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【透視】特斯拉電動汽車電池解刨分析（上）

2021/12/25

通過對特斯拉電池系統的構成以及特斯拉配套充電設施進行詳盡的梳理，我們可以對特斯拉的電池產業鏈有一個直觀、深入的認識，對於其它新能源

汽車也可以起到觸類旁通的作用。

1.特斯拉的電池系統

電池系統是電動車的動力來源，是整個產業鏈中最核心的系統成分。以特斯拉Model S為例，其電池系統（鋰電池+電池管理系統）成本佔比為56%，而傳統的轎車發動機佔比大約只有15%-25%。到了2016年，電池系統的成本佔比有所下降，且成本結構也有所變化，單體電池的成本佔到了83%，電池管理系統的成本佔比約為13%，剩餘4%為電池冷卻系統

。

通過對特斯拉電池系統的構成以及特斯拉配套充電設施進行詳盡的梳理，我們可以對特斯拉的電池產業鏈有一個直觀、深入的認識，對於其它新能源汽車也可以起到觸類旁通的作用。目前電池系統的成本是制約特斯拉及其它新能源汽車發展最主要的因素之一，了解了電池系統就相當於擁有了解開新能源汽車產業的鑰匙。

電動車要想具備實用性，就必須考量它一次充電后的續航性及其充電的便捷性，要了解這兩點就必須關注其電池的構造以及充電設備的充電速度和設備分佈。

Model S曾推出的搭配電池功率型號有40、60、70、75、85、90、100kWh，對於85kWh及以上型號，還有一些提供更出色的動力性能的性能版可供選擇，比如Perf版和Ludicrous版。不同的型號，每次充滿電所能最大行駛的距離和最大馬力不同。隨著技術的進步和為了更加迎合人們的需求，特斯拉陸續取消了一些Model S電池型號，現今仍可以訂購的功率型號為75、90、100kWh。

而Model X則推出過60、70、75、90、100kWh的型號，現在可以訂購的只有70和100kWh的型號。

據中關村在線的資訊顯示，特斯拉設計的Model 3電動車基本版本的電池組功率約為60 kWh。而根據Musk的Twitter及相關信息進行了推測，可能最高只有75kWh版本。這主要是由於Model 3相比於Model S和Model X，車輪的軸距更小，同時Model 3的定位也是作為入門款。根據Elon Musk7月9日的推特消息，第一輛Model 3已於當天下線，同時特斯拉將在7月28日為首批30名訂購Model 3的消費者舉行交付儀式。

另外，Model 3使用電池也不同於Model S與Model X。在特斯拉汽車日本公司2015年7月15日舉行的媒體說明會上，美國總公司的電池技術總監Kurt Kelty公布了Model 3將使用全新21700鋰電池的消息，其能量密度將比用於Model S與Model X的18650鋰電池高30%。

2.電池及電池板的構造

不同於其它電動汽車

，特斯拉使用的電池並非專用的整塊大電池，而是將幾千個圓柱形小電池組裝起來。

Model S與Model X目前使用的都是松下供應的18650NCA特製電池，這種圓柱形電池橫截面直徑為18毫米，高65毫米。常規款的18650鋰電池被廣泛地使用於筆記本電腦的電芯中，其化學式構成為LiNiCoAlO2。

採用單個電池的優點在於單個的18650電池發生爆炸威力有限，即使並聯的一個電池單元出現故障，最多使續航距離縮短一塊電池單元所提供的行駛距離。而且該款電池工藝成熟，適合大批量生產。同時電池一致性好、成本低。而由於特斯拉電動車本身優良的熱管理系統，松下為特斯拉特製的18650電池相比於常規款得以移除一些多餘的安全設施，從而變得更輕更便宜。同時，特斯拉又在每個電芯上都安裝了保險絲，而不是通常地在整個電池組設置保險裝置。

由於動力系統採用的是小型單體電池，特斯拉的電池系統構造就顯得異常複雜和精巧。以Model S 85kWh型號為例，電池板共分為16個電池組，如下圖所示的每一個矩形塊均為一個電池組，最右側堆疊了兩組。電池組之間串聯連接，電壓共402伏。特斯拉的每個電池組又由6個單體電池包串聯而成，每個電池包由74節18650電池並聯而成。為了方便電池組內的散熱管路的安放，單體電池包的採用不規則的布置。

因此，Model S 85kWh型號使用了多達7104節電池，按照3.6V的工作電壓和3.2Ah的電容量來計算的話，總電量約為82kWh，略低於車型說明的電量。這7000多節電池組成的電池組重量將近700公斤，佔了整台車重量近一半。類似地，100kWh型號電池板使用了共8256節單體電池，同樣分為16個電池組。

為了保護電池組，特斯拉在電池組前部頂面上設計了防水透氣閥，利用氣體分子與液體及灰塵顆粒的體積大小數量級之差，讓氣體分子通過，而液體、灰塵無法通過，從而實現防水透氣的目的，避免水蒸氣在電池組內部凝結。

Model S電池板的放臵位臵正好使它成為車軸之間的底板，這個設計帶來了許多好處。由於電池板是全車重量最大的一部分（Model S 85 kWh型號電池組重544千克），使得Model S的重心高度只有18英寸，因此擁有了一個較大的橫向加速度（0.9g）以及良好的防側翻性。

同時為了保護位於底部的電池板，特斯拉還在電池板下部增加了一層由鋁合金（或者鋼、玻璃纖維、碳纖維、塑料等，目前Model S適用的是鋁合金）材料構成的保護結構，將電池模塊包裹起來，並保持一定的緩衝距離，並將其取名為防彈鎧甲（Ballistic Shield）。

3.電池管理系統

電池管理系統（Battery Management System，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臵。主要功能包括數據採集、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。通過該系統對電池組充放電和放熱的有效控制，可達到增加續航里程、延長使用壽命、降低運行成本的目的，並保證電池組應用的安全和可靠性。

特斯拉的BMS能夠提供精確的電池健康

狀態預估技術、電池平衡管理技術、電池殘電量管理技術、電池熱管理技術、診斷與預警技術。即使是同樣電池容量的電動汽車，由於BMS的不同，其續航里程、充電時間、啟動加速時間和電池壽命將大不相同。

特斯拉通過其強大的BMS系統，可以有效實現超過7000節18650號電池的一致性管理，達到高安全性和可靠性目標。此外，在電池冷卻、安全、電荷平衡等與BMS相關的領域，特斯拉申請的核心專利超過140項，因此BMS技術是特斯拉的核心競爭力之一。

特斯拉電池組的每一組都有其獨立的電池管理系統，位於電池組側面，即上圖綠色部分。其中的感應器和晶元，隨時監控每粒電池的溫度變化，遇到意外情況，能以毫秒級別時間關閉電池。