電池技術(shù)有何獨(dú)到之處？特斯拉“T-talk”線(xiàn)下分享

　　【太平洋汽車(chē)網(wǎng) 技術(shù)頻道】作為新能源汽車(chē)領(lǐng)域的引領(lǐng)者，特斯拉一直是整個(gè)行業(yè)研究對(duì)象。近期，特斯拉在上海世博特斯拉中心的召開(kāi)“T-talk”線(xiàn)下分享討論會(huì)上，向業(yè)內(nèi)分享了其核心部件電池技術(shù)在設(shè)計(jì)制造方面的獨(dú)到之處。

　　那么特斯拉是如何同時(shí)做到續(xù)航里程更長(zhǎng)、百公里電耗更低、電池衰減更慢、電池包能量密度更高，

整車(chē)出發(fā)平衡電池 造就綜合性能王者

　　從電池的物理基礎(chǔ)層，特斯拉就有很多過(guò)人之處。比如電芯方面，正極材料上，特斯拉采用能量密度更高的鎳鈷鋁（NCA）材料，且目前只有特斯拉在量產(chǎn)電芯上成功應(yīng)用了硅碳負(fù)極材料，大大提升電芯能量密度；電池包上，特斯拉創(chuàng)新研發(fā)的CTP大模組設(shè)計(jì)，不但有效提高體積利用率，使相同尺寸托盤(pán)可以裝入更多電芯，還能提高約 5%~10%的電池能量密度，更優(yōu)化了組裝工藝，節(jié)省了人力、物力及維修成本。

　　正如蘋(píng)果公司受人追捧的不只是手機(jī)，特斯拉的電池優(yōu)勢(shì)也絕不是一個(gè)電芯，或者一個(gè)電池包的單點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，而是從整車(chē)設(shè)計(jì)出發(fā)，通盤(pán)考慮電池容量、續(xù)航、風(fēng)阻、性能等，從而達(dá)到物理技術(shù)和智能軟件的整體平衡，這其中，不得不提特斯拉高度集成的“電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)”和“電池管理系統(tǒng)BMS”。

　　特斯拉電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)類(lèi)似高性能電腦的水冷散熱器——電池被管道包圍，而管道內(nèi)流動(dòng)著二元醇型冷卻液。它能夠兼顧制熱和制冷兩種工況，電池、電機(jī)、車(chē)載充電器和空調(diào)系統(tǒng)均與熱管理系統(tǒng)相連，熱量在有需要時(shí)，智能在上述部件間交換。例如在冬天，電機(jī)產(chǎn)生的多余熱量可被用于幫助電池達(dá)到最佳的工作溫度。當(dāng)然，冷卻液可改變循環(huán)路徑，從另一方向泵入，確保系統(tǒng)已升溫或冷卻至最佳工作溫度。

　　特斯拉特有的Superbottle專(zhuān)利技術(shù)將傳統(tǒng)冷卻液儲(chǔ)罐提升成了智能冷卻液儲(chǔ)罐，集成了側(cè)面的兩個(gè)水泵、切換閥、散熱器和電子控制器。隨著Model Y和新Model 3的更新，在熱管理系統(tǒng)上引入了一個(gè)非常重要的熱管理方式-熱泵。通過(guò)控制膨脹閥開(kāi)度，止向閥動(dòng)作來(lái)控制冷媒的循環(huán)，通過(guò)控制八通閥 OctoValve 的位置來(lái)控制冷卻液的循環(huán)。整個(gè)控制系統(tǒng)非常復(fù)雜，總共有 15種模式，12種制熱模式，3 種制冷模式。

　　通過(guò)精密復(fù)雜的多種模式控制，特斯拉電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)保持電池溫度穩(wěn)定，以便長(zhǎng)期和短期內(nèi)提高車(chē)輛續(xù)航、最大化電池壽命、提升里程，優(yōu)化整體性能。相比其他的消費(fèi)電子產(chǎn)品， Tesla 的電池壽命更長(zhǎng)，這就是電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的功勞。

　　除了電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)外，電池管理系統(tǒng)BMS也是特斯拉電池效能優(yōu)勢(shì)的一大助力。BMS系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)區(qū)域都設(shè)置了溫度傳感器；在充放電過(guò)程中，電池輸入輸出的電流都將實(shí)時(shí)被記錄；還會(huì)監(jiān)測(cè)電池的絕緣特性，確保電池高壓與車(chē)身充分隔離；系統(tǒng)還會(huì)對(duì)上述監(jiān)測(cè)功能實(shí)時(shí)進(jìn)行診斷和校驗(yàn)。這就保證電池的工作狀態(tài)始終維持在滿(mǎn)足車(chē)輛要求的動(dòng)力情況下，保護(hù)電池單體免受損壞，防止出現(xiàn)安全事故，另外延長(zhǎng)電池的使用壽命。

滿(mǎn)足全球強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，安全始終是造車(chē)首要目標(biāo)

　　正是有了科技的加持，特斯拉以6大機(jī)制，從最基礎(chǔ)的電芯，一直到整車(chē)設(shè)計(jì)，將電池安全上升到新的高度：

　　電池包結(jié)構(gòu)層面上，特斯拉采用獨(dú)特的大模組設(shè)計(jì)，電池包中有近百個(gè)電芯。每節(jié)電芯有2根保險(xiǎn)絲與外部鏈接，如果損壞，保險(xiǎn)就會(huì)熔斷，損壞電芯與其他電芯隔離，成為孤島，不會(huì)影響其他電芯。，每個(gè)模組中有四十多節(jié)電芯，一個(gè)電芯只占2%左右的能量，如其中一個(gè)電芯發(fā)生熱失控，不會(huì)對(duì)模組形成影響，更不會(huì)影響整個(gè)電池包的正常運(yùn)行。即便發(fā)生最壞的情況，很多模組里分別有電芯損壞，都不會(huì)對(duì)電池整體帶來(lái)太大的安全沖擊，這也是特斯拉堅(jiān)持要用小電芯的原因。

　　冷卻方法上，特斯拉將冷卻水管均勻分布在電芯周?chē)?，這正是小圓柱電芯的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)更大接觸面的冷卻介質(zhì)，不但能快速帶走電芯熱量，控制整個(gè)電池溫度，進(jìn)一步提高電池安全可靠性，更能配合特斯拉不斷發(fā)展的高功率快速充電。有些品牌也使用三元鋰電池卻充電速度慢，往往就因?yàn)槔鋮s液離電芯中間距離遠(yuǎn)，所以冷卻效果不理想。

　　阻燃設(shè)計(jì)上，特斯拉不但在電芯之間放置了阻燃材料，在大模組間、電池包和車(chē)身之間也同樣放置了阻燃材料。波浪形帶狀熱界面材料最大程度接觸每個(gè)電芯表面，發(fā)生熱失控時(shí)，能夠迅速令模組降溫。而且每個(gè)大模組都密封完整，一旦起火，能夠有效阻隔熱量蔓延，避免波及其他。

　　除了阻燃，特斯拉還考慮了排氣。特斯拉電池大模組外側(cè)都帶有水平指向車(chē)外的排氣口，一旦發(fā)生熱失控，過(guò)熱氣體將迅速排出，以便減小火情影響。這對(duì)于燃油車(chē)的油箱來(lái)說(shuō)，也是無(wú)法企及的多重保護(hù)。

　　防水同樣是安全性提升的重要一環(huán)。特斯拉電池包采用密封設(shè)計(jì)，可以有效防止水進(jìn)入。萬(wàn)一有巨大水壓破壞密封結(jié)構(gòu)，電池還裝備有泄洪閥，會(huì)在排泄水的同時(shí)報(bào)警，并且一旦探測(cè)發(fā)現(xiàn)電池絕緣有問(wèn)題，就會(huì)立刻報(bào)警并在必要時(shí)切斷電池的輸出。

　　在整車(chē)架構(gòu)上，特斯拉將電池包置于底板上，以電池的重量帶來(lái)極低的重心，同時(shí)電池底部外殼用大于3mm的結(jié)構(gòu)鋁合金制作，內(nèi)部有加強(qiáng)梁支撐，堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)無(wú)形中也為車(chē)輛乘員艙增加了一層保護(hù)。此外，特斯拉在電池外殼與電池芯底部之間設(shè)計(jì)了約2公分的空隙，所以一般的拖地磕碰等情況都不會(huì)碰觸到電芯。防撞梁、電池離地間隙高度等都是特斯拉人多年的安全經(jīng)驗(yàn)所總結(jié)的優(yōu)秀成果，異常堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得特斯拉電池包在實(shí)際用車(chē)中極少遭到嚴(yán)重的損壞。

　　如此層層防護(hù)之下，特斯拉也不負(fù)眾望，滿(mǎn)足了中國(guó)、美國(guó)及歐洲等世界各國(guó)和地區(qū)動(dòng)力電池的強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)論是中國(guó)GB 系列，還是國(guó)際 UN、 IEC、ISO 系列，以及行業(yè) SAE系列等，均取得令人矚目的成績(jī)。要知道，各國(guó)乃至各種標(biāo)準(zhǔn)間總是存在側(cè)重點(diǎn)的差異，針對(duì)單體電芯、電池包設(shè)計(jì)、或整車(chē)的安全要求有所不同，能夠同時(shí)滿(mǎn)足所有國(guó)家和地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，從側(cè)面也反映出特斯拉電池的技術(shù)領(lǐng)先性和安全度。

　　其實(shí)，特斯拉每一款電池和電芯在上市前，都必須通過(guò)比國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)苛的內(nèi)部測(cè)試，其中涉及電芯安全和電池安全測(cè)試項(xiàng)目可達(dá)上百項(xiàng)，例如各類(lèi)常見(jiàn)的濫用試驗(yàn)等。上千項(xiàng)的性能，機(jī)械，電氣，環(huán)境耐久和壽命等試驗(yàn)考核之后，特斯拉才會(huì)讓確保安全的產(chǎn)品正式量產(chǎn)。