特斯拉Model S鈷酸鋰電池組設(shè)計解析

　　對Tesla來說最近可謂是禍不單行：連續(xù)發(fā)生了3起起火事故，市值狂跌40億，剛剛又有3名工人受傷送醫(yī)。Elon Musk就一直忙著到處“滅火”，時而還跟公開表示對Tesla“不感冒”的喬治·克魯尼隔空喊話。在經(jīng)歷了首次盈利、電池更換技術(shù)、穿越美國、水陸兩棲車等頭條新聞后，Elon Musk最近總以各種負面消息重返頭條。這位“鋼鐵俠”CEO在2013年真是遭遇各種大起大落。

　　其中最為人關(guān)注的莫過于Model S的起火事故，而在起火事故中最核心的問題就是電池技術(shù)?？梢哉f，牽動Tesla股價起起落落的核心元素就是它的電池技術(shù)，這是投資者最關(guān)心的問題。在美國發(fā)生的兩起起火事故有著相似的情節(jié)：Model S撞擊到金屬物體后，導(dǎo)致電池起火，但火勢都被很好地控制在車頭部分。在墨西哥的事故中，主要的燃燒體也是電池。而且在3起事故中，如何把著火的電池撲滅對消防員來說都是個難題。

　這讓很多人產(chǎn)生一個疑問：Model S的電池就這么不禁撞嗎？在之前的一篇文章中筆者跟大家簡單討論了一下這個問題，但只是停留在表面。讀者現(xiàn)在都了解的是：Model S的電池位于車輛底部，采用的是松下提供的18650鈷酸鋰電池，整個電池組包含約8000塊電池單元；鈷酸鋰電池能量密度大，但穩(wěn)定性較差，為此Tesla研發(fā)了3級電源管理體系來確保電池組正常運作?，F(xiàn)在，我們找到了Tesla的一份電池技術(shù)專利，借此來透徹地了解下Model S電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計和技術(shù)特征。

　如專利圖所示，Model S的電池組位于車輛的底盤，與輪距同寬，長度略短于軸距。電池組的實際物理尺寸是：長2.7m，寬1.5m，厚度為0.1m至0.18m。其中0.18m較厚的部分是由于2個電池模塊疊加造成的。這個物理尺寸指的是電池組整體的大小，包括上下、左右、前后的包裹面板。這個電池組的結(jié)構(gòu)是一個通用設(shè)計，除了18650電池外，其他符合條件的電池也可以安裝。此外，電池組采用密封設(shè)計，與空氣隔絕，大部分用料為鋁或鋁合金?？梢哉f，電池不僅是一個能源中心，同時也是Model S底盤的一部分，其堅固的外殼能對車輛起到很好的支撐作用。

　　由于與輪距等寬，電池組的兩側(cè)分別與車輛兩側(cè)的車門檻板對接，用螺絲固定。電池組的橫斷面低于車門檻板。從正面看，相當(dāng)于車門檻板“掛著”電池組。其連接部分如下圖所示。

　電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　Model S電池組在內(nèi)部被劃分為7個區(qū)域(605)，每個區(qū)域安裝兩個電池模塊(701)，每個模塊內(nèi)置370塊電池單元。在電池組頭部還有一個突出部分(607)，其厚度也較高，這就是上文提到的0.18m的部分，安裝了兩個電池模塊，堆疊排放。這樣計算下來一共有5920塊電池單元。同時這7個區(qū)域(包括突出部分一共是8個空間)相互之間是完全隔絕的，這樣的設(shè)計有兩個優(yōu)點：一是增加了電池組整體的牢固程度，使整個底盤結(jié)構(gòu)更加堅挺；二是便于電源管理，避免某個區(qū)域的電池起火時引燃其他區(qū)域的電池(如果沒有隔離整塊電池組燃燒起來不堪設(shè)想)。此外，隔離板(601A-601H)內(nèi)部可以被填充高熔點、低熱導(dǎo)的材料(例如玻璃纖維)。

　當(dāng)然，還有另外一種填充物，那就是水，其較高的比熱容可以幫助降溫，吸收熱能。據(jù)Tesla專利說明介紹，隔離板內(nèi)部的水可以是靜態(tài)的也可以是流動的，可以直接存儲在隔離板內(nèi)部管腔，也可以被裝到特定的水袋中。如果是流動狀態(tài)，可以與電池組的冷卻系統(tǒng)連接在一起，也可以自建循環(huán)系統(tǒng)。在8根隔離板中，601D與601E兩個隔離板與其他幾根相比要更加粗壯一些。這樣的設(shè)計是為了進一步增加電池組的堅固程度，使其能夠更好地承受來自車輛側(cè)面的撞擊。

　　上圖是電池模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從中可以看出18650電池的排列方式。有的電池正極朝上，有的電池負極朝上，每個電池模塊中正極朝上與負極朝上的數(shù)量應(yīng)該是各為185塊。特別注意FIG.10這張圖，該圖展示的是拿走電池后整個電池槽的結(jié)構(gòu)。那一排排呈S型的隔離板是電池冷卻系統(tǒng)，其與電池組的熱管理系統(tǒng)相連接?？梢?，電池組內(nèi)部被劃分為7個區(qū)域，在每個電池模塊的內(nèi)部，也被劃分為了7個區(qū)域。