深入內“心” 拆解特斯拉MODEL S電池組

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注:以下文章來自極客汽車。

不知道大家還記不記得中國有一個叫Ranger Auto的團隊，正在打造純電動汽車。他們的演示能夠在兩個月前運行。但說白了，就是一輛二手現代酷跑車改裝而來的電動車。在他們真正能制造一輛電動汽車之前，他們還有很長的路要走。

然而，前陣子GeekCar的朋友聽說Ranger拆了一輛特斯拉。俗話說，要想成功，你必須向成功的人學習。所以游俠車以這種“簡單粗暴”的方式向特斯拉學習的精神是相當值得稱贊的。于是我們實地參觀了蘭杰汽車的“制造工廠”，最終看到了這輛被徹底拆解的特斯拉。這一次，我和大家分享一下特斯拉的電池部分。

拆解電池組

我們都知道特斯拉Model S（查成交價|參配|優惠政策）的85kWH版電池組由近7000節18650節鋰電池組成。但是沒有多少人見過電池組的實際情況。之前網上發布的電池分析大多基于特斯拉的電池專利。這一次，極客汽車的朋友將揭開特斯拉電池的最后一層神秘面紗。

這張圖是Model S底盤整個電池組的全景圖。s型有16個電池組，底部的積木空曾經有兩個電池。以上圖片已被游俠刪除。特斯拉用一塊玻璃纖維板蓋住每個電池組，只是為了保護電池。每個電池由一根金屬梁隔開。圖左下角為整個電池組的保險絲，右側為電池的冷卻液接口和冷卻液加注口。

這一塊是特斯拉非常高的鋰電池組。這塊板上有444塊電池，每74塊電池并聯成一組，整個面板由6塊電池串聯而成。所以我們可以算出這款特斯拉Model S 85車型有7104節18650節鋰電池。

電池組的6塊見上圖紅線。這個面板的正面和背面的結構是中心對稱的。至于為什么會這樣安排，肯定是經過了大量測試驗證的。極客汽車猜測，這種布置是為了獲得更低的平均電阻率，并通過散熱管實現更好的散熱。

電池組中間的電線一端連接到電池板，另一端連接到電池控制模塊。這些導線用于檢測電池組的電壓，從而保證電池組的正常運行。如果你仔細觀察，你會發現每個電池都有一個非常薄的保險絲，用來保護整個電池組。當單個電池出現溫度過高等異常現象時，保險絲會自動熔斷，保護整個電池組。電路板上需要焊接這么多保險絲，這是一個非常大的工程。從技術上講，應該由一個特殊的機器人使用超聲波焊接來完成。

BMS主控芯片

特斯拉的電池主控模塊，從印刷在PCB上的logo判斷，這塊電路板完全是特斯拉自己開發的。電路板上使用了大量的電阻和電容來進行信號調理，我們看到的這一側正好有6組電信號采集電路。

特斯拉用的是18650鋰電池，也就是我們筆記本電腦用的電池，所以它的電控技術非常成熟。雖然嘗試過很多方法，主板上的芯片型號還是看不清楚，但還是能猜到主要有充放電管理芯片和電池測量管理芯片。與筆記本電池相比，其復雜性在于多通道電池信號采集和控制算法。畢竟電動汽車上百節電池的監控和筆記本電腦10節左右電池的監控是不一樣的。

特斯拉的電池熱管理系統

在之前各大媒體發布的新聞中，我們了解到特斯拉在每個電池周圍都有專門的液體循環溫度管理系統，但其具體結構從未見過。根據特斯拉的專利描述，隔板內部的水可以是靜止的，也可以是流動的，可以直接儲存在隔板的內腔中，也可以裝入特定的水袋中。如果是流動的，可以連接電池組的冷卻系統，也可以自己搭建循環系統。"

游俠拆解的車型是Model S 85，沒有配備防寒氣候服。在工程師的介紹下，我們終于看到了特斯拉熱管理系統的內部結構。

“上圖中電池組外殼被游俠車暴力拆解，部分電池被取出。”

感謝暴力拆解，我們終于看到了電池組的內部結構。在鋰電池組內部，裝有水乙二醇的導熱鋁管被S形包圍。圖中左右兩側的接口為水乙二醇液的循環接口，鋁管外包裹一層橙色絕緣膠帶。為了防止絕緣膠帶意外斷裂，導致鋁管與鋰電池外殼接觸造成短路，特斯拉還在鋁管外部加了一層絕緣膠進行隔離。一層絕緣膠也用來隔離其他沒有鋁管的電池。

第一次看到特斯拉的電池有這么多層絕緣，還是很驚訝的。想了一會兒，我意識到特斯拉使用的18650鋰電池是定制的，不像我們平時看到的鋰電池，它有一層絕緣涂層，它裸露的電池殼就是電池的負極。一旦外殼被導體連接，可能會造成短路，嚴重時甚至會發生火災事故，后果不堪設想。

所以，特斯拉在電池組內部的多層絕緣保護還是很有必要的。從目前的設計結構來看，特斯拉的保護措施值得信賴。

不會流動的“冷卻劑”？

拆解特斯拉后，Ranger的朋友告訴我一個非常驚人的消息，特斯拉冷卻鋁管里的“冷卻液”不會流動！

當我聽到這個消息時，我的第一反應是震驚。特斯拉費了好大勁才把鋁管插進電池中間，但它只是把電池包起來，里面的“冷卻液”就不會流動了？這是世界上最先進的汽車鋰電池熱管理方案嗎？

帶著震驚和疑惑，我仔細檢查了鋁管的每一個部位。不幸的是，我沒有找到任何像泵和溫度控制這樣的設備。特斯拉的“冷卻劑”不會主動流動。

擺在我面前的這套全球最先進的汽車鋰電池熱管理方案，著實讓我震驚。但既然特斯拉做到了這一點，其中一定有一定的道理。

“包著電池的水乙二醇“冷卻液”到底是干什么用的？』

帶著疑問，我查閱了一些相關資料，和游俠的朋友們進行了一點交流。我們得出結論，“冷卻液”用于保持電池的溫度一致性。由于特斯拉電池的密集排列，中心區域聚集的熱量必然比周圍區域多得多。如果沒有鋁管傳熱來維持電池溫度的一致性，肯定會導致單個電池之間的溫度不平衡，最終會影響電池性能的一致性和電池荷電狀態估計的準確性，從而影響電動汽車的系統控制。

雖然特斯拉采用18650鋰鈷氧化物鋰電池，電池一致性極高。對于這種電池，甚至有人開玩笑說“你買的是同一批18650的鋰電池。如果儀器檢測到電池性能不一致，你首先應該想一想你的儀器是不是有問題？”

但是，即使特斯拉使用一致性這么高的電池，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不同，是因為電池內部的化學反應與溫度密切相關。如果電池在隔熱或高溫等傳熱不足的內部環境下工作，電池的溫度會顯著升高，導致電池組內部形成“熱點”，最終可能導致熱失控。

一旦電池一致性出現問題，將對整個電池組的壽命產生很大影響。因此，特斯拉采用高傳熱效率的鋁管和高比熱容的液冷方案來保持電池溫度的一致性，這不僅是為了安全，也是電動汽車續航能力的關鍵。

據說特斯拉使用的電池熱管理系統，可以將一個電池組中的單個電池溫差控制在2℃以內。2021年6月的一份報告顯示，特斯拉RoaDSter在行駛10萬英里后，電池容量仍能維持在初始容量的80%-85%，電池容量的衰減只與行駛里程有明顯關系，與環境溫度和車齡無關。可見，特斯拉對電池衰減的良好控制離不開電池熱管理系統的大力支持。

根據相關數據，特斯拉鋁管中的工作液配方由50%的水和50%的乙二醇組成。這是為了避免低溫環境下工作液凍結。上圖中從管道中流出的綠色液體是特斯拉的工作液。

特斯拉的“冷卻液”會流動嗎？

特斯拉專利中指出“隔板內部的水可以是靜止的，也可以是流動的”。雖然那個專利很久以前就提交了，但是關于電池工作液的循環還是有一些值得考慮的事情。我們看到的Model S采用了被動式溫度管理系統，設備簡單，相對成本低。特斯拉也有主動溫度管理系統嗎？雖然這將增加一些動力部件，但如果車內工作流體流動，整體熱管理系統將更有效。

游俠之友提出了一個新的猜想。如果選擇寒冷氣候服，溫度管理模塊會激活嗎？

我們猜測，有了主動式溫度管理系統，只需要在現有的電池溫控模塊上增加一個泵和一個工作液加熱裝置，就可以讓脆弱的鋰電池在極寒環境下保證良好的工作溫度。

然而，我們不知道情況是否如此。我們期待大神再次用冷套件拆解特斯拉，向我們揭示特斯拉在極寒環境下的電池絕緣系統。如果官方愿意向我們透露其內部結構，我們也非常愿意深度報道。