Tesla是目前最為(wèi)成功的電(diàn)動汽車(chē)品牌，這不僅體(tǐ)現在他們定位高(gāo)端上(shàng)，同時(shí)在車(chē)輛(liàng)的續航及加速性能上(shàng)都表現得(de)極為(wèi)優秀，而這兩點則都離不開(kāi)它的電(diàn)源管理(lǐ)系統。就拿(ná)Tesla Model S來(lái)說，這輛(liàng)車(chē)共使用了7104塊18650電(diàn)芯，協同管理(lǐ)這麽多(duō)電(diàn)芯是一項巨大(dà)的工程。鑒于這一原因所以這款車(chē)從上(shàng)市以來(lái)就吸引了衆多(duō)的愛(ài)好者拆解研究，企圖挖掘其電(diàn)源管理(lǐ)的秘密，下面惟尚就和(hé)大(dà)家(jiā)一起分享這篇來(lái)自于雷鋒網的文章，詳細了解下Tesla的電(diàn)源管理(lǐ)技(jì)術(shù)。
（Tesla Motors，Via：tocks.org）
動力總成構成
Model S動力總成主要分以下幾部分：
1. 動力電(diàn)池系統ESS
2. 交流感應電(diàn)機Drive Unit
3. 車(chē)載充電(diàn)機Charger
4. 高(gāo)壓配電(diàn)盒 HV Junction Box
5. 加熱器(qì) PTC heater
6. 空(kōng)調壓縮機 A/C compressor
7. 直流轉換器(qì)DCDC
Model S采用三相交流感應電(diàn)機，并且将電(diàn)機控制(zhì)器(qì)、電(diàn)機、以及傳動箱集成與一體(tǐ)。尤其是将電(diàn)機控制(zhì)器(qì)也封裝成圓柱形，與電(diàn)機互相對應，看上(shàng)去像是雙電(diàn)機。從設計(jì) 上(shàng)來(lái)看集成度高(gāo)、對稱美觀。中間(jiān)的傳動箱采用了固定速比（9.73：1）方案。85KWh版本電(diàn)機峰值功率270KW，扭矩440Nm。
充電(diàn)系統支持三種充電(diàn)方式：
1、超級充電(diàn)樁DC快充
超級充電(diàn)樁可(kě)直接輸出120KW對ESS進行(xíng)充電(diàn)，一個(gè)小(xiǎo)時(shí)以內(nèi)能充滿。
2、高(gāo)功率壁挂充電(diàn)
在後排座椅下面有(yǒu)兩個(gè)車(chē)載充電(diàn)器(qì)，一主一從。主充電(diàn)器(qì)屬于默認開(kāi)放使用，功率10KW，差不多(duō)8小(xiǎo)時(shí)能充滿。slave充電(diàn)器(qì)的硬件雖然已經安裝在車(chē)上(shàng) 了，但(dàn)需要額外支付1.8萬才能激活，可(kě)使充電(diàn)能力翻倍。這種硬件早已配置好，之後通(tōng)過license收費的方式和(hé)IBM的服務器(qì)如出一轍。目前 Tesla已經把這個(gè)策略用在了動力電(diàn)池上(shàng)，60版本上(shàng)實際裝了70多(duō)度電(diàn)，預留的那(nà)部分容量剛好避免滿充滿放，有(yǒu)助于延長電(diàn)池壽命，因此入手低(dī)配版也是 一個(gè)有(yǒu)性價比的選擇。
3、220V家(jiā)用插座充電(diàn)
充電(diàn)功率3kw左右，充滿電(diàn)大(dà)概30個(gè)小(xiǎo)時(shí)。把充電(diàn)器(qì)放在車(chē)上(shàng)，即使到了完全沒有(yǒu)充電(diàn)基礎設施的地方也能利用普通(tōng)家(jiā)用插頭充上(shàng)電(diàn)。
熱管理(lǐ)部分有(yǒu)意思的地方在于Model S用一個(gè)四通(tōng)轉換閥實現了冷卻系統的串并聯切換。其目的我分析主要是根據工況選擇最優熱管理(lǐ)方式。當電(diàn)池在低(dī)溫狀态下需要加熱時(shí)，電(diàn)機冷卻回路與電(diàn)池冷卻 回路串聯，從而使電(diàn)機為(wèi)電(diàn)池加熱。當動力電(diàn)池處于高(gāo)溫時(shí)，電(diàn)機冷卻回路與電(diàn)池冷卻回路并聯，兩套冷卻系統獨立散熱。這樣的熱管理(lǐ)方式還(hái)是比較巧妙的。
電(diàn)池PACK
先看一下未拆解前的PACK，對外一共有(yǒu)3組接口。分别是低(dī)壓接口、高(gāo)壓接口、 冷卻接口，并且全部采用了快插式方案。說明(míng)Tesla在設計(jì)電(diàn)池組系統的時(shí)候充分考慮了換電(diàn)模式的技(jì)術(shù)要求，即便現在很(hěn)少(shǎo)有(yǒu)換電(diàn)的需求但(dàn)這個(gè)基因始終保留 了下來(lái)。高(gāo)壓接插器(qì)中較粗的Pin一方面起到了定位的作(zuò)用，同時(shí)也是接地點，較細的Pin用于實現高(gāo)壓互鎖功能。
PACK前部頂面上(shàng)設計(jì)了防水(shuǐ)透氣閥，利用氣體(tǐ)分子與液體(tǐ)及灰塵顆粒的體(tǐ)積大(dà)小(xiǎo)數(shù)量級差，讓氣體(tǐ)分子通(tōng)過，而液體(tǐ)、灰塵無法通(tōng)過，從而實現防水(shuǐ)透氣的目的，避免水(shuǐ)蒸氣在PACK內(nèi)部凝結。
PACK上(shàng)部用了非常多(duō)的固定螺絲，因此白色的絕緣墊通(tōng)過膠粘在了Pack上(shàng)，除了起到了絕緣防火(huǒ)的作(zuò)用以外，還(hái)可(kě)以起到一定的防水(shuǐ)的作(zuò)用。PACK的 上(shàng)蓋是死死用膠粘住的，即使卸了所有(yǒu)螺絲依然無法打開(kāi)。記得(de)在14年的炎炎夏日裏我們七八個(gè)人(rén)“生(shēng)掰硬撬”一小(xiǎo)時(shí)才得(de)以破壞性的扒開(kāi)。當時(shí)覺得(de)Tesla 在設計(jì)的時(shí)候一定是抱着破斧沉舟的理(lǐ)念，根本沒打算(suàn)之後的維修，所以PACK上(shàng)自然也沒有(yǒu)手動維修開(kāi)關，僅僅留了一個(gè)保險絲更換口。
Tesla下托盤以鋁合金型材作(zuò)為(wèi)主要承載框型骨架，骨架底部焊接整塊鋁闆。 拆解的是一款85KWH高(gāo)配版，最右側多(duō)堆疊了兩個(gè)Module。PACK兩側布置了大(dà)量防爆閥（共85個(gè)）。在拆解的過程中發現PACK裏總是用零散的 絕緣闆将高(gāo)壓器(qì)件隔開(kāi)，而固定絕緣闆的方式通(tōng)常是膠水(shuǐ)，像是用狗皮膏藥把PACK裏面打滿了補丁，很(hěn)難想象在這樣複雜工藝在量産過程中是如何進行(xíng)的。猜測 是在設計(jì)之初考慮的不充分導緻了後續隻能無奈的通(tōng)過打補丁的方式進行(xíng)了。
BMS在PACK內(nèi)部幾乎是完全裸露的，也許是為(wèi)了減輕重量吧(ba)，但(dàn)也帶來(lái)一定的風險。
Module之間(jiān)的水(shuǐ)冷系統采用的是并聯結構而不是互相串聯，其目的在于确保了流進每個(gè)Module的冷卻液有(yǒu)着相近的溫度。
Module之間(jiān)的高(gāo)壓電(diàn)氣連接采用左右交錯的排布方式，而不是從PACK尾部到頂部，再從頂部回到尾部這種比較簡單的連接方式。猜測是為(wèi)了防止形成大(dà)電(diàn)流回環從而産生(shēng)較強輻射幹擾。
電(diàn)流采樣僅僅采用了一個(gè)ISAscale工業級的Shunt，通(tōng)過SPI總線與BMU進行(xíng)通(tōng)信。此前對标榮威E50上(shàng)A123動力電(diàn)池的解決方案，其采用了shunt和(hé)Hall雙備份的措施。畢竟電(diàn)流值在ESS系統中是一個(gè)極其關鍵的參數(shù)。
電(diàn)池Module
由于選用了NCA的電(diàn)芯，在能量密度上(shàng)Tesla可(kě)謂是遙遙領先，Pack的能量密度比很(hěn)多(duō)車(chē)型的Cell都高(gāo)出一截。下圖是高(gāo)配和(hé)低(dī)配在module 上(shàng)的差異，低(dī)配module每并少(shǎo)了10顆cells，串聯數(shù)量都是6串，因此對于電(diàn)池管理(lǐ)而言并沒有(yǒu)太大(dà)差異。從彙流闆可(kě)以看出與Busbar相連的部 分顔色明(míng)顯不同，此處是在表面進行(xíng)了鍍鎳處理(lǐ)，防止氧化。
Module熱交換設計(jì)上(shàng)由于Tesla選擇了18650電(diàn)池必然導緻了Coolant pipe必須設計(jì)得(de)異常複雜，并且電(diàn)池是用膠水(shuǐ)牢牢固定于Module中，完全不具備維修和(hé)梯次利用的可(kě)能。而選用方形電(diàn)池的I3和(hé)Volt更便于電(diàn)芯和(hé)冷卻系統的集成。
Volt在每個(gè)電(diàn)芯間(jiān)設計(jì)了散熱曡層，使得(de)熱交換面積更大(dà)效果更好，推測這種方案在未來(lái)可(kě)能成為(wèi)主流。
電(diàn)池管理(lǐ)系統BMS
BMS采用主從架構，主控制(zhì)器(qì)（BMU）負責高(gāo)壓、絕緣檢測、高(gāo)壓互鎖、接觸器(qì)控制(zhì)、對外部通(tōng)信等功能。從控制(zhì)器(qì)（BMB）負責單體(tǐ)電(diàn)壓、溫度檢測，并上(shàng)報BMU。
BMU具備主副雙MCU設計(jì)，副MCU可(kě)檢測主MCU工作(zuò)狀态，一旦發現其失效可(kě)獲取控制(zhì)權限。比較幽默的是BMU上(shàng)居然有(yǒu)一個(gè)手動reset的按鈕， 剛看到的時(shí)候簡直不敢相信這是汽車(chē)産品級ECU，更像是是個(gè)電(diàn)腦(nǎo)主闆。而且把過強電(diàn)電(diàn)流的預充電(diàn)接觸器(qì)直接放在了BMU上(shàng)也是一個(gè)大(dà)膽的設計(jì)。
下圖是Tesla、BMW i3、A123三家(jiā)的模塊監控BMB的對比。具體(tǐ)參數(shù)如下：
傳說中Tesla檢測了7000多(duō)節的電(diàn)池電(diàn)壓，其實隻是将74節電(diàn)池并聯檢測一個(gè)點，傳說監控了每個(gè)單體(tǐ)的溫度，其實444節電(diàn)池僅有(yǒu)兩個(gè)溫度探測 點。傳說能均衡住每一節電(diàn)池，實際上(shàng)均衡電(diàn)流僅0.1A，對于230Ah的電(diàn)池來(lái)說杯水(shuǐ)車(chē)薪。尤其是在電(diàn)壓監控冗餘設計(jì)上(shàng)，BMW(preh)采用了 LT6801，A123采用IC8進行(xíng)了硬件比較，一旦MCU失效或者通(tōng)信異常時(shí)可(kě)以直接在硬件上(shàng)觸發報警。相比之下Tesla設計(jì)得(de)更簡單。尤其是采用 了UART通(tōng)信而不是CAN，更像是IT公司的解決方案。
單體(tǐ)電(diàn)池Cell
從松下提供的Spec上(shàng)看在0.5C充/1C放（100%DOD）的條件下500cycle後容量降至BOL狀态時(shí)的68%，衰減比較嚴重。
同樣是1C/1C充放150cycle的實驗，上(shàng)圖I3和(hé)Model S電(diàn)池的比較。
上(shàng)面幾張循環壽命數(shù)據很(hěn)好地說明(míng)了為(wèi)什麽Model S突破性地在乘用車(chē)內(nèi)裝進了85kwh這麽巨大(dà)的電(diàn)池。因為(wèi)松下18650電(diàn)池在1C左右的倍率下循環壽命很(hěn)差。所以必須将通(tōng)過高(gāo)容量以降低(dī)同等工況下的 倍率，保證更久的循環壽命；同時(shí)大(dà)容量的電(diàn)池也确保了車(chē)輛(liàng)在全生(shēng)命周期裏循環次數(shù)足夠少(shǎo)。按百公裏電(diàn)耗20KWH計(jì)算(suàn)，20萬公裏對于85KWH的 PACK而言也不過隻有(yǒu)470cycle。
随着更多(duō)的電(diàn)池企業針對汽車(chē)領域定制(zhì)電(diàn)池的标準化和(hé)批量化，18650電(diàn)池所具備的低(dī)成本和(hé)高(gāo)一緻性的優勢将迅速消失，即使Tesla一度希望通(tōng)過開(kāi)放專利的方式拉攏技(jì)術(shù)路線站(zhàn)隊，但(dàn)看似并不成功。開(kāi)放專利噱頭和(hé)宣傳效果大(dà)于實際意義。
不過在那(nà)個(gè)電(diàn)動汽車(chē)供應鏈還(hái)不成熟的年代，Tesla幾乎是憑着極佳的技(jì)術(shù)集成思路硬是在各種非汽車(chē)級選型中”湊“出了一輛(liàng)跨時(shí)代意義的産品。
所以硬要說Tesla在動力電(diàn)池上(shàng)比傳統車(chē)企做(zuò)得(de)好，倒不如說Tesla做(zuò)了他們不敢做(zuò)的事。傳統車(chē)企完善的供應鏈體(tǐ)系、長期積累的标準規範、龐大(dà)的市場(chǎng)占有(yǒu)量這幾個(gè)方面就推動電(diàn)動汽車(chē)這件事上(shàng)看反而成了包袱。
Tesla可(kě)以毫無負擔放棄汽車(chē)供應鏈在工業級産品中選型，可(kě)以暫時(shí)将Autosar、ISO26262等放一放，可(kě)以不用像傳統車(chē)企一樣擔心在電(diàn)動車(chē)技(jì)術(shù)走得(de)太激進，導緻出了起火(huǒ)事、失控等事故而影(yǐng)響傳統車(chē)型的銷量。但(dàn)此後Tesla和(hé)傳統車(chē)企競争優勢依然是這套曆史條件制(zhì)約下的解決方案麽？我想肯定不是。
那(nà)Tesla的核心競争力應該是什麽呢？電(diàn)池管理(lǐ)軟件算(suàn)法。
Tesla的核心優勢在于基礎技(jì)術(shù)
個(gè)人(rén)認為(wèi)電(diàn)池管理(lǐ)技(jì)術(shù)并非Tesla的核心優勢，而是基礎技(jì)術(shù)。如同1983年apple推出的Lisa PC的核心技(jì)術(shù)也絕不在于使用了鼠标，2001年的ipod核心技(jì)術(shù)不在于1.8寸硬盤。
2014年國內(nèi)第一批Tesla上(shàng)市時(shí)有(yǒu)幸參與了Model S拆解，主要負責了ESS部分的Benchmark。不得(de)不說當完成該項目時(shí)，心中對于Tesla的神秘光環和(hé)傳奇色彩褪色不少(shǎo)。如同美軍繳獲第一架米格 25戰鬥機，激動得(de)想一探其強勁性能的究竟，結果并未發現在基礎技(jì)術(shù)上(shàng)有(yǒu)明(míng)顯颠覆性的突破。可(kě)以說Tesla單就每一項細節技(jì)術(shù)而言并非高(gāo)人(rén)一等，甚至某 些(xiē)部分的設計(jì)略顯草率（比如ESS系統的低(dī)集成化造成制(zhì)造工藝和(hé)後期維修的難度、較多(duō)非汽車(chē)級零部件及方案應用帶來(lái)的風險等），但(dàn)将所有(yǒu)在工程師(shī)眼中并不 完美的子部件集成在一起之後，依然呼之欲出了一款驚豔的産品。
Tesla的成就更多(duō)是在産品定義上(shàng)的準确把握而非技(jì)術(shù)上(shàng)的核心優勢。為(wèi)什麽既擁有(yǒu)強大(dà)整車(chē)制(zhì)造能力又具備锂電(diàn)池技(jì)術(shù)的日本沒有(yǒu)出現高(gāo)性能的電(diàn)動車(chē)？
因為(wèi)在當時(shí)（即便是現在也可(kě)能如此）他們根本不認為(wèi)這樣的産品是足夠安全的、價格是能讓人(rén)接受的。為(wèi)什麽即便在已經證明(míng)了Tesla的市場(chǎng)價值後，德國 車(chē)企在電(diàn)動汽車(chē)的推進上(shàng)依然不緊不慢，因為(wèi)拿(ná)他們的技(jì)術(shù)标準去套Tesla的産品，無論是設計(jì)選型還(hái)是制(zhì)造工藝根本就不成熟。作(zuò)為(wèi)嶄新的汽車(chē)公司，不擁有(yǒu) 長期的knowhow積累可(kě)能撞上(shàng)前人(rén)早已知道(dào)應該躲避的暗礁，但(dàn)同時(shí)也有(yǒu)可(kě)能因為(wèi)卸下各種限制(zhì)的包袱而第一個(gè)發現新的大(dà)陸。
目前汽車(chē) 行(xíng)業已經有(yǒu)越來(lái)越多(duō)的新進入者加入，可(kě)以拿(ná)過去10年手機行(xíng)業的變遷作(zuò)為(wèi)參照，期間(jiān)諾基亞的衰弱，蘋果、谷歌(gē)的崛起不僅僅是企業實力的競争，更是通(tōng)信産業 鏈和(hé)計(jì)算(suàn)機軟件産業鏈争奪手機屬性的競争。如果手機還(hái)是通(tōng)信技(jì)術(shù)推動的産品，那(nà)蘋果、谷歌(gē)不一定是諾基亞的對手，而當手機成為(wèi)計(jì)算(suàn)機和(hé)軟件業推動的産品， 那(nà)為(wèi)諾基亞編寫App、為(wèi)手機與PC充分互通(tōng)的供應鏈與蘋果、谷歌(gē)相比自然不在一個(gè)數(shù)量級，又如何有(yǒu)勝算(suàn)呢。
同理(lǐ)我們試想未來(lái)的汽車(chē)的 屬性會(huì)是什麽？是操控性能卓越的交通(tōng)工具，還(hái)是能載人(rén)移動的智慧機器(qì)人(rén)？這個(gè)屬性的定義将決定是傳統車(chē)企在未來(lái)生(shēng)産、制(zhì)造、銷售中是否依舊(jiù)占據供應鏈優 勢，還(hái)是以人(rén)工智能、雲計(jì)算(suàn)技(jì)術(shù)為(wèi)核心業務的高(gāo)科技(jì)公司在未來(lái)産業供應鏈結構中占到更大(dà)的比重。
因此Tesla在動力電(diàn)池領域的技(jì)術(shù)較傳統車(chē)企而言，不但(dàn)不是優勢，在未來(lái)反而可(kě)能成為(wèi)劣勢。反倒是無人(rén)駕駛是其救命的稻草。
寫在後面
一旦從工程師(shī)的立場(chǎng)去看産品，往往能揭穿企業想要營造出的完美。畢竟産品設計(jì)的過程必然是一個(gè)妥協和(hé)取舍的過程，而企業在産品營銷上(shàng)往往試圖用”不妥協“”不将就“之類的概念（比如國內(nèi)的某些(xiē)手機公司），與設計(jì)的本質相違背。
但(dàn)當自己是一個(gè)消費者的時(shí)候，Tesla依然對我有(yǒu)着極強的吸引力。其吸引力的來(lái)源根本不在于運用了先進或是落後的技(jì)術(shù)，而是淩駕于技(jì)術(shù)堆疊和(hé)性能參數(shù)之上(shàng)的産品氣質，這個(gè)氣質是衆多(duō)人(rén)想要而其他車(chē)型無法給予的感受，我想這是Tesla最成功的地方吧(ba)。
