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續航440公里 特斯拉鋰離子電池為啥這么牛?

鉅大LARGE  |  點擊量:751次  |  2021年11月17日  

自上世紀70年代誕生以來,鋰離子電池成功進入了每個人的生活,但在科技進步如此神速的年代,卻沒有新的能量存儲技術能替代其地位,這足以說明鋰離子電池性能之優越,用途之廣泛。隨著新能源汽車高速發展,鋰離子電池將得到充分的發展。


提到新能源汽車,就不得不說下馬斯克的特斯拉了。時尚的外形、百公里加速3.2秒、續航440公里,這些都是特斯拉ModelS作為一款純電動汽車所展示給人們的數據。


不遜于傳統燃油車的性能表現,讓特斯拉獲得了巨大的成功。同樣的鋰離子電池,為何在特斯拉上會有如此不俗的表現?是電動機技術高超?還是電池技術先進?


這不,為了探尋特斯拉電池的奧秘,國外牛人就將一輛ModelS的電池板給拆開了,一探究竟。


國外牛人直接給我們展示電池組。電池組安放前后軸之間的底盤位置,其重量可達900公斤。因此造成底盤重心較低,非常利于車輛的高速穩定性。電池組幾乎占據車輛底盤的全部,但電池組并沒有作為承受力的主體,電池組有加強筋和受力框架保護,大大減低碰撞時的爆炸危險。

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符合Exic IIB T4 Gc防爆標準

充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

電池組整體有標明其身份的銘牌,其中標明了其容量為85kWh,400V直流電,簡單來說電池可以裝85度電,可供一個普通家庭使用一個月。


電池組表面不僅有塑料膜保護著,而且塑料膜下面還有防火材料的護板。護板下面才是電池組。護板通過螺栓與電池組框架連接,并且連接處充滿了密封粘合劑。外觀來看電池組保護的不錯。


特斯拉ModelS電池組板看似非常高大上。其電池組板由16組電池組串聯而成,并且每組電池組由444節鋰離子電池,每74節并聯形成。因此特斯拉ModelS電池組板由7104節18650鋰離子電池組成。


總保險絲位于電池版的前端,并且有外殼保護以防受到撞擊。其采用德國Bussmann巴斯曼,額定工作電流為630A,額定電壓為690V,分斷電流700-200kA,在全球化趨勢下該保險絲在印度制造。市場價格在600元左右。


電池板中的16塊電池組均衡平鋪在殼體上,整體結構緊湊,平鋪有利于散熱。每一組電池組由六組單體電池包串聯而成,但單體電池包的布置并沒有采用均衡布置,而是采用不規則的結果,猜測是為了方便電池組內的散熱管路布置。

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標稱電壓:28.8V
標稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應用領域:勘探測繪、無人設備

測量了整個電池板的電壓為313.8V,單體電池組電壓為196.3V。顯然這塊電池并沒有達到額定的輸出電壓,可能電池電量并不充足所導致。


電池組內每一節電池都有保險絲鏈接著,以防單節電池過熱危及整體電池過熱,并且每節電池保險絲焊接非常精美。電池組中央有線連接到電池控制模塊,這些線用來檢測電池組的電壓,從而保證電池組正常工作。


電池組整體由透明塑料殼包裹住,兩側有金屬散熱護板包圍。電池厚度比腳掌稍稍厚些,屬于扁長型電池組,從而導致車輛重心可大大降低。總體電池組保護的相當不錯。


18650鋰離子電池即普通筆記本電腦的鋰離子電池,眾多18650鋰離子電池組成單體電池包,再由電池包組成電池組,并由16組電池組構成電池板。看似簡單,但實際要解決很多連接和散熱的問題。


每一組電池組都由一條2/0主線串聯起來,主線位于電池板中央,并且有護板覆蓋著,較為隱蔽。2/0主線匯集電流后將連接到輸出端的接觸器。接觸器采用泰科電子專門為特斯拉生產的部件。


電池板中央有一條2/0主線,每組電池組都通過該主線串聯輸出電流,因此2/0主線尤其重要。特斯拉采用美國Champlain的專門為電動汽車生產的線纜,其最高可承受600V電壓,并且可在-70°-150°之間工作。2/0主線保護的相當不錯,不僅有護板保護,而且還有防火材料包裹。這一點可猜測其工作時有可能出現高溫。


電池板內除了電池組外,最多都是“冷卻液”管路。每組電池都要通入一定量的“冷卻液”。雖然“冷卻液”并沒有泵驅動主動流動,但整個電池板所有管路都是相通的,“冷卻液”可熱脹冷縮進行一定范圍流動。


“冷卻液”呈綠色,由50%的水和50%的乙二醇混合而成。“冷卻液”配合著鋁管使用重要是為了保持電池溫度的均衡,防止電池局部溫度過高導致電池性能下降。特斯拉的電池熱管理系統可將電池組之間的溫度控制在±2℃。控制好電池板的溫度可延長電池的使用壽命。


電池管理系統(BatteryManagementSystem簡稱BMS)是對電池組進行安全監控及有效管理、提高蓄電池使用效率的裝置。對電動汽車而言,通過該系統對電池組充放電的有效控制,可達到新增續航里程、延長使用壽命、降低運行成本的目的,并保證電池組應用的安全和可靠性。


電池管理系統重要功能包括數據采集、電池狀態計算、能量管理、熱管理、安全管理、均衡控制和通信功能等。從電路圖上可看到,電池管理系統為特斯拉自行研發,擁有高度的知識產權的核心技術。該系統能自行處理充放電以及發熱問題。相信國內廠商較難山寨出來。


這次國外牛人自行拆解特斯拉ModelS讓我們了解更多細節。18650的數量決定于電池板的總容量;鋁管與“冷卻液”配合使得電池發熱更加均衡;還有電池管理系統BMS復雜的處理使得電池完美充放電。


總得來說,ModelS電池保護的相當不錯,內部結構設計得恰當好,電池管理系統也相當細致。這些看似不是高端技術的技術,或許正是特斯拉成功的原因吧!



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