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剖析特斯拉电池续航440公里的真正原因

点击:1718 日期:2016-09-20 选择字号:
      在新能源汽车发展的如火如荼的今天,有新能源汽车行业之“苹果”美誉的特斯拉,百公里加速3.2秒!续航440公里!这么多品牌的纯电动汽车为何就只能在特斯拉上有如此不俗的表现?是电动机技术高超?还是电池技术先进?今天我们就一起探寻一下特斯拉纯电动汽车的电池奥秘。
      随着新能源汽车高速发展,锂电池将得到充分的发展。提到新能源汽车,就不得不说下马斯克的特斯拉了。时尚的外形、百公里加速3.2秒、续航440公里。这些都是特斯拉Model S成为人们心中纯电动汽车界的神车典范。

电动汽车电池热管理系统的重要性
      电池的热管理相关问题是决定其使用性能、安全性、寿命及使用成本的关键因素。低温度下(如低于0°C)对电池进行充电,则可能引发瞬间的电压过充现象,造成内部析锂并进而引发短路。电池局部过热,会引起连锁放热反应,最终造成冒烟、起火甚至爆炸等严重的热失控事件,威胁到车辆驾乘人员的生命安全。
      另外,锂离子电池的工作或存放温度影响其使用寿命。电池的适宜温度约在10~30°C之间,过高或过低的温度都将引起电池寿命的较快衰减。

对电动驱动汽车而言热管理系统的功能应该包括:
•在电池温度较高时进行有效散热,防止产生热失控事故;
•在电池温度较低时进行预热,提升电池温度,确保低温下的充电、放电性能和安全性;
•减小电池组内的温度差异,抑制局部热区的形成,防止高温位置处电池过快衰减,降低电池组整体寿命。


Tesla Roadster电池热管理系统
Model S使用的是松下定制的18650锂电池即普通笔记本电脑的锂电池,众多18650锂电池组成单体电池包,再由电池包组成电池组,并由16组电池组构成电池板。汽车电池热管理系统则采用的是自主研发的Roadster纯电动汽车液冷式电池热管理系统。其中每69节并联为一组(brick),再将9组串联为一层(sheet),最后串联堆叠11层构成(图-1)。电池热管理系统的冷却液为50%水与50%乙二醇混合物,这是为了避免在低温环境下工作液体结冰的情况发生。特斯拉的专利中还指出“隔离板内部的水可以是静态的也可以是流动的”(图-2)


特斯拉汽车电池,特斯拉汽车电池散热系统

(图-1:特斯拉电池拆解)

特斯拉汽车电池,特斯拉汽车电池散热系统

(图-2:冷却系统)


•图-3.(a)是一层(sheet)内部的热管理系统。冷却管道曲折布置在电池间,冷却液在管道内部流动,带走电池产生的热量;
•图-3.(b)是冷却管道的结构示意图。冷却管道内部被分成四个孔道;
•图-3.(c)所示。为了防止冷却液流动过程中温度逐渐升高,使末端散热能力不佳,热管理系统采用了双向流动的流场设计,冷却管道的两个端部既是进液口,也是出液口;

•图-3(d)所示。电池之间及电池和管道间填充电绝缘但导热性能良好的材料(如高导热环氧胶-Stycast 2850/ct)。

特斯拉汽车电池,特斯拉汽车电池散热系统

(图-3:结构解剖图)



其他品牌电动汽车的热管理系统
3.1 尼桑(日产)LEAF的热管理系统
日产汽车公司的LEAF纯电动汽车采用了少见的被动式电池组热管理系统。电池组由192节33.1 Ah的层叠式锂离子电池组成。4节单体电池采用两并两串的连接形式组成模块,48个模块串联组成电池组。电池组采用密封设计,外界不通风,内部也无液冷或空冷的热管理系统,但寒冷地区有加热选件。LEAF所采用的锂离子电池经过电极设计后降低了内部阻抗,减小了产热率,同时薄层(单体厚度7.1 mm)结构使电池内部热量不易产生积聚,因此可以不采用复杂的主动式热管理系统。电池组的寿命保证期是8年或16万公里。

 

3.2 美国通用Volt的热管理系统

通用汽车公司的Volt插电式混合动力汽车使用了288节45 Ah的层叠式锂离子电池。电池组的电气连接可等效为96片单体串联成组,3组并联。热管理系统采用了液冷式设计方案,以50%水与50%乙二醇混合物为冷却介质。单体电池间间隔布置了金属散热片(厚度为1 mm),散热片上刻有流道槽。冷却液可在流道槽内流动带走热量。在低温环境下,加热线圈可以加热冷却液使电池升温。

Tesla Motors总裁Musk曾经在公开场合说过:
“没错!世界上最快的汽车是电动的!在未来,人们对燃油车的态度可能会像今天我们看待蒸汽机一样:尽管看起来很不可思议,但却已经不合时宜了。”Tesla Motors一个个创新技术的诞生让这曾经被众人认为的“白日梦”逐步成为现实。