tesla技術分析2-拋磚貼（電池）

車雲網5月28日報道 作為電動車的核心部件之一，Tesla的電池曾經被嘲笑、被詬病，甚至在實現銷售爆發式增長之後，仍有很多業界專家稱其“電池技術老舊”、“無核心競爭力”。原因在於Tesla是唯一一家采用18650型鈷酸鋰離子電池的公司，這種電池一直用於筆記本電腦中，難登電動汽車之“大雅之堂”，並且存在安全隱患。

事實果真如此嗎？

在汽車上使用鈷酸鋰電池，Tesla算第一個

作為動力輸出的後盾，電池對電動車的作用不言而喻。因為本身性能較穩定、安全係數較高且可循環充電次數多，磷酸鐵鋰電池是目前市場上動力電池的首選，如雪佛蘭Volt、日產Leaf、比亞迪E6和Fisker Karma。

Tesla則有些另類，他旗下的Roadster和Model S使用的是18650鈷酸鋰電池。與磷酸鐵鋰電池相比，這種電池雖然技術較為成熟，功率高、能量密度大、且一致性較高，但安全係數較低，熱特性和電特性較差，成本也相對較高。

據業內人士介紹，18650電池外電壓但凡低於2.7V或高於3.3V，都會出現過熱的症狀。如果電池組較大且組內溫度梯度控製得不好，就會存在很大的起火風險。而電池技術的關鍵恰恰就是電壓電流和熱量控製，難怪Tesla被批評為電池技術不靠譜。

但實際上，被認為更安全可靠的磷酸鐵鋰電池也並非萬無一失。在 製備的燒結過程中，氧化鐵在高溫環境下存在被還原成單質鐵的可能性，單質鐵會引起電池的微短路，這是電池中很忌諱的物質。此外，磷酸鐵鋰電池在實際生產中 充放電曲線差異大，一致性較差且能量密度較低，這直接影響到電動車敏感的續航問題。海通國際證券公司最新的研報顯示：特斯拉電池能量密度 （170wh/kg）大約是比亞迪電動車磷酸鐵鋰電池能量密度的兩倍。

Tesla使用的18650電池

早在上世紀70年代，英國賓漢頓大學的Whittingham女士就發明了18650電池，這種電池常應用於筆記本電腦、強光手電等數碼產品上，但是，將這種直徑18mm、高65mm的圓柱形鋰電池用在汽車上，Tesla是第一個吃螃蟹的人。

Tesla的電池技術總監Kurt Kelty曾經表示：Tesla起初也嚐試了市麵上超過300種電池，包括板型和方型電池，最終選擇了鬆下的18650電池，一方麵，18650的能量密度更大且穩定性與一致性更好。另一方麵，18650可以有效降低電池係統的成本。

鬆 下官網顯示，型號為NCR18650的鋰電池是一款高能量模型（HighCapacity）電池，該電池的名義伏特數為3.6V，名義最小容量為2750 毫安時，重量為45.5克。並且，在Tesla第二代車型Model S上使用的18650比之前Roadster的能量密度高出3成。

據 Tesla首席技術官JB Straubel表述：從Roadster到Model S“轉型”的四年時間，電池組成本已經下降了約44%，並且仍然會繼續下降。鬆下曾在2010年向Tesla投資3000萬美元，成為其股東之一。並且於 2011年達成戰略協議，將負責Tesla今後5年全部車輛的電池供應。按照Tesla目前預計每年2萬輛的產量，鬆下18650將裝配在超過8萬台 Model S上。

6831節鋰電池的神奇重組

18650存在安全風險是不爭的事實，Tesla如何“搞定”這一硬傷？秘密武器在於其電池管理係統，給出的解決方案是將6831節2安時左右的鬆下18650封裝電池通過串聯和並聯結合在一起。

Tesla Roadster電動跑車動力係統

要驅動一輛電動車，需要大量的18650電池，Tesla Roadster的電池係統包含6831節小電池，而Tesla Model S更是高達8000節，如何排列組裝這些數量眾多的小電池尤為重要。

這 時候，Tesla創始人之一Marc Tarpenning以往的經驗派上了用場。他曾是這個領域的專家並成功出售過一家公司。他把網絡控製領域用程序控製成百上萬台服務器的模式搬到了 Tesla電池係統控製領域，通過一年的DOE(design of experiment，實驗設計)，用分層次管理的辦法成功控製了這6831節小電池以及電壓和溫度：

·69個18650電池被並聯封裝成一個電池磚；

·99個電池磚串聯成一個電池片；

·11個電池片組成一個電池包，總計6831節。

僅僅有這些層次還不夠，對於每一個層次都要進行監控，於是他們在每個電池單元、每個電池磚、每個電池片的兩端均設置有保險絲，一旦電池過熱或者電流過大則立刻融斷，斷開輸出。

僅僅有保險絲還是不夠，於是：

·在每個電池片上，均設置有BMB (Battery Monitor board)即電池監控板，用以監控每個電池磚的電壓，溫度以及整個電池片的輸出電壓。

·在整個電池包上，設置有BSM（Battery System Monitor),用以監控整個電池包的工作環境。包括電池包的電流，電壓，溫度，濕度，方位，煙霧等。

·在整車層麵，設置有VSM (Vehicle SystemMonitor),用以監控BSM。

這 樣一套電池控製係統成為Tesla的技術核心,當Tesla剛剛公布這套造價高昂的係統時（傳言高於20000美金），很多業內人士不約而同地對其唱衰， 認為將7000個電池放在汽車裏的行為是可笑的。但事實卻給予他們有力的回應，雪佛蘭Volt起火、Fisker Karma車型更是一年內發生三次自燃事件，而反觀Tesla，不論是Roadster還是Tesla Model S都從未發生過起火自燃事件。（mango注： Model S目前已經有三起著火，車輛局已開始調查。據稱Model S的保護電路有所簡化，外殼內有化學冷卻塗層。）

Tesla Model S電池板與車架融為一體的設計

Tesla 已經和豐田、戴姆勒等廠商在電動車領域進行合作，包括為smart、奔馳A級、奔馳B級等車型電動版提供電池動力，給豐田RAV4電動車提供電池組和電機 等。目前戴姆勒持有Tesla 4.3%的股份，豐田也持有Tesla 2.9%的股份。但是由於Tesla正式投入市場的產品時間不長且數量不多，理論上完美的Tesla電池係統還需繼續麵臨實踐檢驗。

mango：由上文看，電壓為99×3.6=356.4V，容量為69×2.75=189.75AH。如按上圖53KW估算則電池容量不是2.75而是2.12AH，估計是保護電路有所損耗。如果改用36AH電池，隻要4並總共4×99=396塊（Tesla用6831個）。
最後說一下，Model S用的不在是LCO (Lithium Cobalt鈷酸鋰)電池而是 NMC (Lithium Nickel Manganese Cobalt鎳鈷錳酸鋰，較便宜). NMC batteries have improved life span, power output, safety, and temperature performance，即更安全因鈷含量較少，因此簡化保護電路也許是失火的原因？
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在發生的三起事故中，其中有一起就是因為駕駛員把車軋過一個大鐵塊，劃傷底盤導致電池短路起火。特斯拉的加固措施的第一步是采用鈦合金板，用這種原用於航空及軍事用途的高強度材料來加固底盤，防止劃傷。其次是加高鋁棒以及增加一層鋁合金材料，用於吸收碰撞產生的能量。NHTSA對於特斯拉的加固措施感到滿意，沒有從中發現技術瑕疵。從2013年3月6日起的所有特斯拉Model S都會增長這三層防護措施。特斯拉CEO馬斯克表示之前生產的車型可以免費加裝這些防護板。在特斯拉的博客上，馬斯克公布了美國人開經過加固的特斯拉通過各種道路的視頻。在汽車底部的攝像機記錄顯示，那些障礙物無法損壞特斯拉的底盤。
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2014年2月，Tesla在加拿大曝出第五起車輛自燃事故。值得注意的是，此次車輛在發生自燃時，並未進行充電操作或遭到任何異物的撞擊，從而排除了特斯拉方麵在處理之前四起車輛自燃事件時給出的起火原因。
在去年下半年接連發生的四起特斯拉Model S自燃事故中，特斯拉方麵將起火原因分別歸咎於外來異物撞擊及用戶家庭電路異常，並於去年年底對充電器適配器進行了軟件升級以防止其出現過熱。
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特斯拉每天拉著半噸多重的電池跑在路上，平均每公裏耗電約為0.18度。美國用的是核電，因此， 特斯拉在美國每公裏碳排放大概是122g，無疑是環保節能車型。但中國大量使用煤電，算下來，特斯拉的碳排放約為175g/公裏，而傳統的汽油車大概是 150或160g左右。特斯拉居然比汽油車的二氧化碳排放還要高。因此，在中國，Tesla不屬於節能環保車型。上汽投入20億元研發榮威E50純電動轎車和榮威550插電式混合動力車。為什麽從小車入手做純電動汽車？因為它用的電池較少，自重較輕，每公裏二氧化碳排放約在75g左右，比傳統車低一半。