特斯拉電動汽車 電池系統(tǒng)詳解

準確估測動力電池組的荷電狀態(tài) （State of Charge，即SOC），即電池剩余電量，保證SOC維持在合理的范圍內(nèi)，防止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(tài)。

在電池充放電過程中，實時采集電動汽車蓄（應該為動力電池組）電池組中的每塊電池的端電壓和溫度、充放電電流及電池包總電壓，防止電池發(fā)生過充電或過放電現(xiàn)象。同時能夠及時給出電池狀況，挑選出有問題的電池，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(xiàn)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(yōu)化和開發(fā)新型電、充電器、電動機等提供資料，為離線分析系統(tǒng)故障提供依據(jù)。

單體電池間、電池組間的均衡：

即在單體電池、電池組間進行均衡，使電池組中各個電池都達到均衡一致的狀態(tài)。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(shù)是目前世界正在致力研究與開發(fā)的一項電池能量管理系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

電動車未來將以鋰電池為主要動力驅(qū)動來源，主因在于鋰電池有高能量密度優(yōu)勢，所以性能較為穩(wěn)定。然而鋰電池大量生產(chǎn)時品質(zhì)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(huán)境、老化等因素，電池間不一致性將愈趨明顯，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(tǒng)（BMS）能準確量測電池組使用狀況，保護電池不至于過度充放電，平衡電池組中每一顆電池的電量，以及分析計算電池組的電量并轉(zhuǎn)換為駕駛可理解的續(xù)航力信息，確保動力電池可安全運作。

2012年全球電池管理系統(tǒng)（BMS）市場產(chǎn)值成長逾10%，2013年至2015年成長幅度將大幅躍升至25-35%?，F(xiàn)階段不論是整車廠、電池廠、還是相關(guān)車電零組件廠均投入電池管理系統(tǒng)（BMS）研發(fā)，以求掌握電動車產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，由于車廠是電池管理系統(tǒng)的使用者，車廠多偏好使用本身的軟件處理，并以專門的廠規(guī)控管，以維持操作彈性。電池管理系統(tǒng)（BMS）產(chǎn)業(yè)發(fā)展可能類似鋰電池，車廠為掌握關(guān)鍵技術(shù)，會與長期合作供貨商密切合作產(chǎn)品開發(fā)，對新進廠商切入難度高。因此，未來新進廠商欲切入車廠供應鏈，除與相關(guān)供應鏈強化合作關(guān)系外，針對需求打造客制化方案，才有機會搶得先機。

電池系統(tǒng)是電動車的動力來源，是整個產(chǎn)業(yè)鏈中最核心的系統(tǒng)成分。以特斯拉ModelS為例，其電池系統(tǒng)（鋰電池+電池管理系統(tǒng)）成本占比為56%，而傳統(tǒng)的轎車發(fā)動機占比大約只有15%-25%。到了2016年，電池系統(tǒng)的成本占比有所下降，且成本結(jié)構(gòu)也有所變化，單體電池的成本占到了83%，電池管理系統(tǒng)的成本占比約為13%，剩余4%為電池冷卻系統(tǒng)。通過對特斯拉電池系統(tǒng)的構(gòu)成以及特斯拉配套充電設(shè)施進行詳盡的梳理，我們可以對特斯拉的電池產(chǎn)業(yè)鏈有一個直觀、深入的認識，對于其它新能源汽車也可以起到觸類旁通的作用。目前電池系統(tǒng)的成本是制約特斯拉及其它新能源汽車發(fā)展最主要的因素之一，了解了電池系統(tǒng)就相當于擁有了解開新能源汽車產(chǎn)業(yè)的鑰匙。

通過對特斯拉電池系統(tǒng)的構(gòu)成以及特斯拉配套充電設(shè)施進行詳盡的梳理，我們可以對特斯拉的電池產(chǎn)業(yè)鏈有一個直觀、深入的認識，對于其它新能源汽車也可以起到觸類旁通的作用。目前電池系統(tǒng)的成本是制約特斯拉及其它新能源汽車發(fā)展最主要的因素之一，了解了電池系統(tǒng)就相當于擁有了解開新能源汽車產(chǎn)業(yè)的鑰匙。

電動車要想具備實用性，就必須考量它一次充電后的續(xù)航性及其充電的便捷性，要了解這兩點就必須關(guān)注其電池的構(gòu)造以及充電設(shè)備的充電速度和設(shè)備分布。ModelS曾推出的搭配電池功率型號有40、60、70、75、85、90、100kWh，對于85kWh及以上型號，還有一些提供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，每次充滿電所能最大行駛的距離和最大馬力不同。隨著技術(shù)的進步和為了更加迎合人們的需求，特斯拉陸續(xù)取消了一些ModelS電池型號，現(xiàn)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，現(xiàn)在可以訂購的只有70和100kWh的型號。據(jù)中關(guān)村在線的資訊顯示，特斯拉設(shè)計的Model3電動車基本版本的電池組功率約為60kWh。而根雷鋒網(wǎng)據(jù)Musk的Twitter及相關(guān)信息進行了推測，可能最高只有75kWh版本。這主要是由于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。根據(jù)ElonMusk7月9日的推特消息，第一輛Model3已于當天下線，同時特斯拉將在7月28日為首批30名訂購Model3的消費者舉行交付儀式。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7月15日舉行的媒體說明會上，美國總公司的電池技術(shù)總監(jiān)KurtKelty公布了Model3將使用全新21700鋰電池的消息，其能量密度將比用于ModelS與ModelX的18650鋰電池高30%。

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組裝起來。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(guī)款的18650鋰電池被廣泛地使用于筆記本電腦的電芯中，其化學式構(gòu)成為LiNiCoAlO2。

采用單個電池的優(yōu)點在于單個的18650電池發(fā)生爆炸威力有限，即使并聯(lián)的一個電池單元出現(xiàn)故障，最多使續(xù)航距離縮短一塊電池單元所提供的行駛距離。而且該款電池工藝成熟，適合大批量生產(chǎn)。同時電池一致性好、成本低。

而由于特斯拉電動車本身優(yōu)良的熱管理系統(tǒng)，松下為特斯拉特制的18650電池相比于常規(guī)款得以移除一些多余的安全設(shè)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組設(shè)置保險裝置。

由于動力系統(tǒng)采用的是小型單體電池，特斯拉的電池系統(tǒng)構(gòu)造就顯得異常復雜和精巧。以ModelS85kWh型號為例，電池板共分為16個電池組，如下圖所示的每一個矩形塊均為一個電池組，最右側(cè)堆疊了兩組。

電池組之間串聯(lián)連接，電壓共402伏。特斯拉的每個電池組又由6個單體電池包串聯(lián)而成，每個電池包由74節(jié)18650電池并聯(lián)而成。為了方便電池組內(nèi)的散熱管路的安放，單體電池包的采用不規(guī)則的布置。

因此，ModelS85kWh型號使用了多達7104節(jié)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(jié)電池組成的電池組重量將近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(jié)單體電池，同樣分為16個電池組。