TESLA的三級電池管理系統 造就世界第一電動跑車

TESLA的三級電池管理系統造就世界第一電動跑車10月27日澳洲當地舉辦的第10屆GlobalGreenChallenge全球綠能大挑戰(zhàn)，在車事環(huán)保挑戰(zhàn)賽當中，一臺TeslaRoadster以單次充電的前提，創(chuàng)造501公里之航行距離，打破了世界量產電動車紀錄。寫下此紀錄的駕駛SimonHackett,即為此臺耀眼紅色TeslaRoadster的擁有者。2004年2月，經過兩個小時的面談，穆斯克同意向Tesla公司投資630萬美元。他將擔任該公司的董事長，艾伯哈德則是CEO。當然迄今為止，穆斯克向TESLA的投資已經超過了5000萬美金，除此之外，他還趕走了艾伯哈德，這是后話。從某種程度來看，這對搭檔選擇的時機恰到好處。Tesla公司生產汽車時，適逢汽油價格以及人們對全球變暖的擔心都達到了前所未有的高點。所有將電動汽車計劃束之高閣的汽車生產商都重又啟動了這些項目。日產（Nissan）、三菱（Mitsubishi）、戴姆勒（Daimler）、斯巴魯（Subaru）及FiskerAutomotive等規(guī)模相對較小的公司均全力以赴開發(fā)新車型一其中有些是全電動汽車，還有一些則超出了電動汽車的范圍一但是，這些汽車全都得到2009年至2013年才能面市。通用汽車的鮑伯盧茨（BobLutz）甚至把本公司重新啟動該計劃歸功于Tesla?！叭绻患夜韫鹊男屡d公司能夠解決這個復雜的難題，”他對《新聞周刊》（Newsweek）說，“那么就沒有什么人可以跟我說它是不可行的?！敝链?，Tesla公司有了資金、商業(yè)計劃書，甚至還有了汽車底盤。第一輛被命名為Roadster的Tesla汽車車型將在蓮花公司（Lotus）的Elise跑車基礎上完成，這款售價4.5萬美元的跑車以玻璃纖維做車身。蓮花公司生產速度快、重量輕的汽車，除此之外它還有一個優(yōu)點，即它是唯 家把Tesla放在眼里的跑車生產商。當艾伯哈德因為生產Roadster的計劃得到落實而興奮不已時，穆斯克卻有了更宏偉的想法，他想打造第二個通用汽車?！钡荰esla的研發(fā)卻是坎坷不斷，叢汽油車轉入純電動車并非一般人所想象的那樣簡單，電池包的冷卻系統就是一個極大的問題，TeslaRoadster的電池采購自日本三洋，這是世界上最早生產鋰離子電池的公司之一，但是盡管如此，仍然沒有人敢保證這些電池會不出問題，在2006年，索尼產的筆記本電腦用鋰離子電池發(fā)生了爆炸事件，全球召回數百萬塊。要知道每個筆記本電腦的電池僅包括數節(jié)鋰電池單元，而每輛TeslaRoadster的電池包包括6831節(jié)18650型鋰電池，如此巨大數目的電池一旦使用不當，將會發(fā)生災難性的后果。筆記本電腦著火了是燒不死人也電不死人的，但是對于Tesla的電池包而言就完全不同了，能買得起TeslaRoadster的人都是非富既貴，也就是說，Tesla不能出一丁點的差錯。數百名工程人員數年的努力最終得到了回報，他們研制出了一個巨大的電池包（見下圖），它具有世界上最先進的電池管理系統，液體冷卻系統，主動和被動安全設施，除了電池之外，這套系統的價格本身已經相當高昂（傳言高于20000美金）。

整個電池包重450kg,儲能53kWh,電壓375V。可以使得TeslaRoadster續(xù)航300km,百公里加速僅需3.9秒。與現在電動車電池的主流趨勢不同，TeslaRoadster乃是唯——家直接采用18650型鋰離子電池的公司，簡單的說，Tesla采用的就是家用筆記本電腦中的鋰電池，只不過Tesla需要6831節(jié)18650型鋰電池。普通家用筆記本電腦只要7?8節(jié)。目前的電動汽車主流電池開發(fā)商均在開發(fā)和嘗試使用較大的電池，而Tesla偏偏選擇了最傳統的容量僅為2Ah左右的18650型電池，這也是有原因的，首先，Tesla選擇的是業(yè)界最著名的日本Sanyo的電池，在電池的一致性上做到了最好，其次，傳統的18650型鋰離子電池已經有十幾年的生產歷史，屬于比較成熟的技術，而目前許多剛剛開發(fā)出來的大容量方型電池，僅僅屬于實驗型產品，并未有過量產經驗，并不能達到成熟階段，這樣，在工業(yè)積累上而言，Tesla選擇了比較成熟的產品而非新開發(fā)的產品，最后，18650型容量較小，一旦某一節(jié)或幾節(jié)單電池起火爆炸，也不至于造成多么嚴重的后果，而如果是容量很大的電池，一節(jié)電池出問題就有可能造成嚴重后果。當然，Tesla的選擇也需要付出相應的代價，6831節(jié)電池想要完美的進行管理幾乎是一個不可能完成的任務，但是Tesla最終還是基本上做到了，Tesla采用的策略也是非常獨特，采用分層次管理的辦法：69節(jié)電池構成一個Brick，每個Brick中的電池全部并聯9個Brick構成一個Sheet,每個Sheet中的9個Brick串聯11個Sheet再串聯，構成整個電池包可以計算一下：69x9x11=6831，正好。整個電池包的輸出電壓為375V。電池包中，Sheet是最小的可以更換的單元，也就是說，如果某節(jié)電池出問題需要更換，只能將包含這節(jié)電池的Sheet進行更換。但是僅僅有這些層次還不夠，對于每一個層次都要進行監(jiān)控，于是：每個18650電池單元的兩段均設置有保險絲，一旦電池過熱或者電流過大則立刻融斷，斷開輸出。每個Brick的兩端均設置有保險絲，一旦Brick電流輸出過大則立刻融斷。每個Sheet的兩端同樣設置有保險絲，一旦Sheet電流過大則立刻融斷。僅僅有保險絲還是不夠，于是：在每個Sheet的層面上，均設置有BMB(BatteryMonitorboard)即電池監(jiān)控板，用以監(jiān)控Sheet內的每個Brick的電壓，溫度以及整個Sheet的輸出電壓。在這個電池包的層面上，設置有BSM(BatterySystemMonitor),用以監(jiān)控整個電池包的工作環(huán)境。包括電池包的電流，電壓，溫度，濕度，方位，煙霧等。在整車層面，設置有VSM(VehicleSystemMonitor)用以監(jiān)控BSM69節(jié)電池構成一個Brick，每個Brick中的電池全部并聯9個Brick構成一個Sheet,每個Sheet中的9個Brick串聯11個Sheet再串聯，構成整個電池包特斯拉汽車公司在其主頁上登載的白皮書中，明確解釋了在TeslaRoadster上采用消費類產品用18650型鋰離子電池的理由。其理由如下：過去15年多的時間里消費類產品所積累的先進技術能夠應用于車載電池領域。消費類產品可在推動需求、降低成本的同時提高能源密度