鉅大LARGE | 點擊量：668次 | 2023年05月05日
特斯拉電動汽車為甚么厲害？看看它的電池系統就了解了
電池管理系統功能
準確估測動力鋰離子電池包的荷電狀態：
準確估測動力鋰離子電池包的荷電狀態（StateofCharge，即SOC），即電池剩余電量，保證SOC維持在合理的范圍內，戒備由于過充電或過放電對電池的損傷，從而隨時預報混合動力汽車儲能電池還剩余多少能量或者儲能電池的荷電狀態。
動態監測動力鋰離子電池包的工作狀態：
在電池充放電過程中，實時采集電動汽車蓄（應當為動力鋰離子電池包）電池包中的每塊電池的端電壓和溫度、充放電電流及電池組總電壓，戒備電池發生過充電或過放電現象。同時能夠及時給出電池狀況，選擇出有問題的電池，保持整組電池運行的可靠性和高效性，使剩余電量估計模型的實現成為可能。除此以外，還要建立每塊電池的使用歷史檔案，為進一步優化和開發新型電、充電器、電動機等供應資料，為離線分解系統故障供應根據。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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%
單體電池間、電池包間的均衡：
即在單體電池、電池包間進行均衡，使電池包中各個電池都達到均衡一致的狀態。電池均衡一般分為主動均衡、被動均衡。目前已投入市場的bMS，大多采用的是被動均衡。均衡技術是目前世界正在致力研究與開發的一項電池能量管理系統的關鍵技術。
電池管理系統發展現狀
電動汽車將來將以鋰離子電池為緊要動力驅動來源，主因在于鋰離子電池有高能量密度優點，所以性能較為穩定。然而鋰離子電池大量加工時品質不易掌握，電池芯出廠時電量即存在些微差異，且隨著操作環境、老化等因素，電池間不一致性將愈趨分明，電池效率、壽命也都將變差，再加上過充或過放等情況，嚴重時可能導致起火燃燒等安全問題。因此，透過電池管理系統（bMS）能準確量測電池包使用狀況，保護電池不至于過度充放電，平衡電池包中每一顆電池的電量，以及分解計算電池包的電量并轉換為駕駛可理解的續航力信息，確保動力鋰離子電池可安全運作。
2012年全球電池管理系統（bMS）市場產值成長逾10%，2013年至2015年成長幅度將大幅躍升至25-35%?，F階段不論是整車廠、電池廠、還是相關車電零組件廠均投入電池管理系統（bMS）研發，以求掌握電動汽車產業的關鍵技術，由于車廠是電池管理系統的使用者，車廠多偏好使用本身的軟件解決，并以專門的廠規控管，以維持操作彈性。電池管理系統（bMS）產業發展可能類似鋰離子電池，車廠為掌握關鍵技術，會與長期合作供貨商密切合作產品開發，對新進廠商切入難度高。因此，將來新進廠商欲切入車廠供應鏈，除與相關供應鏈強化合作關系外，針對需求打造客制化辦法，才有機會搶得先機。
特斯拉的電池系統
電池系統是電動汽車的動力來源，是整個產業鏈中最核心的系統成分。以特斯拉ModelS為例，其電池系統（鋰離子電池+電池管理系統）成本占比為56%，而傳統的轎車發動機占比約莫惟有15%-25%。到了2016年，電池系統的成本占比有所下降，且成本結構也有所變化，單體電池的成本占到了83%，電池管理系統的成本占比約為13%，剩余4%為電池冷卻系統。通過對特斯拉電池系統的構成以及特斯拉配套充電設施進行詳細的梳理，我們可以對特斯拉的電池產業鏈有一個直觀、深入的認識，有關其它新能源汽車也可以起到觸類旁通的用途。目前電池系統的成本是制約特斯拉及其它新能源汽車發展最緊要的因素之一，了解了電池系統就相當于擁有了解開新能源汽車產業的鑰匙。
通過對特斯拉電池系統的構成以及特斯拉配套充電設施進行詳細的梳理，我們可以對特斯拉的電池產業鏈有一個直觀、深入的認識，有關其它新能源汽車也可以起到觸類旁通的用途。目前電池系統的成本是制約特斯拉及其它新能源汽車發展最緊要的因素之一，了解了電池系統就相當于擁有了解開新能源汽車產業的鑰匙。
電動汽車要想具備實用性，就非得考量它一次充電后的續航性及其充電的便捷性，要了解這兩點就非得關注其電池的構造以及充電設備的充電速度和設備分布。ModelS曾推出的搭配電池功率型號有40、60、70、75、85、90、100kWh，有關85kWh及以上型號，還有一些供應更出色的動力性能的性能版可供選擇，比如perf版和Ludicrous版。不同的型號，每次洋溢電所能最大行駛的距離和最大馬力不同。隨著技術的進步和為了更加迎合人們的需求，特斯拉陸續取消了一些ModelS電池型號，現今仍可以訂購的功率型號為75、90、100kWh。
ModelX則推出過60、70、75、90、100kWh的型號，今朝可以訂購的惟有70和100kWh的型號。據中關村在線的資訊顯示，特斯拉設計的Model3電動汽車基本版本的電池包功率約為60kWh。而根雷鋒網據Musk的Twitter及相關信息進行了猜測，可能最高惟有75kWh版本。這緊要是由于Model3相比于ModelS和ModelX，車輪的軸距更小，同時Model3的定位也是作為入門款。依據ElonMusk七月九日的推特消息，第一輛Model3已于當天下線，同時特斯拉將在七月二十八日為首批30名訂購Model3的消費者舉辦交付儀式。另外，Model3使用電池也不同于ModelS與ModelX。在特斯拉汽車日本公司2015年七月十五日舉辦的媒體說明會上，美國總公司的電池技術總監KurtKelty公布了Model3將使用全新21700鋰離子電池的消息，其能量密度將比用于ModelS與ModelX的18650鋰離子電池高30%。
特斯拉電池及電池板的構造
不同于其它電動汽車，特斯拉使用的電池并非專用的整塊大電池，而是將幾千個圓柱形小電池包裝起來。ModelS與ModelX目前使用的都是松下供應的18650NCA特制電池，這種圓柱形電池橫截面直徑為18毫米，高65毫米。常規款的18650鋰離子電池被廣泛地使用于筆記本電腦的電芯中，其化學式構成為LiNiCoAlO2。
采用單個電池的優勢在于單個的18650電池發生爆炸威力有限，即使并聯的一個電池單元出現故障，最多使續航距離縮短一塊電池單元所供應的行駛距離。而且該款電池工藝成熟，適合大批量加工。同時電池一致性好、成本低。
而由于特斯拉電動汽車本身優良的熱管理系統，松下為特斯拉特制的18650電池相比于常規款得以移除一些多余的安全設施，從而變得更輕更便宜。同時，特斯拉又在每個電芯上都安裝了保險絲，而不是通常地在整個電池包設置保險裝置。
由于動力系統采用的是小型單體電池，特斯拉的電池系統構造就顯得異常復雜和精巧。以ModelS85kWh型號為例，電池板共分為16個電池包，如下圖所示的每一個矩形塊均為一個電池包，最右側堆疊了兩組。
電池包之間串聯連接，電壓共402伏。特斯拉的每個電池包又由6個單體電池組串聯而成，每個電池組由74節18650電池并聯而成。為了方便電池包內的散熱管路的安放，單體電池組的采用不規矩的布置。
因此，ModelS85kWh型號使用了多達7104節電池，按照3.6V的工作電壓和3.2Ah的電容量來計算的話，總電量約為82kWh，略低于車型說明的電量。這7000多節電池包成的電池包重量將近700公斤，占了整臺車重量近一半。類似地，100kWh型號電池板使用了共8256節單體電池，同樣分為16個電池包。
為了保護電池包，特斯拉在電池包前部頂面上設計了防水透氣閥，利用氣體分子與液體及灰塵顆粒的體積大小數量級之差，讓氣體分子通過，而液體、灰塵無法通過，從而實現防水透氣的目的，戒備水蒸氣在電池包內部凝結。
ModelS電池板的放臵位臵正好使它成為車軸之間的底板，這個設計帶來了許多好處。由于電池板是全車重量最大的一部分（ModelS85kWh型號電池包重544千克），使得ModelS的重心高度惟有18英寸，因此擁有了一個較大的橫向加速度（0.9g）以及良好的防側翻性。
同時為了保護位于底部的電池板，特斯拉還在電池板下部新增了一層由鋁合金（或者鋼、玻璃纖維、碳纖維、塑料等，目前ModelS采用的是鋁合金）材料構成的保護結構，將電池模塊包裹起來，并保持一定的緩沖距離，并將其取名為防彈鎧甲（ballisTIcShield）。
特拉斯電池冷卻系統
電池板內除了電池包外，最多的就是“冷卻液”管路。每一輛特斯拉都有一套專門的液體循環溫度管理系統圍繞著每一節單體電池。
“冷卻液”呈綠色，由50%的水和50%的乙二醇混合而成?！袄鋮s液”不斷地在管道中流動，最終會在車輛頭部的熱交換器散發出去，從而保持電池溫度的均衡，戒備電池局部溫度過高導致電池性能下降。特斯拉的電池熱管理系統可將電池包之間的溫度控制在±2℃，控制好電池板的溫度可有效延長電池的使用壽命。
特拉斯配套充電設施
特斯拉的充電方式緊要分為家庭充電、目的地充電和超級充電站三種方式。
家庭充電是特斯拉最緊要的充電方式。特斯拉汽車可以筆直通過220V10A/16A家用插座進行充電。國內一般家庭用電多為220V40A電表，但插座多為10A或16A。通過TESLA隨車帶的充電線配和相應插頭連接并選擇10A或16A的充電電流，無需單裝電表以及任何設備改造即可充電，但充電速度慢，每小時約莫可充8公里的續航。
由于國內大部分小區采用的是220V單相供電的形式，最高電流能達到40A。通過將每輛ModelS和ModelX隨車附贈的家用充電樁，在自己的停車位處安裝后即可以40A的充電電流進行充電。這樣一來，充電速度可以遠快于國內大多數電動汽車16A的充電電流所供應的充電速度。
此外，還可以選擇安裝特斯拉專用充電墻（HighpowerWallConnector）。單獨申請80A電表或增容現有電表，通過安裝TESLA專用充電墻并安裝第二充電器（在車內，需購車時選配）實現快速充電。每小時充電可達17.6kWh，可行駛80-100公里，從無電到滿電需5-6小時。
目的地充電是為了方便出行而設置的充電方式。特斯拉在包括部分餐廳、飯店、購物中心和度假村等地合作安裝有目的地充電站點，車主也可以在抵達這些地方后進行充電。目的地充電站點的充電樁同家庭充電中所安裝的充電樁或充電墻是完全相同的。收費標準也由安裝的公司決定。特斯拉官網顯示，其目前在國內30個省（含直轄市及自治區）有654個充電站點。
除了以上兩種充電方式以外，特斯拉還有一種直流快充方式——超級充電。特斯拉號稱其超級充電站是目前世界上最快的充電站，充電一般僅需幾十分鐘。充電站的選址通常位于餐廳、購物中心、WiFi熱點等附近，可以在停車休息的時候充電。這是開車長途旅游的首選。
依據特斯拉官網數據，目前已建立遍布全球的861座超級充電站，共計5655個超級充電樁。而依據特斯拉我國官方六月發表的微博，至今已在我國建成117個超級充電站，554個超級充電樁。同時2017年，特斯拉全球充電網絡規模將張大一倍；在我國的充電網絡的擴建也將緊隨全球的擴張速度。
一部分的特斯拉超級充電站還利用太陽能板來供應一部分充電的電能，同時還有遮陽的效果。每個充電樁的造價大概在10萬美元到17.5萬美元之間，其中多半的資金將用在地基的重塑上。
此前，ElonMusk又在Twitter上透露，特斯拉將會對Superger進行升級，輸出功率很有可能將會超過350kW，這無疑會進一步極大地加快充電速度，減少充電時間。
超級充電樁所使用的充電槍也是一個技術極度密集的部件。當特斯拉在超級充電樁充電時，充電槍里的感應器會時刻測試車內電池的溫度變化。一旦電池溫度過高，充電槍就立即發出信號，減低充電強度，使電池溫度降低；同時，電池板內的冷卻系統，也同步做出相應的反應，使冷卻力度同步增強。這個自動調節充電強度的過程是電槍、電池冷卻系統、充電樁的電流，一起高度協同工作。
除特斯拉之外市面還有其他品牌電動汽車它們也有自己充電樁，國家電網、南方電網等電力公司也修建了一些公共充電樁。特斯拉在2016年十一月的廣州車展上，正式公布了新國標充電配適器。自此，特斯拉電動汽車不僅能在特斯拉的充電網絡中充電，也可以使用符合我國新國標的充電設施進行充電。
將配適器的一頭插在符合新國標標準的非特斯拉充電樁插頭上，一頭插在特斯拉車上，即可進行充電。不過目前有些充電樁還非得辦理相應的充電卡才能充電，充電速度也參差不齊。
特斯拉電池充電管理技術
特斯拉電動汽車充電的快捷性得益于其快速充電技術。通過可變電流和三段式充電辦法，合理分配充電電流，以最高的充電效率快速充電。如今手機的快速充電所采用的技術也類似于此。
有關鋰離子電池來講，深放電機會越小壽命越長，反之，頻繁地深放電（將電池電量用到20%以下）將導致電池壽命降低。特斯拉電池在其特有的工藝下，在50-0%循環模式（使用電池不超過50%的電量），電池總壽命延長一倍。而在深度循環模式下，900個循環后，容量衰減至50%。所以從保護電池壽命的角度來講，可以盡量將每次行程控制在80%最大續航之內，戒備用電超80%后再充電，但可定期深放電以激活電池。
