特斯拉电池组的选择.pdf

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1、2017年1月31日星期二Tesla电池组的选择Tesla电动车一经问世便激起各方热议其中的焦点主要集中在其高大上的电池组对此我也是很感兴趣所以利用了些时间和整理了网上的资料对其一探究竟如有疏漏或不准确欢迎大家指正主要分析的是ModelS1、电芯的选择ModelS采用的电芯为：NCR18650B电芯（钴酸锂作为正极材料）其规则参数如下图1：图1目前，世界上做锂电池最好的企业主要集中在日韩，Tesla也同样选择了三洋的18650电芯。该类电芯基本算是现在技术最为成熟、一致性最高的锂电池。谈到一致性，有位美国做电池的教

2、授曾经这样描述过：如果你从厂家直接购买一批18650电芯，放电曲线不一致，那你怀疑的应该是你的检测仪器出了问题，而不是电芯。也正是由于18650电芯出色的一致性，Tesla才会选择其作为它的能量源。然而，众所周知，我国在锂电池领域技术相对比较落后，短时间内实现弯道超车不是靠所谓的民族气节就能实现的。所以，我国不太鼓励发展三元锂电池（正极材料使用镍钴锰酸12017年1月31日星期二锂）。技术上能否发展是一方面，另一方面，三元聚合物电池安全性相对于磷酸铁锂电池较差，并且我国钴资源极其贫乏。这些原因，制约了我国三元聚合

3、物电芯短期内的发展。磷酸铁锂电芯由于磷酸根的亲氧性，所以，磷酸铁锂电芯较三元电芯安全性较好。但磷酸铁锂电芯日韩之所以不发展也是由于磷酸铁锂电芯本身的限制导致的。磷酸铁锂电芯放电平台较平，也就是说电芯充放电的控制较难做；倍率低，磷酸铁锂电芯本身允许的最大电流就较其余主流电芯小；一致性不如三元类电芯。当然技术是会发展的，我也相信电池技术会不断的进步，孰优孰劣也是看各家选择的前提是什么，比亚迪就采用的磷酸铁锂电池。下图2是各类电芯从成本、寿命、安全性、倍率以及容量五个维度的比较：图222017年1月31日星期二也就是说

4、，从众多18650电芯中，Tesla选择三洋这款，是有其考虑的。目前此类电芯是技术最为成熟、一致性最高的，当然成本也会有所增加。后面会谈到一致性的重要性。有人又会说到，这么多节小电芯串并联到一起，这么复杂，为什么不选择块状电池呢？块状电池也就是层叠电池，其散热好，电源管理也不像圆柱状电芯这么复杂。所以，很多日韩企业依托他们的先进电池技术，在电动汽车这块，较多的使用层叠电池。但是，层叠电池较圆柱状电池能量密度低。我查到一部分层叠锂电池的能量密度，日产LEAF所用33Ah层叠锂电池的能量密度是157Wh/kg;GMVo

5、lt是约150Wh/kg，而Tesla所用的18650电池是211Wh/kg，能量密度这一块圆柱状电芯稍胜。其次，层叠锂电池，固然单体电池容量可以做到很大，但是目前技术下，其一致性较差。但也不能这么绝对比较，因为18650电芯是需要较复杂的电源管理和辅助散热的，具体说哪个好也不好说。层叠电池是铝壳封装，发生碰撞什么的，安全性较差，18650是钢壳，稍好些。说了这么多电芯的比较，归根到底是由于目前电池技术到了瓶颈，所以限制了电动汽车的发展。但特斯拉选择了18650电芯，自然是对其电源管理有信心。有消息称，特斯拉正和三

6、星一起开发新款的20700电芯，这也算是推动了电芯技术的发展吧。2、电芯排列及辅助散热ModelS选用了7104节18650电芯，组成了标称400V，85KWh的查克拉，可以续航450KM。将其分为了16组小电池包串联，每个小电池包中有444节电芯，444节又分成了6组74节电芯的串联。所以说这7104节电芯是形成了一个74S96P的电池包。利用闲时，我将这444节电芯的排布方式基本还原了出来，如下图3：图332017年1月31日星期二如图中所示，电芯的排列采用错位排列，合理的利用了圆柱状电芯之间的间隙。但是，这

7、6小组并没有按照常规的6份均匀排布，而是像图中这样，看起来并没有什么规律。我的猜想是，图中所示的排列方式，热均衡效果较常规的排法好，具体的无法验证。当我们电池包电芯数量在不断提升时，完全按照常规排布，可能效果并不是最好的，需要我们从前期设计开始，加以尝试，寻找出好的排布方案。16组小电池包的排放如下图4所示：图中只有14个小电池包组，还有2组是在端部。从上图我们也可以观察到一个小细节，那就是，图中的14个电池组是错位放置的，并不是常规的S状。我的猜想是，如果是按照S状放置，过电流时，会形成电流环，形成的磁场会对电子

8、部分有影响。这么多节电芯排布在一起，其热管理是个大难题，Tesla选择是铝管加液冷的方式。冷却液是水和乙二醇一比一的混合液，灌装在弯曲的铝管中。铝管排布在电芯之间，但不是每一路都走，而是有选择的路径。我觉得应该是经过大量的测试或模拟，现选择的路径是最42017年1月31日星期二能兼顾到整个电池组热均衡的路径。官方数据是，Tesla能做到整个电池组正负2摄氏