深入內(nèi)“心” 拆解特斯拉MODEL S電池組

Model S 參考價(jià)：68.49萬(wàn)起

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購(gòu)置稅優(yōu)惠 經(jīng)銷商報(bào)價(jià) 車主點(diǎn)評(píng)(30條)

注:以下文章來(lái)自極客汽車。

不知道大家還記不記得中國(guó)有一個(gè)叫Ranger Auto的團(tuán)隊(duì)，正在打造純電動(dòng)汽車。他們的演示能夠在兩個(gè)月前運(yùn)行。但說(shuō)白了，就是一輛二手現(xiàn)代酷跑車改裝而來(lái)的電動(dòng)車。在他們真正能制造一輛電動(dòng)汽車之前，他們還有很長(zhǎng)的路要走。

然而，前陣子GeekCar的朋友聽(tīng)說(shuō)Ranger拆了一輛特斯拉。俗話說(shuō)，要想成功，你必須向成功的人學(xué)習(xí)。所以游俠車以這種“簡(jiǎn)單粗暴”的方式向特斯拉學(xué)習(xí)的精神是相當(dāng)值得稱贊的。于是我們實(shí)地參觀了蘭杰汽車的“制造工廠”，最終看到了這輛被徹底拆解的特斯拉。這一次，我和大家分享一下特斯拉的電池部分。

拆解電池組

我們都知道特斯拉Model S（查成交價(jià)|參配|優(yōu)惠政策）的85kWH版電池組由近7000節(jié)18650節(jié)鋰電池組成。但是沒(méi)有多少人見(jiàn)過(guò)電池組的實(shí)際情況。之前網(wǎng)上發(fā)布的電池分析大多基于特斯拉的電池專利。這一次，極客汽車的朋友將揭開特斯拉電池的最后一層神秘面紗。

這張圖是Model S底盤整個(gè)電池組的全景圖。s型有16個(gè)電池組，底部的積木空曾經(jīng)有兩個(gè)電池。以上圖片已被游俠刪除。特斯拉用一塊玻璃纖維板蓋住每個(gè)電池組，只是為了保護(hù)電池。每個(gè)電池由一根金屬梁隔開。圖左下角為整個(gè)電池組的保險(xiǎn)絲，右側(cè)為電池的冷卻液接口和冷卻液加注口。

這一塊是特斯拉非常高的鋰電池組。這塊板上有444塊電池，每74塊電池并聯(lián)成一組，整個(gè)面板由6塊電池串聯(lián)而成。所以我們可以算出這款特斯拉Model S 85車型有7104節(jié)18650節(jié)鋰電池。

電池組的6塊見(jiàn)上圖紅線。這個(gè)面板的正面和背面的結(jié)構(gòu)是中心對(duì)稱的。至于為什么會(huì)這樣安排，肯定是經(jīng)過(guò)了大量測(cè)試驗(yàn)證的。極客汽車猜測(cè)，這種布置是為了獲得更低的平均電阻率，并通過(guò)散熱管實(shí)現(xiàn)更好的散熱。

電池組中間的電線一端連接到電池板，另一端連接到電池控制模塊。這些導(dǎo)線用于檢測(cè)電池組的電壓，從而保證電池組的正常運(yùn)行。如果你仔細(xì)觀察，你會(huì)發(fā)現(xiàn)每個(gè)電池都有一個(gè)非常薄的保險(xiǎn)絲，用來(lái)保護(hù)整個(gè)電池組。當(dāng)單個(gè)電池出現(xiàn)溫度過(guò)高等異常現(xiàn)象時(shí)，保險(xiǎn)絲會(huì)自動(dòng)熔斷，保護(hù)整個(gè)電池組。電路板上需要焊接這么多保險(xiǎn)絲，這是一個(gè)非常大的工程。從技術(shù)上講，應(yīng)該由一個(gè)特殊的機(jī)器人使用超聲波焊接來(lái)完成。

BMS主控芯片

特斯拉的電池主控模塊，從印刷在PCB上的logo判斷，這塊電路板完全是特斯拉自己開發(fā)的。電路板上使用了大量的電阻和電容來(lái)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，我們看到的這一側(cè)正好有6組電信號(hào)采集電路。

特斯拉用的是18650鋰電池，也就是我們筆記本電腦用的電池，所以它的電控技術(shù)非常成熟。雖然嘗試過(guò)很多方法，主板上的芯片型號(hào)還是看不清楚，但還是能猜到主要有充放電管理芯片和電池測(cè)量管理芯片。與筆記本電池相比，其復(fù)雜性在于多通道電池信號(hào)采集和控制算法。畢竟電動(dòng)汽車上百節(jié)電池的監(jiān)控和筆記本電腦10節(jié)左右電池的監(jiān)控是不一樣的。

特斯拉的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)

在之前各大媒體發(fā)布的新聞中，我們了解到特斯拉在每個(gè)電池周圍都有專門的液體循環(huán)溫度管理系統(tǒng)，但其具體結(jié)構(gòu)從未見(jiàn)過(guò)。根據(jù)特斯拉的專利描述，隔板內(nèi)部的水可以是靜止的，也可以是流動(dòng)的，可以直接儲(chǔ)存在隔板的內(nèi)腔中，也可以裝入特定的水袋中。如果是流動(dòng)的，可以連接電池組的冷卻系統(tǒng)，也可以自己搭建循環(huán)系統(tǒng)。"

游俠拆解的車型是Model S 85，沒(méi)有配備防寒氣候服。在工程師的介紹下，我們終于看到了特斯拉熱管理系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

“上圖中電池組外殼被游俠車暴力拆解，部分電池被取出?！?/p>

感謝暴力拆解，我們終于看到了電池組的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在鋰電池組內(nèi)部，裝有水乙二醇的導(dǎo)熱鋁管被S形包圍。圖中左右兩側(cè)的接口為水乙二醇液的循環(huán)接口，鋁管外包裹一層橙色絕緣膠帶。為了防止絕緣膠帶意外斷裂，導(dǎo)致鋁管與鋰電池外殼接觸造成短路，特斯拉還在鋁管外部加了一層絕緣膠進(jìn)行隔離。一層絕緣膠也用來(lái)隔離其他沒(méi)有鋁管的電池。

第一次看到特斯拉的電池有這么多層絕緣，還是很驚訝的。想了一會(huì)兒，我意識(shí)到特斯拉使用的18650鋰電池是定制的，不像我們平時(shí)看到的鋰電池，它有一層絕緣涂層，它裸露的電池殼就是電池的負(fù)極。一旦外殼被導(dǎo)體連接，可能會(huì)造成短路，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生火災(zāi)事故，后果不堪設(shè)想。

所以，特斯拉在電池組內(nèi)部的多層絕緣保護(hù)還是很有必要的。從目前的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)來(lái)看，特斯拉的保護(hù)措施值得信賴。

不會(huì)流動(dòng)的“冷卻劑”？

拆解特斯拉后，Ranger的朋友告訴我一個(gè)非常驚人的消息，特斯拉冷卻鋁管里的“冷卻液”不會(huì)流動(dòng)！

當(dāng)我聽(tīng)到這個(gè)消息時(shí)，我的第一反應(yīng)是震驚。特斯拉費(fèi)了好大勁才把鋁管插進(jìn)電池中間，但它只是把電池包起來(lái)，里面的“冷卻液”就不會(huì)流動(dòng)了？這是世界上最先進(jìn)的汽車鋰電池?zé)峁芾矸桨竼幔?/p>

帶著震驚和疑惑，我仔細(xì)檢查了鋁管的每一個(gè)部位。不幸的是，我沒(méi)有找到任何像泵和溫度控制這樣的設(shè)備。特斯拉的“冷卻劑”不會(huì)主動(dòng)流動(dòng)。

擺在我面前的這套全球最先進(jìn)的汽車鋰電池?zé)峁芾矸桨福鴮?shí)讓我震驚。但既然特斯拉做到了這一點(diǎn)，其中一定有一定的道理。

“包著電池的水乙二醇“冷卻液”到底是干什么用的？』

帶著疑問(wèn)，我查閱了一些相關(guān)資料，和游俠的朋友們進(jìn)行了一點(diǎn)交流。我們得出結(jié)論，“冷卻液”用于保持電池的溫度一致性。由于特斯拉電池的密集排列，中心區(qū)域聚集的熱量必然比周圍區(qū)域多得多。如果沒(méi)有鋁管傳熱來(lái)維持電池溫度的一致性，肯定會(huì)導(dǎo)致單個(gè)電池之間的溫度不平衡，最終會(huì)影響電池性能的一致性和電池荷電狀態(tài)估計(jì)的準(zhǔn)確性，從而影響電動(dòng)汽車的系統(tǒng)控制。

雖然特斯拉采用18650鋰鈷氧化物鋰電池，電池一致性極高。對(duì)于這種電池，甚至有人開玩笑說(shuō)“你買的是同一批18650的鋰電池。如果儀器檢測(cè)到電池性能不一致，你首先應(yīng)該想一想你的儀器是不是有問(wèn)題？”

但是，即使特斯拉使用一致性這么高的電池，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什煌?，是因?yàn)殡姵貎?nèi)部的化學(xué)反應(yīng)與溫度密切相關(guān)。如果電池在隔熱或高溫等傳熱不足的內(nèi)部環(huán)境下工作，電池的溫度會(huì)顯著升高，導(dǎo)致電池組內(nèi)部形成“熱點(diǎn)”，最終可能導(dǎo)致熱失控。

一旦電池一致性出現(xiàn)問(wèn)題，將對(duì)整個(gè)電池組的壽命產(chǎn)生很大影響。因此，特斯拉采用高傳熱效率的鋁管和高比熱容的液冷方案來(lái)保持電池溫度的一致性，這不僅是為了安全，也是電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航能力的關(guān)鍵。

據(jù)說(shuō)特斯拉使用的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)，可以將一個(gè)電池組中的單個(gè)電池溫差控制在2℃以內(nèi)。2021年6月的一份報(bào)告顯示，特斯拉RoaDSter在行駛10萬(wàn)英里后，電池容量仍能維持在初始容量的80%-85%，電池容量的衰減只與行駛里程有明顯關(guān)系，與環(huán)境溫度和車齡無(wú)關(guān)?？梢?jiàn)，特斯拉對(duì)電池衰減的良好控制離不開電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的大力支持。

根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，特斯拉鋁管中的工作液配方由50%的水和50%的乙二醇組成。這是為了避免低溫環(huán)境下工作液凍結(jié)。上圖中從管道中流出的綠色液體是特斯拉的工作液。

特斯拉的“冷卻液”會(huì)流動(dòng)嗎？

特斯拉專利中指出“隔板內(nèi)部的水可以是靜止的，也可以是流動(dòng)的”。雖然那個(gè)專利很久以前就提交了，但是關(guān)于電池工作液的循環(huán)還是有一些值得考慮的事情。我們看到的Model S采用了被動(dòng)式溫度管理系統(tǒng)，設(shè)備簡(jiǎn)單，相對(duì)成本低。特斯拉也有主動(dòng)溫度管理系統(tǒng)嗎？雖然這將增加一些動(dòng)力部件，但如果車內(nèi)工作流體流動(dòng)，整體熱管理系統(tǒng)將更有效。

游俠之友提出了一個(gè)新的猜想。如果選擇寒冷氣候服，溫度管理模塊會(huì)激活嗎？

我們猜測(cè)，有了主動(dòng)式溫度管理系統(tǒng)，只需要在現(xiàn)有的電池溫控模塊上增加一個(gè)泵和一個(gè)工作液加熱裝置，就可以讓脆弱的鋰電池在極寒環(huán)境下保證良好的工作溫度。

然而，我們不知道情況是否如此。我們期待大神再次用冷套件拆解特斯拉，向我們揭示特斯拉在極寒環(huán)境下的電池絕緣系統(tǒng)。如果官方愿意向我們透露其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，我們也非常愿意深度報(bào)道。