特斯拉电动汽车电池组介绍

特斯拉电动汽车电池组介绍报告人：赵春武一.认识特斯拉电动汽车特斯拉(Tesla)，是一家美国电动车及能源公司，产销电动车、太阳能板、及储能设备。2004年埃隆·马斯克（ElonMusk）进入公司并领导了A轮融资。创始人将公司命名为“特斯拉汽车（TeslaMotors）”，以纪念物理学家尼古拉·特斯拉。特斯拉第一款汽车产品Roadster发布于2008年，为一款两门运动型跑车。2012年，特斯拉发布了其第二款汽车产品——ModelS，一款四门纯电动豪华轿跑车；第三款汽车产品为ModelX，豪华纯电动SUV，于2015年9月开始交付。特斯拉的下一款汽车为Model3，首次公开于2016年3月，并将于2017年末开始交付。成立太空探索公司电动汽车最主要的三项技术是电池、电机和传动系统。拥有独一无二的底盘、车身、发动机以及能量储备系统。特斯拉的T型车标已广为人知，是其（Tesla）名字的首字母缩写ModelS采用三相交流感应电机，并且将电机控制器、电机、以及传动箱集成与一体。尤其是将电机控制器也封装成圆柱形，与电机互相对应，看上去像是双电机。从设计上来看集成度高、对称美观。中间的传动箱采用了固定速比（9.73:1）方案。85KWh版本电机峰值功率270KW，扭矩440Nm。高度的集成系统高度的集成系统驱动电机系统•先看一下未拆解前的PACK，对外一共有3组接口。分别是低压接口、高压接口、冷却接口，并且全部采用了快插式方案。说明Tesla在设计电池组系统的时候充分考虑了换电模式的技术要求，即便现在很少有换电的需求但这个基因始终保留了下来。高压接插器中较粗的一方面起到了定位的作用，同时也是接地点，较细的用于实现高压互锁功能。•PACK前部顶面上设计了防水透气阀，利用气体分子与液体及灰尘颗粒的体积大小数量级差，让气体分子通过，而液体、灰尘无法通过，从而实现防水透气的目的，避免水蒸气在PACK内部凝结。PACK上部用了非常多的固定螺丝，因此白色的绝缘垫通过胶粘在了Pack上，除了起到了绝缘防火的作用以外，还可以起到一定的防水的作用。•PACK的上盖是死死用胶粘住的，即使卸了所有螺丝依然无法打开。Tesla在设计的时候就根本没打算之后的维修，所以PACK上自然也没有手动维修开关，仅仅留了一个保险丝更换口。电池PACK系统利用机械结构将众多单个电芯通过串并联的连接起来，并考虑系统机械强度、热管理、BMS匹配等问题。其主要的技术体现在整体结构设计、焊接和加工工艺控制、防护等级、主动热管理系统等•Tesla下托盘以铝合金型材作为主要承载框型骨架，骨架底部焊接整块铝板。•PACK两侧布置了大量防爆阀（共85个）。•PACK里总是用零散的绝缘板将高压器件隔开，而固定绝缘板的方式通常是胶水，很难想象在这样复杂工艺在量产过程中是如何进行的。二.特斯拉电池组拆解电池模块Tesla在每一块电池组上都覆盖一块玻纤板对电池进行简单的保护。每两块电池之间都有金属梁隔开。图中左下角是整个电池组的保险丝，右侧是电池的冷却液接口和冷却液加注口。这块儿就是Tesla锂电池组，在这块板上一共有444节电池，每74节并联成一组，整块电池板由6组电池串联而成。电池组的6块分区排布见上图红线部分。所以我们可以算出在这款TeslaModelS85车型上一共有7104节18650锂电池。这块电池板正反面的构造是呈中心对称的，至于为什么排列成这样，想必一定是经过大量测试和验证的。这么排列是为了获取更低的平均电阻率以及配合散热管道实现更好的散热。单块电池组•电池组中间的那几根线一边连接着电池的极板，另一头连到电池控制模块，这些线是用来检测电池组的电压，从而保证电池组正常工作的。•再仔细看可以发现，每一节电池上都有一根很细的保险丝，这个是用来保护整个电池组的，当单节电池出现温度过高之类的异常现象时，保险丝会自动熔断，以达到保护整个电池组的目的（每节电池的正负极都会有一根保险丝）。•这么多保险丝需要焊接在电路板上是一项非常大的工程，从工艺上来看应该是由专门的机器人使用超声波焊接完成的。三.电池的散热管理系统热管理部分用一个四通转换阀实现了冷却系统的串并联切换。其目的主要是根据工况选择最优热管理方式。当电池在低温状态下需要加热时，电机冷却回路与电池冷却回路串联，从而使电机为电池加热。当动力电池处于高温时，电机冷却回路与电池冷却回路并联，两套冷却系统独立散热。这样的热管理方式还是比较巧妙的。Tesla是有一套专门的液体循环温度管理系统围绕着每一节单体电池的，隔离板内部的水可以是静态的也可以是流动的，可以直接存储在隔离板内部管腔，也可以被装到特定的水袋中。如果是流动状态，可以与电池组的冷却系统连接在一起，也可以自建循环系统。」•据相关资料显示，Tesla铝管内的工作液体配方是由50%的水和50%的乙二醇组成的。这是为了避免在低温环境下工作液体结冰的情况发生。上图中从管道中流出的绿色液体就是Tesla的工作液体。•Tesla使用的电池热管理系统可以将一块电池组内各单体电池的温度差异控制在±2℃以内锂电池组工作液体接口及工作液体灌注接口•在锂电池组内部，灌注水乙二醇的导热铝管呈S形状环绕，图中左右两侧的接口为水乙二醇液体的循环接口，在铝管外还包裹着一层橘黄色的绝缘胶带。为防止绝缘胶带意外破裂，导致铝管与锂电池外壳接触造成短路，Tesla在铝管外部还加了一层绝缘胶进行隔离。在其他没有铝管通过的电池之间，也使用了一层绝缘胶进行隔离。•「冷却液」是用来保持电池的温度一致性的。由于Tesla电池的密集摆放，中心区域聚集的热量相比周边必然会多很多，若是没有铝管传递热量来保持电池温度的一致性，必将造成各单体电池之间的温度不均衡，最终会影响电池性能的一致性及电池荷电状态（SOC）估计的准确性，从而影响到电动车的系统控制。•而电池一致性一旦出现问题，对于整个电池组的寿命将会产生很大的影响。所以Tesla使用了高传热效率的铝管和高比热容的液体冷却方案来保持电池温度的一致性，这样做不仅是出于安全，对电动车的续航也是至关重要的。•Tesla使用的18650锂电池是定制的，不像我们平时看到的锂电池一样有一层绝缘外衣，其裸露在外的电池外壳都是电池负极，一旦外壳被导体连上，就可能造成短路，严重时甚至会发生起火事故，其后果将不堪设想。•所以Tesla在电池组内部做的多层绝缘防护还是非常必要的，从目前看到设计结构来说Tesla的防护措施是值得信赖的。四.电池管理系统BMSBMS采用主从架构，主控制器（BMU）负责高压、绝缘检测、高压互锁、接触器控制、对外部通信等功能。从控制器（BMB）负责单体电压、温度检测，并上报BMU。BMU具备主副双MCU设计，副MCU可检测主MCU工作状态，一旦发现其失效可获取控制权限。比较幽默的是BMU上居然有一个手动reset的按钮，刚看到的时候简直不敢相信这是汽车产品级ECU，更像是是个电脑主板。而且把过强电电流的预充电接触器直接放在了BMU上也是一个大胆的设计传说中Tesla检测了7000多节的电池电压，其实只是将74节电池并联检测一个点，传说监控了每个单体的温度，其实444节电池仅有两个温度探测点。Tesla使用的是18650锂电池，这种锂电池就是我们笔记本电脑中使用的电池，所以其电控方面的技术是非常成熟的，虽然我想了很多办法还是无法看清楚主板上芯片的型号，但还是能推测出上面主要有充放电管理芯片和电池计量管理芯片，相比笔记本电池，其复杂的地方应该在多路的电池信号采集和控制算法上，毕竟电动汽车成百上千节电池的监控和笔记本电脑10节左右的电池监控不在一个数量级上。