20250923 #6


文:電馳科研技術總監/羅玉林

老款Tesla Model S及Model X電動車的電池採用了松下提供的NCA系列 (鎳鈷鋁體系)18650三元鋰電池,整車的電池包分為60kWh或者85kWh兩類,單顆電池容量為3100mAh(一般我們在蓄電池上看到的單位是“Ah”,這主要是根據不同容量的電池來選擇不同的單位)。

85kWh Model S的電池單元一共運用了8142個18650鋰電池,組裝時首先將這些電池以單元、模組逐一平均分配最終組成一整個電池包,電池包位於車身底部。如圖1-2所示。

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圖1 電池包內的電池模組
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圖2 電池模組由18650三元鋰電池串並聯組成

雖然18650三元鋰電池是滿足較高續航行駛里程的關鍵,但它在高溫狀態下的穩定性比鎳鈷錳酸鋰電池(NCM)和磷酸鐵鋰電池則要稍差些,
因此,在安全性方面就需要技術的有力支撐。

電池包內每一節18650三元鋰電池兩端均設有保險裝置,每個電池片和電池磚都有保險裝置,一旦發現某一單元內部出現問題,保險裝置就會將其切斷與其他電池單元的聯繫,從而避免影響整體電池性能的情況出現。另外,每個電池片之間都有相對獨立的空間,由防火牆相隔,即便是單個電池片內部出現了起火的情況,火勢也可得到一定控制,不至於迅速蔓延至整個電池包。

當然,保險裝置是最後的一道屏障,當它切斷的時候也就意味著某個電池單元出現了問題,如果涉及更換,整個電池包就可以以「模組」為單位進行更換。
每節電池之間以並聯的形式連接,而電池單元之間和電池模組之間分別以串聯的形式連接。
Tesla的電池模組一直是值得稱道的設計。電池單體模組主要由以下部分構成:

  1. 母線牌:起到了連接電池的作用,將每組電池的正極和負極連接在一起,共有7種不同的規格。
  2. 隔層:隔層將電池與冷卻管隔離並有絕緣的作用。
  3. 散熱銅管:通過每一面與單體連接,將熱量帶出整個電池模組。
  4. 隔離板:在電池的頂蓋上方,起到絕緣的作用。
  5. BMB採集板:測量電壓和溫度。如圖3所示。
  6. 溫度感測器:採集溫度,其位置在冷卻管的輸入端和輸出端。
  7. 採樣電壓採集線束:採集電池電壓,並由專門的固定的導線索引結構進行固定。
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圖3 電池模組與BMB採集板

高壓電池位於車輛下方,並通過34個螺栓將其固定在適當的位置,該螺栓將電池固定至車身和副車架。電池是底盤的受力部件,為汽車提供平坦的底面和很低的重心。高壓電池提供了結構、空氣動力學和操縱方面的優勢。

早期所有Model S電池選件(60kWh和85kWh)都利用相同的外殼和內部組件,但是改變了每個模組中的電池數量以實現不同的能量與容量。所有配置均使用三元鋰18650電池。

85kWh電池包含16個模組,每個模組包含6個單元,每個單元並聯74個單獨的電池。每塊60kWh電池並聯66個電池。

每個模組都有其自己的電池採集板(BMB) ,該模組可監視每個電池單元的電壓並從模組內的兩個點對溫度進行採樣。BMB通過內部通信匯流排將此資訊報告給電池管理系統(BMS)。然後,BMS使用此資訊來管理高壓電池溫度和SOC。

BMS通過動力總成(PT) CAN匯流排進行通信。為了維持電池的標稱溫度,它需要散熱管理系統。
為了管理SOC,它與主充電器、充電埠、驅動逆變器、DC-DC轉換器、網關模組和機外充電連接器進行通信。電池還包含主正和主負接觸器、電流測量分流器和630A的保險絲,如圖4-6所示。

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圖4 電池包拖盤內的高壓控制器與 BMS
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圖5 電池包內的高壓控制器
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圖6 電池包內主正和主負接觸器與電流測量的分流器

高壓電池的作用是提供動力來驅動汽車並運行所有附件系統。它是車輛的主要能源。
它向驅動逆變器提供直流電以驅動車輛,並向DC-DC轉換器提供直流電以支援12V電氣系統。
DC-DC轉換器還用作高壓接線盒,將電流從高壓電池分配到A/C壓縮機、冷卻液加熱器和車艙加熱器。

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