自從ModelS上市以來(lái)，似乎已經(jīng)被拆解無(wú)數(shù)遍了，這也從一個(gè)側(cè)面印證了特斯拉(Tesla)在電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)初期的標(biāo)桿地位。

一、動(dòng)力總成構(gòu)成：

ModelS動(dòng)力總成主要分為這幾部分：動(dòng)力電池系統(tǒng)ESS、交流感應(yīng)電機(jī)DriveUnit、車(chē)載充電機(jī)Charger、高壓配電盒HVJunctionBox、加熱器PTCheater、空調(diào)壓縮機(jī)A/Ccompressor和直流轉(zhuǎn)換器DCDC。

ModelS采用三相交流感應(yīng)電機(jī)，并且將電機(jī)控制器、電機(jī)、以及傳動(dòng)箱集成于一體。尤其是將電機(jī)控制器也封裝成圓柱形，與電機(jī)互相對(duì)應(yīng)，看上去像是雙電機(jī)。從設(shè)計(jì)上來(lái)看集成度高、對(duì)稱美觀。中間的傳動(dòng)箱采用了固定速比(9.73:1)方案。85KWh版本電機(jī)峰值功率270KW，扭矩440Nm。

充電系統(tǒng)支持三種充電方式：

1.超級(jí)充電樁DC快充

超級(jí)充電樁可直接輸出120KW對(duì)ESS進(jìn)行充電，一個(gè)小時(shí)以內(nèi)能充滿。

2.高功率壁掛充電

在后排座椅下面有兩個(gè)車(chē)載充電器，一主一從。主充電器屬于默認(rèn)開(kāi)放使用，功率10KW，差不多8小時(shí)能充滿。slave充電器的硬件雖然已經(jīng)安裝在車(chē)上了，但需要額外支付1.8萬(wàn)才能激活，可使充電能力翻倍。這種硬件早已配置好，之后通過(guò)license收費(fèi)的方式和IBM的服務(wù)器如出一轍。目前Tesla已經(jīng)把這個(gè)策略用在了動(dòng)力電池上，60版本上實(shí)際裝了70多度電，預(yù)留的那部分容量剛好避免滿充滿放，有助于延長(zhǎng)電池壽命,因此入手低配版也是一個(gè)有性價(jià)比的選擇。

3.220V家用插座充電

充電功率3kw左右，充滿電大概30個(gè)小時(shí)。把充電器放在車(chē)上，即使到了完全沒(méi)有充電基礎(chǔ)設(shè)施的地方也能利用普通家用插頭充上電。

熱管理部分有意思的地方在于ModelS用一個(gè)四通轉(zhuǎn)換閥實(shí)現(xiàn)了冷卻系統(tǒng)的串并聯(lián)切換。其目的我分析主要是根據(jù)工況選擇最優(yōu)熱管理方式。當(dāng)電池在低溫狀態(tài)下需要加熱時(shí)，電機(jī)冷卻回路與電池冷卻回路串聯(lián)，從而使電機(jī)為電池加熱。當(dāng)動(dòng)力電池處于高溫時(shí)，電機(jī)冷卻回路與電池冷卻回路并聯(lián)，兩套冷卻系統(tǒng)獨(dú)立散熱。這樣的熱管理方式還是比較巧妙的。

二、電池PACK

先看一下未拆解前的電池包(PACK)，對(duì)外一共有3組接口。分別是低壓接口、高壓接口、冷卻接口，并且全部采用了快插式方案。說(shuō)明Tesla在設(shè)計(jì)電池組系統(tǒng)的時(shí)候充分考慮了換電模式的技術(shù)要求，即便現(xiàn)在很少有換電的需求但這個(gè)基因始終保留了下來(lái)。高壓接插器中較粗的Pin一方面起到了定位的作用，同時(shí)也是接地點(diǎn)，較細(xì)的Pin用于實(shí)現(xiàn)高壓互鎖功能。

PACK前部頂面上設(shè)計(jì)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(shù)量級(jí)差，讓氣體分子通過(guò)，而液體、灰塵無(wú)法通過(guò)，從而實(shí)現(xiàn)防水透氣的目的，避免水蒸氣在PACK內(nèi)部凝結(jié)。

PACK上部用了非常多的固定螺絲，因此白色的絕緣墊通過(guò)膠粘在了PACK上，除了起到了絕緣防火的作用以外，還可以起到一定的防水的作用。PACK的上蓋是死死用膠粘住的，即使卸了所有螺絲依然無(wú)法打開(kāi)。記得在14年的炎炎夏日里我們七八個(gè)人“生掰硬撬”一小時(shí)才得以破壞性的扒開(kāi)。當(dāng)時(shí)覺(jué)得Tesla在設(shè)計(jì)的時(shí)候一定是抱著破釜沉舟的考慮，根本沒(méi)打算之后的維修，所以PACK上自然也沒(méi)有手動(dòng)維修開(kāi)關(guān)，僅僅留了一個(gè)保險(xiǎn)絲更換口。

Tesla下托盤(pán)以鋁合金型材作為主要承載框型骨架，骨架底部焊接整塊鋁板。拆解的是一款85KWH高配版，最右側(cè)多堆疊了兩個(gè)模塊(Module)。PACK兩側(cè)布置了大量防爆閥(共85個(gè))。在拆解的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)PACK里總是用零散的絕緣板將高壓器件隔開(kāi)，而固定絕緣板的方式通常是膠水，像是用狗皮膏藥把PACK里面打滿了補(bǔ)丁，很難想象在這樣復(fù)雜工藝在量產(chǎn)過(guò)程中是如何進(jìn)行的。猜測(cè)是在設(shè)計(jì)之初考慮的不充分導(dǎo)致了后續(xù)只能無(wú)奈的通過(guò)打補(bǔ)丁的方式進(jìn)行了。

電池管理系統(tǒng)(BMS)在PACK內(nèi)部幾乎是完全裸露的，也許是為了減輕重量吧，但也帶來(lái)一定的風(fēng)險(xiǎn)。

Module之間的水冷系統(tǒng)采用的是并聯(lián)結(jié)構(gòu)而不是互相串聯(lián)，其目的在于確保了流進(jìn)每個(gè)Module的冷卻液有著相近的溫度。

Module之間的高壓電氣連接采用左右交錯(cuò)的排布方式，而不是從PACK尾部到頂部，再?gòu)捻敳炕氐轿膊窟@種比較簡(jiǎn)單的連接方式。猜測(cè)是為了防止形成大電流回環(huán)從而產(chǎn)生較強(qiáng)輻射干擾。

電流采樣僅僅采用了一個(gè)ISAscale工業(yè)級(jí)的Shunt，通過(guò)SPI總線與BMU進(jìn)行通信。此前對(duì)標(biāo)榮威E50上A123動(dòng)力電池的解決方案，其采用了shunt和Hall雙備份的措施。畢竟電流值在ESS系統(tǒng)中是一個(gè)極其關(guān)鍵的參數(shù)。

三、電池Module

由于選用了NCA的電芯，在能量密度上Tesla可謂是遙遙領(lǐng)先，Pack的能量密度比很多車(chē)型的Cell都高出一截。下圖是高配和低配在module上的差異，低配module每并少了10顆cells，串聯(lián)數(shù)量都是6串，因此對(duì)于電池管理而言并沒(méi)有太大差異。從匯流板可以看出與Busbar相連的部分顏色明顯不同，此處是在表面進(jìn)行了鍍鎳處理，防止氧化。

Module熱交換設(shè)計(jì)上由于Tesla選擇了18650電池必然導(dǎo)致了Coolantpipe必須設(shè)計(jì)得異常復(fù)雜，并且電池是用膠水牢牢固定于Module中，完全不具備維修和梯次利用的可能。而選用方形電池的I3和Volt更便于電芯和冷卻系統(tǒng)的集成。

Volt在每個(gè)電芯間設(shè)計(jì)了散熱曡層，使得熱交換面積更大效果更好，推測(cè)這種方案在未來(lái)可能成為主流。

四、電池管理系統(tǒng)BMS

BMS采用主從架構(gòu)，主控制器(BMU)負(fù)責(zé)高壓、絕緣檢測(cè)、高壓互鎖、接觸器控制、對(duì)外部通信等功能。從控制器(BMB)負(fù)責(zé)單體電壓、溫度檢測(cè)，并上報(bào)BMU。

BMU具備主副雙MCU設(shè)計(jì)，副MCU可檢測(cè)主MCU工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)其失效可獲取控制權(quán)限。比較幽默的是BMU上居然有一個(gè)手動(dòng)reset的按鈕，剛看到的時(shí)候簡(jiǎn)直不敢相信這是汽車(chē)產(chǎn)品級(jí)ECU，更像是是個(gè)電腦主板。而且把過(guò)強(qiáng)電電流的預(yù)充電接觸器直接放在了BMU上也是一個(gè)大膽的設(shè)計(jì)。

下圖是Tesla、BMWi3、A123三家的模塊監(jiān)控BMB的對(duì)比。具體參數(shù)如下：

傳說(shuō)中Tesla檢測(cè)了7000多節(jié)的電池電壓，其實(shí)只是將74節(jié)電池并聯(lián)檢測(cè)一個(gè)點(diǎn)，傳說(shuō)監(jiān)控了每個(gè)單體的溫度，其實(shí)444節(jié)電池僅有兩個(gè)溫度探測(cè)點(diǎn)。傳說(shuō)中能均衡住每一節(jié)電池，實(shí)際上均衡電流僅0.1A，對(duì)于230Ah的電池來(lái)說(shuō)杯水車(chē)薪。尤其是在電壓監(jiān)控冗余設(shè)計(jì)上，BMW(preh)采用了LT6801，A123采用IC8進(jìn)行了硬件比較，一旦MCU失效或者通信異常時(shí)可以直接在硬件上觸發(fā)報(bào)警。相比之下Tesla設(shè)計(jì)得更簡(jiǎn)單。尤其是采用了UART通信而不是CAN，更像是IT公司的解決方案。

五、單體電池Cell

從松下提供的Spec上看在0.5C充/1C放(100%DOD)的條件下500cycle后容量降至BOL狀態(tài)時(shí)的68%，衰減比較嚴(yán)重。

同樣是1C/1C充放150cycle的實(shí)驗(yàn)，上圖I3和ModelS電池的比較。上面幾張循環(huán)壽命數(shù)據(jù)很好的說(shuō)明了為什么ModelS突破性的在乘用車(chē)內(nèi)裝進(jìn)了85kwh這么巨大的電池。因?yàn)?a href="http://www.jydy88.com/keywords/sx18650/" style="color:#a98326">松下18650電池在1C左右的倍率下循環(huán)壽命很差。所以必須將通過(guò)高容量以降低同等工況下的倍率，保證更久的循環(huán)壽命;同時(shí)大容量的電池也確保了車(chē)輛在全生命周期里循環(huán)次數(shù)足夠少。按百公里電耗20KWH計(jì)算，20萬(wàn)公里對(duì)于85KWH的PACK而言也不過(guò)只有470cycle。

隨著更多的電池企業(yè)針對(duì)汽車(chē)領(lǐng)域定制電池的標(biāo)準(zhǔn)化和批量化，18650電池所具備的低成本和高一致性的優(yōu)勢(shì)將迅速消失，即使Tesla一度希望通過(guò)開(kāi)放專(zhuān)利的方式拉攏技術(shù)路線站隊(duì)，但看似并不成功。開(kāi)放專(zhuān)利噱頭和宣傳效果大于實(shí)際意義。

不過(guò)在那個(gè)電動(dòng)汽車(chē)供應(yīng)鏈還不成熟的年代，Tesla幾乎是憑著極佳的技術(shù)集成思路硬是在各種非汽車(chē)級(jí)選型中“湊”出了一輛跨時(shí)代意義的產(chǎn)品。所以硬要說(shuō)Tesla在動(dòng)力電池上比傳統(tǒng)車(chē)企做得好，倒不如說(shuō)Tesla做了他們不敢做的事;傳統(tǒng)車(chē)企完善的供應(yīng)鏈體系、長(zhǎng)期積累的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、龐大的市場(chǎng)占有量這幾個(gè)方面就推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)這件事上看反而成了包袱。Tesla可以毫無(wú)負(fù)擔(dān)放棄汽車(chē)供應(yīng)鏈在工業(yè)級(jí)產(chǎn)品中選型，可以暫時(shí)將Autosar、ISO26262等放一放，可以不用像傳統(tǒng)車(chē)企一樣擔(dān)心在電動(dòng)車(chē)技術(shù)走得太激進(jìn)，導(dǎo)致出了起火事、失控等事故而影響傳統(tǒng)車(chē)型的銷(xiāo)量。但此后Tesla和傳統(tǒng)車(chē)企競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)依然是這套歷史條件制約下的解決方案么?我想肯定不是。

一旦從工程師的立場(chǎng)去看產(chǎn)品，往往能揭穿企業(yè)想要營(yíng)造出的完美。畢竟產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過(guò)程必然是一個(gè)妥協(xié)和取舍的過(guò)程，而企業(yè)在產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)上往往試圖用”不妥協(xié)“、”不將就“之類(lèi)的概念(比如國(guó)內(nèi)的某些手機(jī)公司)，與設(shè)計(jì)的本質(zhì)相違背。但當(dāng)自己是一個(gè)消費(fèi)者的時(shí)候，Tesla依然對(duì)我有著極強(qiáng)的吸引力，其吸引力的來(lái)源根本不在于運(yùn)用了先進(jìn)或是落后的技術(shù);而是凌駕于技術(shù)堆疊和性能參數(shù)之上的產(chǎn)品氣質(zhì)，這個(gè)氣質(zhì)是眾多人想要而其他車(chē)型無(wú)法給予的感受，我想這是Tesla最成功的地方吧。