特斯拉电源管理系统和快速充电技术的研究综述_谢靖飞.pdf

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1、东莞理工学院学报第23卷第3期Vol．23No．32016年6月JOUＲNALOFDONGGUANUNIVEＲSITYOFTECHNOLOGYJun．2016特斯拉电源管理系统和快速充电技术的研究综述*谢靖飞谢泽川郭一祺吴福慧郭兵(东莞理工学院化学与环境工程学院，广东东莞523808)摘要:特斯拉电动车的核心是其先进的锂电池成组技术及其电池管理系统，由此实现了续航里程和安全性的飞跃。特斯拉采用工业化程度高、相对成熟的电池组单元。其技术优势在于:稳定可靠、动力性能卓越，续航里程最高可达480km。这有助于解决续航焦虑问题，也对快速充电技术提出了更高的要求。而特斯

2、拉ModelS电动汽车最大的电池容量为85kWh，由7000多颗18650电池提供电量支持。如此大的电池容量，必须有更快的充电速度与之相匹配。对特斯拉的电池管理系统和快速充电技术进行简要的分析，并展望未来电动汽车技术的前景。关键词:特斯拉电动汽车;电池管理系统;快速充电技术中图分类号:TQ433.432文献标识码:A文章编号:1009－0312(2016)03－0083－07DOI:10.16002/j.cnki.10090312.2016.03.017特斯拉汽车的成功在于其先进的电池管理系统。自上个世纪90年代以来，锂离子电池在手机、笔记本电脑，电动工具等小

3、型便携电子设备中取得前所未有的成功，因为它表现出多方面的技术优势。但是，将锂离子电池扩展到电动汽车等大型动力设备时却遇到了障碍。公认的事实是:在大电流放电时，锂离子电池的性能大打折扣;即锂离子电池不适合作为大型设备的动力电池，除非开发新型电极材料以提高大电流放电能力。当时普遍认为，电动汽车的核心技术问题，在于研发新型电极材料，以及由此构筑全新的动力电池系统。然而这种观念束缚了人们的思维，延缓了电动汽车行业前进的步伐，因为寻找全新的革命性的替代型电极材料是一个漫长的过程。许多汽车厂商对发展纯电动汽车持观望的态度:他们一方面关注新型电池材料的研发，另一方面仍将大部

4、分人力、物力、财力投入到传统燃油汽车上，也有一些厂商大力推动混合动力汽车，后者的目标在于在燃油汽车上实现节油，而不是用纯电动汽车完全替代燃油汽车。特斯拉以其独特的思维，开辟了电动汽车的市场化之路;它没有把注意力放在新型电池的研发上，而是采用性能稳定可靠、已经通过市场考验的普通18650型电芯，通过先进的电源管理，将电池的潜力发挥到极致，实现行业的突破。目前，特斯拉成为市场化最为成功的电动汽车，也无可争议的成为电动汽车的代表。1特斯拉电池管理系统概述特斯拉的电源系统采用分级管理，以第一款电动汽车Ｒoadster跑车为例，其电源系统，如图1所［2］示:1)69节电

5、池构成一个Brick，每个Brick中的电池全部并联;2)9个Brick构成一个Sheet，每个Sheet中的9个Brick串联;3)11个Sheet再串联，构成整个电池包;计算:69×9×11=6831。整个电池包的输出电压达到375V。在电池包中，Sheet是最小的可更换收稿日期:2016－03－28基金项目:2014年东莞理工学院大学生创新创业训练计划项目(201411819039)。作者简介:谢靖飞(1990—)，男，广东肇庆人，东莞理工学院2012级化工卓越班学生。*通讯作者:郭兵(1981—)，男，河南南阳人，讲师，主要从事纳米和多孔材料科学、电化

6、学和电极材料、衍射晶体学和电子显微表征研究。84东莞理工学院学报2016年单元。如果系统检测到某颗电池出了问题，只要将包含这颗电池的Sheet进行更换。对于每一个层级都要进行监控，于是每颗电芯的两端均设置有保险丝，一旦这颗电芯过热或电流过大则立刻融断，断开输出。每个Brick的两端、每个Sheet的两端也都设置有保险丝，一旦电流过大则立刻融断。仅仅有保险丝还不够，在每个Sheet的层面上，均设置有BMB(BatteryMonitorBoard，即电池监控面板)，用以监控Sheet内的每个Brick的电压，温度以及整个Sheet的输出电压。在电池包层面，设置有B

7、SM(BatterySystemMonitor，电池监控系统)，用以监控整个电池包的工作环境，包括电流、电压、温度、湿度、方位、烟雾等。在车辆层面，设置有VSM(VehicleSystemMonitor，整车监测系统)，用以监控BSM。图1特斯拉电池包组装示意图［3］电池管理系统(BatteryManagementSystem，BMS)的主要任务是保证电池组工作在安全的环境区间，提供车辆控制所需信息，在出现异常时及时响应处理，并根据环境温度、电池状态及车辆需求等决定电池的充放电功率等。BMS的主要功能有电池参数监测、电池状态估计、在线故障诊断、充电控制、自动均

8、衡、热管理等。本文主要讨论电池的充电控