這一次，我們扒開了 Tesla 的心——電池組揭秘
文/竹子
不知各位是否記得國內有個叫遊俠汽車的團隊在打造純電動車，2個月前他們的Demo已經能跑起來了。但說白了，那隻是一輛從二手現代酷派跑車改裝過來的電動車，他們距離真正製造一輛電動車還有很長的路要走。
不過，前一陣子GeekCar的小伙伴聽說遊俠汽車拆解了一輛Tesla。俗話說得好，要成功必須向成功者學習。所以遊俠汽車用這種“簡單粗暴”的方式向Tesla學習的精神倒是挺值得稱讚的。
於是我們實地走訪了遊俠汽車的“製造工廠”，終於見到了這輛被完全拆散的Tesla。這一次先和大家分享一下Tesla的電池部分。
我們都知道85kW‧h版本的Tesla電池組由近7000節18650鋰電池構成。但電池組的實際情況，卻沒多少人見過。之前網上發布的電池分析大都是基於Tesla的電池專利而分析得出的。這次就由GeekCar的小伙伴為大家揭開Tesla電池的最後一層神秘面紗。
電池模塊
這張圖是Model S底盤整個電池組的全景圖，Model S一共有16塊電池組，最下面的空擋那塊原來有兩塊電池，上圖中已經被遊俠汽車拆了下來。
Tesla在每一塊電池組上都覆蓋一塊玻纖闆對電池進行簡單的保護。每兩塊電池之間都有金屬梁隔開。圖中左下角是整個電池組的保險絲，右側是電池的冷卻液接口和冷卻液加註口。
單塊電池組
這塊兒就是Tesla非常高大上鋰電池組，在這塊板上一共有444節電池，每74節並聯成一組，整塊電池板由6組電池串聯而成。所以我們可以算出在這款Tesla Model S 85車型上一共有7104節18650鋰電池。
電池組的6塊分區排布見上圖紅線部分。這塊電池板正反面的構造是呈中心對稱的，至於為什麼排列成這樣，想必一定是經過大量測試和驗證的。 GeekCar猜測這麼排列是為了獲取更低的平均電阻率以及配合散熱管道實現更好的散熱。
電池組中間的那幾根線一邊連接著電池的極板，另一頭連到電池控制模塊，這些線是用來檢測電池組的電壓，從而保證電池組正常工作的。
再仔細看可以發現，每一節電池上都有一根很細的保險絲，這個是用來保護整個電池組的，當單節電池出現溫度過高之類的異常現象時，保險絲會自動熔斷，以達到保護整個電池組的目的（每節電池的正負極都會有一根保險絲）。
這麼多保險絲需要焊接在電路板上是一項非常大的工程，從工藝上來看應該是由專門的機器人使用超聲波焊接完成的。
BMS主控芯片
Tesla的電池主控模塊，從PCB板上印刷的logo來看，這塊電路板是完全由Tesla自行研發的。電路板上使用了大量的電阻和電容進行信號調理，光是在我們看到的這一面就有6組電信號的採集線路。
由於Tesla使用的是18650鋰電池，這種鋰電池就是我們筆記本電腦中使用的電池，所以其電控方面的技術是非常成熟的，雖然我想了很多辦法還是無法看清楚主板上芯片的型號，但還是能推測出上面主要有充放電管理芯片和電池計量管理芯片，相比筆記本電池，其複雜的地方應該在多路的電池信號採集和控制算法上，畢竟電動汽車成百上千節電池的監控和筆記本電腦10節左右的電池監控不在一個數量級上。
Tesla的電池熱管理系統
在之前各大媒體公佈的消息中，我們得知Tesla是有一套專門的液體循環溫度管理系統圍繞著每一節單體電池的，但其具體構造，卻始終未能見到。有媒體在報導中是這麼說的“據Tesla專利說明介紹，隔離板內部的水可以是靜態的也可以是流動的，可以直接存儲在隔離板內部管腔，也可以被裝到特定的水袋中。如果是流動狀態，可以與電池組的冷卻系統連接在一起，也可以自建循環系統。”
遊俠汽車拆解的車型是Model S 85型，並未選配寒冷氣候套裝。在工程師的介紹下，我們終於看到了Tesla熱管理系統的內部構造。
上圖中的電池組外殼部分已經被遊俠汽車暴力拆解，部分電池被取出。
感謝暴力拆解，使我們終於看到了電池組內部的構造，在鋰電池組內部，灌注水乙二醇的導熱鋁管呈S形狀環繞，圖中左右兩側的接口為水乙二醇液體的循環接口，在鋁管外還包裹著一層橘黃色的絕緣膠帶。為防止絕緣膠帶意外破裂，導致鋁管與鋰電池外殼接觸造成短路，Tesla在鋁管外部還加了一層絕緣膠進行隔離。在其他沒有鋁管通過的電池之間，也使用了一層絕緣膠進行隔離。
在我第一眼看到Tesla的電池做這麼多層的絕緣隔離時，我還是非常驚訝的。想了一下才明白過來，Tesla使用的18650鋰電池是定制的，不像我們平時看到的鋰電池一樣有一層絕緣外衣，其裸露在外的電池外殼都是電池負極，一旦外殼被導體連上，就可能造成短路，嚴重時甚至會發生起火事故，其後果將不堪設想。
所以Tesla在電池組內部做的多層絕緣防護還是非常必要的，從目前看到設計結構來說Tesla的防護措施是值得信賴的。
未拆解的鋰電池組細節圖
不會流動的“冷卻液”？
在拆解完Tesla之後，遊俠汽車的小伙伴告訴了我一個令人非常驚訝的消息，Tesla散熱鋁管內的“冷卻液”並不會流動！
當我聽到這個消息的時候，第一反應是震驚，Tesla費了這麼大的周折把鋁管弄到電池中間去，卻只是包裹著電池，其中的“冷卻液”不會流動？這就是世界上最先進的汽車鋰電池熱管理方案嗎？
帶著震驚和疑問，我仔仔細細的檢查了散熱鋁管的每一部分，很遺憾，我沒有發現任何類似泵和溫度控制的器件。 Tesla電池的“冷卻液”就是不會主動流動的。
我眼前擺放的這套目前世界上最先進的汽車鋰電池熱管理方案，著實讓我震驚了一下。但既然Tesla這麼做了，那就一定有他的道理。
鋰電池工作液體接口
那包裹著電池的水乙二醇“冷卻液”究竟是做什麼用的呢？
帶著疑問我查閱了一些相關資料，又和遊俠汽車的小伙伴進行了一下交流。我們得出的結論是，“冷卻液”是用來保持電池的溫度一致性的。由於Tesla電池的密集擺放，中心區域聚集的熱量相比周邊必然會多很多，若是沒有鋁管傳遞熱量來保持電池溫度的一致性，必將造成各單體電池之間的溫度不均衡，最終會影響電池性能的一致性及電池荷電狀態（SOC）估計的準確性，從而影響到電動車的系統控制。
雖然Tesla使用的是電池一致性極高的18650鈷酸鋰鋰電池。對於這種電池坊間甚至戲稱“你買了同一批次的18650鋰電池，若是儀器檢測出電池性能不一致，你首先要懷疑是不是你的儀器出問題了？”
但是即便Tesla使用的是一致性如此高的電池，也無法保證電池在實際工作中的一致性。因為電池在不同溫度下的熱耗率（每產生1kW·h的電能所消耗的熱量）是不一樣的，這是由於電池內部的化學反應與溫度是密切相關的。如果電池在絕熱或者高溫等熱傳遞不充分的內部環境中運行，電池溫度將會顯著上升，從而導致電池組內部形成“熱點”，最終可能產生熱失控。
而電池一致性一旦出現問題，對於整個電池組的壽命將會產生很大的影響。所以Tesla使用了高傳熱效率的鋁管和高比熱容的液體冷卻方案來保持電池溫度的一致性，這樣做不僅是出於安全，對電動車的續航也是至關重要的。
據稱Tesla使用的電池熱管理系統可以將一塊電池組內各單體電池的溫度差異控制在±2℃以內。在2013年6月的一份報告中顯示，在行駛10萬英里後Tesla Roadster的電池組容量仍能維持在初始容量的80%-85%，而且電池容量的衰減只與行駛里程數明顯相關，與環境溫度和車齡的關係不明顯。可見Tesla對電池衰減的良好控制，離不開電池熱管理系統的有力支撐。
鋰電池組工作液體接口及工作液體灌注接口
據相關資料顯示，Tesla鋁管內的工作液體配方是由50%的水和50%的乙二醇組成的。這是為了避免在低溫環境下工作液體結冰的情況發生。上圖中從管道中流出的綠色液體就是Tesla的工作液體。
Tesla的“冷卻液”到底會不會流動？
在Tesla的專利中指出“隔離板內部的水可以是靜態的也可以是流動的”。
雖然那份專利是在很早以前提交的，但是關於電池工作液體（冷卻液）循環部分還是有些地方值得思考的。我們看到的這款Model S採用的是被動式的溫度管理系統，設施比較簡單，相對成本也較低。那Tesla是不是也有一套主動的溫度管理系統呢？這麼做雖然會附加一些的功率元件，但是讓汽車內的工作液體流動起來，其整體熱管理系統將會更加的有效。
對此遊俠汽車的小伙伴提出了新的猜測，若是選購寒冷氣候套裝，溫度管理模塊會不會使用主動式的呢？
我們猜測使用主動式的溫度管理系統，只需要在現有的電池溫度控制模塊中加入一個泵和工作液體加熱裝置，就可以使脆弱的鋰電池在極寒環境下保證良好的工作溫度。
但是具體是否如此，我們就不得而知了，期待有大神再次拆解帶有寒冷套件的Tesla，向我們揭秘Tesla在極寒環境下的電池保溫系統。如果官方願意向我們公佈其內部構造，我們也非常願意對此進行深入的報導。
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資料來源：虎嗅網
編輯：竹子 GeekCar
不知各位是否記得國內有個叫遊俠汽車的團隊在打造純電動車，2個月前他們的Demo已經能跑起來了。但說白了，那隻是一輛從二手現代酷派跑車改裝過來的電動車，他們距離真正製造一輛電動車還有很長的路要走。
不過，前一陣子GeekCar的小伙伴聽說遊俠汽車拆解了一輛Tesla。俗話說得好，要成功必須向成功者學習。所以遊俠汽車用這種“簡單粗暴”的方式向Tesla學習的精神倒是挺值得稱讚的。
於是我們實地走訪了遊俠汽車的“製造工廠”，終於見到了這輛被完全拆散的Tesla。這一次先和大家分享一下Tesla的電池部分。
我們都知道85kW‧h版本的Tesla電池組由近7000節18650鋰電池構成。但電池組的實際情況，卻沒多少人見過。之前網上發布的電池分析大都是基於Tesla的電池專利而分析得出的。這次就由GeekCar的小伙伴為大家揭開Tesla電池的最後一層神秘面紗。
電池模塊
這張圖是Model S底盤整個電池組的全景圖，Model S一共有16塊電池組，最下面的空擋那塊原來有兩塊電池，上圖中已經被遊俠汽車拆了下來。
Tesla在每一塊電池組上都覆蓋一塊玻纖闆對電池進行簡單的保護。每兩塊電池之間都有金屬梁隔開。圖中左下角是整個電池組的保險絲，右側是電池的冷卻液接口和冷卻液加註口。
單塊電池組
這塊兒就是Tesla非常高大上鋰電池組，在這塊板上一共有444節電池，每74節並聯成一組，整塊電池板由6組電池串聯而成。所以我們可以算出在這款Tesla Model S 85車型上一共有7104節18650鋰電池。
電池組的6塊分區排布見上圖紅線部分。這塊電池板正反面的構造是呈中心對稱的，至於為什麼排列成這樣，想必一定是經過大量測試和驗證的。 GeekCar猜測這麼排列是為了獲取更低的平均電阻率以及配合散熱管道實現更好的散熱。
電池組中間的那幾根線一邊連接著電池的極板，另一頭連到電池控制模塊，這些線是用來檢測電池組的電壓，從而保證電池組正常工作的。
再仔細看可以發現，每一節電池上都有一根很細的保險絲，這個是用來保護整個電池組的，當單節電池出現溫度過高之類的異常現象時，保險絲會自動熔斷，以達到保護整個電池組的目的（每節電池的正負極都會有一根保險絲）。
這麼多保險絲需要焊接在電路板上是一項非常大的工程，從工藝上來看應該是由專門的機器人使用超聲波焊接完成的。
BMS主控芯片
Tesla的電池主控模塊，從PCB板上印刷的logo來看，這塊電路板是完全由Tesla自行研發的。電路板上使用了大量的電阻和電容進行信號調理，光是在我們看到的這一面就有6組電信號的採集線路。
由於Tesla使用的是18650鋰電池，這種鋰電池就是我們筆記本電腦中使用的電池，所以其電控方面的技術是非常成熟的，雖然我想了很多辦法還是無法看清楚主板上芯片的型號，但還是能推測出上面主要有充放電管理芯片和電池計量管理芯片，相比筆記本電池，其複雜的地方應該在多路的電池信號採集和控制算法上，畢竟電動汽車成百上千節電池的監控和筆記本電腦10節左右的電池監控不在一個數量級上。
Tesla的電池熱管理系統
在之前各大媒體公佈的消息中，我們得知Tesla是有一套專門的液體循環溫度管理系統圍繞著每一節單體電池的，但其具體構造，卻始終未能見到。有媒體在報導中是這麼說的“據Tesla專利說明介紹，隔離板內部的水可以是靜態的也可以是流動的，可以直接存儲在隔離板內部管腔，也可以被裝到特定的水袋中。如果是流動狀態，可以與電池組的冷卻系統連接在一起，也可以自建循環系統。”
遊俠汽車拆解的車型是Model S 85型，並未選配寒冷氣候套裝。在工程師的介紹下，我們終於看到了Tesla熱管理系統的內部構造。
上圖中的電池組外殼部分已經被遊俠汽車暴力拆解，部分電池被取出。
感謝暴力拆解，使我們終於看到了電池組內部的構造，在鋰電池組內部，灌注水乙二醇的導熱鋁管呈S形狀環繞，圖中左右兩側的接口為水乙二醇液體的循環接口，在鋁管外還包裹著一層橘黃色的絕緣膠帶。為防止絕緣膠帶意外破裂，導致鋁管與鋰電池外殼接觸造成短路，Tesla在鋁管外部還加了一層絕緣膠進行隔離。在其他沒有鋁管通過的電池之間，也使用了一層絕緣膠進行隔離。
在我第一眼看到Tesla的電池做這麼多層的絕緣隔離時，我還是非常驚訝的。想了一下才明白過來，Tesla使用的18650鋰電池是定制的，不像我們平時看到的鋰電池一樣有一層絕緣外衣，其裸露在外的電池外殼都是電池負極，一旦外殼被導體連上，就可能造成短路，嚴重時甚至會發生起火事故，其後果將不堪設想。
所以Tesla在電池組內部做的多層絕緣防護還是非常必要的，從目前看到設計結構來說Tesla的防護措施是值得信賴的。
未拆解的鋰電池組細節圖
不會流動的“冷卻液”？
在拆解完Tesla之後，遊俠汽車的小伙伴告訴了我一個令人非常驚訝的消息，Tesla散熱鋁管內的“冷卻液”並不會流動！
當我聽到這個消息的時候，第一反應是震驚，Tesla費了這麼大的周折把鋁管弄到電池中間去，卻只是包裹著電池，其中的“冷卻液”不會流動？這就是世界上最先進的汽車鋰電池熱管理方案嗎？
帶著震驚和疑問，我仔仔細細的檢查了散熱鋁管的每一部分，很遺憾，我沒有發現任何類似泵和溫度控制的器件。 Tesla電池的“冷卻液”就是不會主動流動的。
我眼前擺放的這套目前世界上最先進的汽車鋰電池熱管理方案，著實讓我震驚了一下。但既然Tesla這麼做了，那就一定有他的道理。
鋰電池工作液體接口
那包裹著電池的水乙二醇“冷卻液”究竟是做什麼用的呢？
帶著疑問我查閱了一些相關資料，又和遊俠汽車的小伙伴進行了一下交流。我們得出的結論是，“冷卻液”是用來保持電池的溫度一致性的。由於Tesla電池的密集擺放，中心區域聚集的熱量相比周邊必然會多很多，若是沒有鋁管傳遞熱量來保持電池溫度的一致性，必將造成各單體電池之間的溫度不均衡，最終會影響電池性能的一致性及電池荷電狀態（SOC）估計的準確性，從而影響到電動車的系統控制。
雖然Tesla使用的是電池一致性極高的18650鈷酸鋰鋰電池。對於這種電池坊間甚至戲稱“你買了同一批次的18650鋰電池，若是儀器檢測出電池性能不一致，你首先要懷疑是不是你的儀器出問題了？”
但是即便Tesla使用的是一致性如此高的電池，也無法保證電池在實際工作中的一致性。因為電池在不同溫度下的熱耗率（每產生1kW·h的電能所消耗的熱量）是不一樣的，這是由於電池內部的化學反應與溫度是密切相關的。如果電池在絕熱或者高溫等熱傳遞不充分的內部環境中運行，電池溫度將會顯著上升，從而導致電池組內部形成“熱點”，最終可能產生熱失控。
而電池一致性一旦出現問題，對於整個電池組的壽命將會產生很大的影響。所以Tesla使用了高傳熱效率的鋁管和高比熱容的液體冷卻方案來保持電池溫度的一致性，這樣做不僅是出於安全，對電動車的續航也是至關重要的。
據稱Tesla使用的電池熱管理系統可以將一塊電池組內各單體電池的溫度差異控制在±2℃以內。在2013年6月的一份報告中顯示，在行駛10萬英里後Tesla Roadster的電池組容量仍能維持在初始容量的80%-85%，而且電池容量的衰減只與行駛里程數明顯相關，與環境溫度和車齡的關係不明顯。可見Tesla對電池衰減的良好控制，離不開電池熱管理系統的有力支撐。
鋰電池組工作液體接口及工作液體灌注接口
據相關資料顯示，Tesla鋁管內的工作液體配方是由50%的水和50%的乙二醇組成的。這是為了避免在低溫環境下工作液體結冰的情況發生。上圖中從管道中流出的綠色液體就是Tesla的工作液體。
Tesla的“冷卻液”到底會不會流動？
在Tesla的專利中指出“隔離板內部的水可以是靜態的也可以是流動的”。
雖然那份專利是在很早以前提交的，但是關於電池工作液體（冷卻液）循環部分還是有些地方值得思考的。我們看到的這款Model S採用的是被動式的溫度管理系統，設施比較簡單，相對成本也較低。那Tesla是不是也有一套主動的溫度管理系統呢？這麼做雖然會附加一些的功率元件，但是讓汽車內的工作液體流動起來，其整體熱管理系統將會更加的有效。
對此遊俠汽車的小伙伴提出了新的猜測，若是選購寒冷氣候套裝，溫度管理模塊會不會使用主動式的呢？
我們猜測使用主動式的溫度管理系統，只需要在現有的電池溫度控制模塊中加入一個泵和工作液體加熱裝置，就可以使脆弱的鋰電池在極寒環境下保證良好的工作溫度。
但是具體是否如此，我們就不得而知了，期待有大神再次拆解帶有寒冷套件的Tesla，向我們揭秘Tesla在極寒環境下的電池保溫系統。如果官方願意向我們公佈其內部構造，我們也非常願意對此進行深入的報導。
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資料來源：虎嗅網
編輯：竹子 GeekCar