揭秘為什么特斯拉的電池管理系統比其他電動汽車好？

電池管理系統的主要任務是確保電池組在安全范圍內工作，為車輛控制提供必要的信息，在出現異常時及時響應，并根據環境溫度、電池狀態和車輛需求確定電池的充放電功率。BMS的主要功能包括電池參數監測、電池狀態估計、在線故障診斷、充電控制、自動平衡、熱管理等。

1.熱管理系統的重要性

電池的熱相關問題是決定其性能、安全性、壽命和使用成本的關鍵因素。首先，鋰離子電池的溫度水平直接影響其在使用中的能量和動力性能。當溫度較低時，電池的可用容量將迅速衰減。如果電池在低溫下充電（如低于0攝氏度），可能會導致瞬時電壓過充電，導致內部析鋰和進一步短路。其次，鋰離子電池的熱相關問題直接影響電池的安全性。制造過程中的缺陷或使用過程中的操作不當，都可能導致電池局部過熱，進而引發鏈式放熱反應，最終導致嚴重的冒煙、起火甚至爆炸等熱失控事件，威脅車輛駕乘人員的生命安全。此外，鋰離子電池的工作或儲存溫度會影響其使用壽命。電池的適宜溫度約為10~30℃。溫度過高或過低都會導致電池壽命迅速衰減。大型動力電池使其表面積與體積之比相對降低，電池內部熱量不易消散，更容易出現內部溫度不均勻、局部溫升過大等問題，從而進一步加速電池衰減，縮短了電池壽命并增加了用戶的總擁有成本。

電池熱管理系統是解決電池熱相關問題，確保動力電池性能、安全和壽命的關鍵技術之一。熱管理系統的主要功能包括：1）在電池溫度較高時進行有效散熱，防止熱失控事故；2） 在電池溫度較低時對電池進行預熱，以提高電池溫度，確保低溫下的充放電性能和安全性；3） 減少電池組中的溫差，抑制局部熱點的形成，防止電池在高溫位置過快衰減，降低電池組的整體壽命。

2.特斯拉跑車的電池熱管理系統

特斯拉汽車跑車純電動汽車采用液冷電池熱管理系統。車載電池組由6831個18650個鋰離子電池組成，其中每69個電池并聯為一塊磚，然后9個電池串聯為一塊板，最后11層串聯堆疊。電池熱管理系統的冷卻液為50%水和50%乙二醇的混合物。

圖1（a）顯示了片材內部的熱管理系統。冷卻管呈Z字形排列在電池之間，冷卻液在管內流動，帶走電池產生的熱量。圖1（b）是一個冷卻管的結構示意圖。冷卻管內部分為四個通道，如圖1所示。（c）。為了防止冷卻液在流動過程中溫度逐漸升高，且終端散熱能力不好，熱管理系統采用雙向流場設計，冷卻管的兩端既是液體入口又是液體出口，如圖1（d）所示。在電池之間以及電池與管道之間填充具有良好電絕緣性和導熱性的材料（如Stycast 2850/ct），具有以下功能：1）將電池與冷卻管道之間的接觸形式從線接觸變為表面接觸；2） 有利于提高單電池之間的溫度均勻性；

3） 有利于提高電池組的整體熱容量，從而降低整體平均溫度。

圖1。跑車的電池熱管理系統示意圖。

通過上述熱管理系統，Roadster電池組中每個電池的溫差控制在2攝氏度以內。根據2013年6月的一份報告，在行駛10萬英里后，Roadstr電池組的容量仍然可以保持在初始容量的80%~85%，并且容量衰減只與里程有明顯的關系，但與環境溫度和車輛使用年限無關。上述結果依賴于電池熱管理系統的強大支持。

3.其他電動汽車的熱管理系統

3.1日產聆風的熱管理系統

日產汽車公司的LEAF純電動汽車采用了罕見的被動電池熱管理系統。電池組由192個33.1 Ah的堆疊鋰離子電池組成。四個單電池并聯和串聯連接形成模塊，48個模塊串聯連接形成電池組。電池組是密封的，外部不通風，內部沒有液體冷卻或空氣冷卻的熱管理系統，但在寒冷地區有加熱選項。經過電極設計，LEAF中使用的鋰離子電池降低了內部阻抗和發熱率。同時，薄層結構（單體厚度7.1mm）使得電池的內部熱量難以積聚，因此沒有必要采用復雜的主動熱管理系統。電池組的壽命保證期為8年或160000公里。

3.2通用電壓的熱管理系統

通用汽車的Volt插電式混合動力汽車使用28845Ah的層壓鋰離子電池。電池組的電連接可以相當于96個串聯的單電池和3組并聯的單電池。熱管理系統采用液體冷卻設計方案，冷卻介質為50%水和50%乙二醇的混合物。金屬散熱片（厚度為1mm）以一定間隔布置在單電池之間，并且在散熱片上刻有流動通道。冷卻液可以在通道凹槽中流動以帶走熱量。在低溫環境中，加熱線圈可以加熱冷卻液以加熱電池。

圖2:Volt的熱管理系統

伏特電池的溫差可以控制在2攝氏度以內，這有力地支持了8年的電池壽命保證期。

4.特斯拉跑車與其他電動汽車相比的熱管理特性。

從以上分析可以看出，特斯拉跑車在熱管理系統方面遠比其他電動汽車復雜。特斯拉的電池組由6831個18650個小電池容量的電池組成。要確保這么多電池的溫差不超過±2°C是非常困難的，但特斯拉做到了，這也突顯了特斯拉在電池管理方面的先進性和獨特性。

然而，一個新的問題出現了：既然LEAF和Volt可以通過使用大容量堆疊鋰離子電池來匹配簡單的熱管理系統來實現他們的設計目標，那么特斯拉為什么要使用18650電池和復雜的電池管理系統呢？

我認為原因如下：

a.18650電池的優點：18650電池已廣泛應用于消費電子產品中，制造商在控制成本和提高性能（尤其是安全性和一致性）方面積累了大量技術經驗。當特斯拉選擇電池制造商時，她特別選擇了那些積極投資減少產品缺陷的公司。

B.特斯拉的比較優勢：在所有電動汽車制造商中，特斯拉是一個神奇的制造商。它既不是電池制造商，也不是傳統的汽車制造商，但它已經成功了。比亞迪在中國從電池起家，轉而生產電動汽車；

日本的日產是一家傳統汽車制造商，后來與NEC合作開發電池并進入電動汽車市場。特斯拉的技術優勢是什么？我認為電池管理系統絕對是其中非常重要的一部分。在特斯拉的技術團隊中，偏向電子和電工的工程師應該占大多數，因此開發電池管理系統的難度要比開發電池（偏向材料和化學）或底盤（偏向機械）小得多。

在接受特斯拉技術總監J B Straubel采訪時，他問道：“特斯拉會一直使用18650電池嗎？你會選擇其他電池嗎？”這個問題的答案是：

“相信我，在不久的將來，我們會看到18650年是最有說服力的。我真的不知道為什么18650年會引起這么多爭議。沒有人會關心你油箱的形狀和大小，但把電化學能量放進電動汽車的形狀和尺寸引起了這么多爭議這些物質的含量決定了成本和性能。

目前，我們的電池實際上是深度定制的，我們已經與松下做了大量的客戶定制工作。我們正在生產汽車級電池，根據汽車級標準的苛刻測試，在任何生命迅速衰退。大型動力電池使其表面積與體積之比相對降低，電池內部熱量不易消散，更容易出現內部溫度不均勻、局部溫升過大等問題，從而進一步加速電池衰減，縮短了電池壽命并增加了用戶的總擁有成本。

電池熱管理系統是解決電池熱相關問題，確保動力電池性能、安全和壽命的關鍵技術之一。熱管理系統的主要功能包括：1）在電池溫度較高時進行有效散熱，防止熱失控事故；2） 在電池溫度較低時對電池進行預熱，以提高電池溫度，確保低溫下的充放電性能和安全性；3） 減少電池組中的溫差，抑制局部熱點的形成，防止電池在高溫位置過快衰減，降低電池組的整體壽命。

2.特斯拉跑車的電池熱管理系統

特斯拉汽車跑車純電動汽車采用液冷電池熱管理系統。車載電池組由6831個18650個鋰離子電池組成，其中每69個電池并聯為一塊磚，然后9個電池串聯為一塊板，最后11層串聯堆疊。電池熱管理系統的冷卻液為50%水和50%乙二醇的混合物。

圖1（a）顯示了片材內部的熱管理系統。冷卻管呈Z字形排列在電池之間，冷卻液在管內流動，帶走電池產生的熱量。圖1（b）是一個冷卻管的結構示意圖。冷卻管內部分為四個通道，如圖1所示。（c）。為了防止冷卻液在流動過程中溫度逐漸升高，且終端散熱能力不好，熱管理系統采用雙向流場設計，冷卻管的兩端既是液體入口又是液體出口，如圖1（d）所示。在電池之間以及電池與管道之間填充具有良好電絕緣性和導熱性的材料（如Stycast 2850/ct），具有以下功能：1）將電池與冷卻管道之間的接觸形式從線接觸變為表面接觸；2） 有利于提高單電池之間的溫度均勻性；

3） 有利于提高電池組的整體熱容量，從而降低整體平均溫度。

圖1。跑車的電池熱管理系統示意圖。

通過上述熱管理系統，Roadster電池組中每個電池的溫差控制在2攝氏度以內。根據2013年6月的一份報告，在行駛10萬英里后，Roadstr電池組的容量仍然可以保持在初始容量的80%~85%，并且容量衰減只與里程有明顯的關系，但與環境溫度和車輛使用年限無關。上述結果依賴于電池熱管理系統的強大支持。

3.其他電動汽車的熱管理系統

3.1日產聆風的熱管理系統

日產汽車公司的LEAF純電動汽車采用了罕見的被動電池熱管理系統。電池組由192個33.1 Ah的堆疊鋰離子電池組成。四個單電池并聯和串聯連接形成模塊，48個模塊串聯連接形成電池組。電池組是密封的，外部不通風，內部沒有液體冷卻或空氣冷卻的熱管理系統，但在寒冷地區有加熱選項。經過電極設計，LEAF中使用的鋰離子電池降低了內部阻抗和發熱率。同時，薄層結構（單體厚度7.1mm）使得電池的內部熱量難以積聚，因此沒有必要采用復雜的主動熱管理系統。電池組的壽命保證期為8年或160000公里。

3.2通用電壓的熱管理系統

通用汽車的Volt插電式混合動力汽車使用28845Ah的層壓鋰離子電池。電池組的電連接可以相當于96個串聯的單電池和3組并聯的單電池。熱管理系統采用液體冷卻設計方案，冷卻介質為50%水和50%乙二醇的混合物。金屬散熱片（厚度為1mm）以一定間隔布置在單電池之間，并且在散熱片上刻有流動通道。冷卻液可以在通道凹槽中流動以帶走熱量。在低溫環境中，加熱線圈可以加熱冷卻液以加熱電池。

圖2:Volt的熱管理系統

伏特電池的溫差可以控制在2攝氏度以內，這有力地支持了8年的電池壽命保證期。

4.特斯拉跑車與其他電動汽車相比的熱管理特性。

從以上分析可以看出，特斯拉跑車在熱管理系統方面遠比其他電動汽車復雜。特斯拉的電池組由6831個18650個小電池容量的電池組成。要確保這么多電池的溫差不超過±2°C是非常困難的，但特斯拉做到了，這也突顯了特斯拉在電池管理方面的先進性和獨特性。

然而，一個新的問題出現了：既然LEAF和Volt可以通過使用大容量堆疊鋰離子電池來匹配簡單的熱管理系統來實現他們的設計目標，那么特斯拉為什么要使用18650電池和復雜的電池管理系統呢？

我認為原因如下：

a.18650電池的優點：18650電池已廣泛應用于消費電子產品中，制造商在控制成本和提高性能（尤其是安全性和一致性）方面積累了大量技術經驗。當特斯拉選擇電池制造商時，她特別選擇了那些積極投資減少產品缺陷的公司。

B.特斯拉的比較優勢：在所有電動汽車制造商中，特斯拉是一個神奇的制造商。它既不是電池制造商，也不是傳統的汽車制造商，但它已經成功了。比亞迪在中國從電池起家，轉而生產電動汽車；

日本的日產是一家傳統汽車制造商，后來與NEC合作開發電池并進入電動汽車市場。特斯拉的技術優勢是什么？我認為電池管理系統絕對是其中非常重要的一部分。在特斯拉的技術團隊中，偏向電子和電工的工程師應該占大多數，因此開發電池管理系統的難度要比開發電池（偏向材料和化學）或底盤（偏向機械）小得多。

在接受特斯拉技術總監J B Straubel采訪時，他問道：“特斯拉會一直使用18650電池嗎？你會選擇其他電池嗎？”這個問題的答案是：

“相信我，在不久的將來，我們會看到18650年是最有說服力的。我真的不知道為什么18650年會引起這么多爭議。沒有人會關心你油箱的形狀和大小，但把電化學能量放進電動汽車的形狀和尺寸引起了這么多爭議這些物質的含量決定了成本和性能。

目前，我們的電池實際上是深度定制的，我們已經與松下做了大量的客戶定制工作。我們正在生產汽車級電池，根據汽車級標準的苛刻測試，在任何

標簽：豐田日產比亞迪發現

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