(duì)此游俠汽車的小伙伴提出了新的猜測(cè)，若是選購(gòu)寒冷氣候套裝，溫度管理模塊會(huì)不會(huì)使用主動(dòng)式的呢？
我們猜測(cè)使用主動(dòng)式的溫度管理系統(tǒng)，只需要在現(xiàn)有的電池溫度控制模塊中加入一個(gè)泵和工作液體加熱裝置，就可以使脆弱的鋰電池在極寒環(huán)境下保證良好的工作溫度。
但是具體是否如此，我們就不得而知了，期待有大神再次拆解帶有寒冷套件的Tesla，向我們揭秘Tesla在極寒環(huán)境下的電池保溫系統(tǒng)。如果官方愿意向我們公布其內(nèi)部構(gòu)造，我們也非常愿意對(duì)此進(jìn)行深入的報(bào)道。
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